CN108379867B - 一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法 - Google Patents

一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法 Download PDF

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    • B01D3/42—Regulation; Control

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Abstract

本发明公开了一种结合专家系统的精馏塔液位‑流量智能非线性区域控制方法，属于流程工业生产技术领域。在压力允许范围内，根据精馏塔液位所处的区域及液位的变化情况来调整流量控制器的设定值。精馏塔液位所处的区域分为平稳区域、调节区域和人工干预区。液位可调区上下限之间的区域为平稳区，液位可调区上下限与液位高低限之间的区域为可调区，超出液位高低限的区域为人工干预区。该方法的基本设计思想为根据现场技术员及操作工的专家知识经验，模仿操作工的操作来实时调整流量控制器的设定值。

Description

一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制 方法
技术领域
本发明涉及一种石化装置工艺中精馏塔液位-流量控制回路的非线性区域控制方法。
背景技术
在大型的石化装置中，随着装置的现代化、自动化、一体化水平逐步提升，装置设备间的关系越来越紧密，上下游工艺有着连续生产的关系，由于操作的连续性，往往前一设备的出料直接作为后一设备的进料，对于一些设备，如精馏塔，为保持其生产的平稳性，这样就要求送往这些设备的物料量应可能缓慢变化或不变化，然而前一设备同样要求平稳操作，这样就难于保证后续设备的进料要求。复杂的生产流程存在几个甚至十几个精馏塔进行连续生产，这给装置的稳定运行增加很大的难度，一旦装置中某一设备出现了波动，其将影响整个装置的正常运行。这类过程可看作为一个典型非线性、强耦合的过程，使用常规PID控制已满足不了要求。采用专家系统的思想，根据专家人员的思维特性，设置液位区间及上下限，模拟操作人员的操作手法，对不同的液位区域实施变速率调节，保证流量的缓慢平稳变化。因此，结合专家系统的智能非线性区域控制，可有效解决上述问题
发明内容
为了解决液位-流量控制问题，本发明提出一种非线性区域控制方法，该方法结合专家系统和非线性区域控制思想，针对化工生产流程工业中精馏塔间连续生产的工艺特点，对塔液位-流量实施一种智能非线性区域控制。该方法的基本设计思想为根据现场技术员及操作工的专家知识经验，模仿操作工的操作来实时调整流量控制器的设定值。
本发明采用的技术方案为一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法，在压力允许范围内，根据精馏塔液位所处的区域及液位的变化情况来调整流量控制器的设定值。精馏塔液位所处的区域分为平稳区域、调节区域和人工干预区。液位可调区上下限之间的区域为平稳区，液位可调区上下限与液位高低限之间的区域为可调区，超出液位高低限的区域为人工干预区。
液位测量值超出设定的平稳区域后，以大于设定值基准变化速率VSV的速率进行调节流量控制器的设定值，当液位向平稳区域靠近时，减小调节速率，速率由专家系统推导计算得出；当液位处于平稳区域内时，以小于设定值基准变化速率VSV的速率调节流量控制器的设定值，越靠近中心区域，调节速率越小。液位超出高低限，处于人工干预区时，系统报警并停止调节液位设定值，需人工手动调节使液位进入可调区。
本发明的专家系统由知识库、推理机、数据中心和数据分析四部分组成，如图1所示。
专家的知识经验存储在知识库中，当前的液位测量值、液位变化量、流量测量值和流量偏差录入数据中心，数据分析将数据中心中的参数与知识库中的参数进行比较，确定流量控制器设定值的调节速率，最后按照推理机中设置的调节规则来调节流量控制器的设定值。
知识库中关于专家经验的录入数据由表1可知。
表1知识库
Figure BDA0001576830010000031
数据中心出现的控制参数由表2可知。
表2数据中心
F<sub>DV</sub>(t) 本控制周期的流量偏差，t表示当前控制周期
L<sub>ΔPV</sub> 液位变化量，L<sub>ΔPV</sub>＝L<sub>PV</sub>(t)-L<sub>PV</sub>(t-1)
L<sub>PV</sub>(t) 本控制周期的液位测量值
F<sub>SV</sub>(t) 本控制周期的流量设定值
数据分析中对于知识库与数据中心的控制参数交互如表3所示。
表3数据分析
Figure BDA0001576830010000032
Figure BDA0001576830010000041
推理机的控制参数输出结果如表4所示。
表4推理机
Figure BDA0001576830010000042
综合对液位-流量智能非线性区域控制方法的分析，与现有传统的PID控制器相比，本发明所提出的方法具有如下优点：
该方法具有一定的智能性和自适应性功能。针对液位变量偏差的变化程度，实时地调整流量控制器的设定值，达到调整控制作用强度变化的目的，同时，根据液位变化的方向来改变设定值的变化方向，达到提前调节的效果，从而实现液位-流量的智能非线性区域控制。
本方法设计的专家经验库系统是一套智能动态闭合的控制系统，知识库、推理机、数据中心和数据分析的闭合链接循环，能够实时对精馏塔液位-流量进行动态调整，保证控制数据的精准、有效、稳定，可在多种DCS系统上位机上实施。
附图说明
图1为专家系统示意图。
图2为精馏塔实施前后示意图一。
图3为精馏塔实施前后示意图二。
具体实施方式
针对本发明所提出的方法，下面结合一个实例予以说明。
某炼化厂一个精馏塔对象，对塔底液位控制回路LIC340022和塔底出口流量控制回路FIC340023组成回路实施本发明设计的非线性区域控制方法。
按照技术员提供的技术参数，设置塔顶压力PI340027的调节区间为2.8-3.2MPaG，设置液位LIC340022的平稳区域为40-50，设置流量的平稳阈值为3.6。按照操作工提供的经验参数，设置流量设定值调节速率为3.6/小时，设置流量回路设定值调节区域为100-120，设置流量回路的阀位调节区间为20-90。
实施前后控制效果对比如图2、3所示，图中LIC340022.PV为液位的测量值，FIC340023.PV为塔底流量；可以明显看出，实施非线性区域控制前，塔底输出流量波动大，影响了下游的稳定生产，对液位实施非线性区域控制后，塔底输出流量的波动情况得到明显改善，波动较大程度减缓。

Claims (3)

1.一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法，其特征在于：在压力允许范围内，根据精馏塔液位所处的区域及液位的变化情况来调整流量控制器的设定值；精馏塔液位所处的区域分为平稳区域、调节区域和人工干预区；液位可调区上下限之间的区域为平稳区，液位可调区上下限与液位高低限之间的区域为可调区，超出液位高低限的区域为人工干预区；
液位测量值超出设定的平稳区域后，以大于设定值基准变化速率VSV的速率进行调节流量控制器的设定值，当液位向平稳区域靠近时，减小调节速率，速率由专家系统推导计算得出；当液位处于平稳区域内时，以小于设定值基准变化速率VSV的速率调节流量控制器的设定值，越靠近中心区域，调节速率越小；液位超出高低限，处于人工干预区时，系统报警并停止调节液位设定值，需人工手动调节使液位进入可调区。
2.根据权利要求1所述的一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法，其特征在于：专家系统由知识库、推理机、数据中心和数据分析四部分组成；
专家的知识经验存储在知识库中，当前的液位测量值、液位变化量、流量测量值和流量偏差录入数据中心，数据分析将数据中心中的参数与知识库中的参数进行比较，确定流量控制器设定值的调节速率，最后按照推理机中设置的调节规则来调节流量控制器的设定值。
3.根据权利要求2所述的一种结合专家系统的精馏塔液位-流量智能非线性区域控制方法，其特征在于：知识库中关于专家经验的录入数据由表1可知；
表1知识库
Figure FDA0001576829000000021
数据中心出现的控制参数由表2可知；
表2数据中心
F<sub>DV</sub>(t) 本控制周期的流量偏差，t表示当前控制周期 L<sub>ΔPV</sub> 液位变化量，L<sub>ΔPV</sub>＝L<sub>PV</sub>(t)-L<sub>PV</sub>(t-1) L<sub>PV</sub>(t) 本控制周期的液位测量值 F<sub>SV</sub>(t) 本控制周期的流量设定值
数据分析中对于知识库与数据中心的控制参数交互如表3所示；
表3数据分析
Figure FDA0001576829000000022
Figure FDA0001576829000000031
推理机的控制参数输出结果如表4所示；
表4推理机
Figure FDA0001576829000000032
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4386623A (en) * 1980-12-30 1983-06-07 Phillips Petroleum Company Nonlinear control of liquid level
CN106468879A (zh) * 2016-09-22 2017-03-01 北京世纪隆博科技有限责任公司 一种液位‑流量非线性区域控制方法

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