CN110568754B - 基于dcs系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冗余设备站的负荷管理领域，特别涉及一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统；其中自动寻优控制方法包括建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，并通过迭代学习特性回路以及学习剪枝特性回路完善出力负荷平衡公式，以实现冗余设备站自动寻优控制，既不需要额外耗费资金人力安排能效试验，也不需重规划设计冗余设备站，通过在DCS系统内采用部分可变编程语言模拟人工神经网络算法，搭建边缘计算回路，即可实时寻优整个设备站的主从负荷博弈策略，无需投入设备站改造成本，即能显著提高节能效益，并可实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。

Description

基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统
技术领域
本发明涉及冗余设备站的负荷管理领域，特别涉及一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及系统。
背景技术
现有的工业设备在应用时，为增加设备运行的可靠性，往往采用配置两套或两套以上相同且相对独立的设备以构成冗余设备站，如空气压缩机站、海水泵站、中央空调站、供热泵站、给煤机站等。当用户端的负荷需求区间较宽，且其正常负荷曲线呈阶梯分段特性，在站内1套独立子设备可承担最小负荷出力的情况下，一般需要布置3套及以上的平级独立子设备兼顾负荷增长及故障冗余要求；不同于较常见的一运一备设备系统，具有3套及以上的平级独立子设备的冗余设备站，需考虑子设备之间的主从负荷分配与用户端负荷需求的平衡，分配不平衡常会造成子设备“抢出力”，并造成用户端负荷大幅波动。
在较早期投产的大型工业企业，受当时工业设计水平所限，冗余设备站的负荷控制策略简单粗放，且长期运行后，一方面站内子设备老化造成偏离设计出力，另一方面用户端负荷需求变化较多，更易出现“抢出力”现象。为解决此类问题，当前较为常见的作法是签订技术服务合同邀请试验院所进行能效试验，重新核定冗余设备站负荷参数，再采取控制系统改造等方式修正整个冗余设备站的负荷控制策略，或者干脆重新规划更换冗余设备站。
但对于大多数工业企业来说，上述做法存在几项关键制约条件，其一是冗余设备站较多的应用在其生产工艺系统的公用段，如空气压缩机站、海水泵站等，整体改造将极大的影响或直接中断其生产系统运行；其二是用户端负荷变化周期较长，且可能随时产生部分新增用户，能效试验较难组织且试验结果失效过快；其三是冗余设备站设计寿命较长，直接改造经济损失较大，得不偿失。
故而，极大多数的早期工业企业，即使其主要生产业务系统已采用极为先进的DCS系统，但部分冗余设备站还维持着原始落后的负荷控制策略，尤其在站内子设备切换运行或增减投运时，需要安排较多的生产人员，采用半自动结合人工操作的方式完成设备切换，但仍然避免不了用户端的负荷波动，使得冗余设备站成为影响安全性和经济性的控制孤岛。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供基于DCS系统边缘实现工况寻优的数据挖掘方法和系统，其中，基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，所述方法包括：
S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；
S2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值；
S3：在DCS系统内设定各子设备恒定出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各分段的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的优选中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值及其获得的时域值，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；
S4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；
S5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的负荷分段函数，根据其与各区间的最优参量中位值的偏差系数，计算出力负荷平衡公式左侧各子设备在标准阈值下的出力负荷参量；分别以各子设备独立作为主机，完成全负荷段的标幺调节试验，试验采用偏差迭代寄存回路来补偿优化各负荷段偏离中位值较大的出力负荷参量，并回送到出力调节特性回路；
S6：在DCS系统建立主从切换回路及主从设备选择人机接口，以所得各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件进行比较，在人机界面发出负荷剩余裕度的相关报警指示，指导操作人员选择子设备主从关系；根据人机接口输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路；试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变。
进一步地，步骤S2中用户端负荷适应性参量包括但不限于压缩气压力、供水压力、制冷温度以及供热温度。
本发明还提供一种空气压缩机冗余设备站，所述空气压缩机冗余设备站采用如上任一项所述的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法进行控制。
与现有技术相比，本发明提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，既不需要额外耗费资金人力安排能效试验，也不需要拷贝历史数据或外接数据接口进行专门的数据演算，更无需重规划设计冗余设备站，通过在DCS系统内采用部分可变编程语言模拟人工神经网络算法，搭建边缘计算回路，即可实时寻优整个设备站的主从负荷博弈策略，无需投入设备站改造成本，即能显著提高节能效益，并可实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法的流程示意图；
图2为本发明提供的迭代学习回路的逻辑图；
图3为本发明提供的学习剪枝特性回路的逻辑图；
图4为本发明提供的出力调节回路的逻辑图；
图5为本发明提供的主从切换操作回路的逻辑图；
图6为本发明提供的主从负荷分配回路的逻辑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用了区分不同的组成部分。
本发明提供一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法及应用，其中，如图1所示，基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，包括如下步骤：
S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；
具体地，归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立以矩阵形式表达的出力负荷平衡公式，规划所有参数在DCS系统内对应的IO信号，确认出力负荷平衡公式内各影响参数或其表达变量均已引入DCS系统。以具有4个出力子设备(A、B、C、D)的空气压缩机站为例，该空气压缩机站供应两台发电机组所有气动设备用气；空气压缩机站涉及出力负荷平衡的参量有给定出力M、温升冷却裕度KT、电机功率系数KI、吸气调节范围KZ、压缩机电流I、空压机出口压力P1、分离器压力P2、冷却水压力P3、空压机母管压力P4、排气口温度T1、压缩机回油温度T2、电动调节阀开度Z等，其中温升冷却裕度KT电机功率系数KI可作为边界判断条件，压缩机电流I、空压机出口压力P1、分离器压力P2、冷却水压力P3、空压机母管压力P4、排气口温度T1、压缩机回油温度T2、电动调节阀开度Z可对应设置DCS系统的IO信号。
建立空气压缩机站的出力负荷平衡公式为：
M＝Q
其中M为该空气压缩机站的初始出力负荷矩阵式：
Figure BDA0002245260910000051
MA、MB、MC、MD分别为子设备A、B、C、D的给定出力，通过人工进行设定。
Q为用户端需求负荷函数：
Q＝Z1Q1+Z2Q2+Z3Q3+…+ZnQn
其中Z1、Z2、…、Zn为用户端不同的需求组合模式，相互之间不同时出现，故其为(0，1)的整数值，各组合模式具有不同的负荷需求；Q1、Q2、…、Qn为用户端各分段需求负荷。
本发明实施例中，采用出口母管压力P4作为整个设备站的出力负荷参量PK，出力负荷参量PK作为出力负荷稳定的指标参数，当其在单位时间范围内(如10秒)变化幅度小于预定死区(如±2KPa)，可认为设备站出力趋于稳定。
S2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值，该负荷适应性参量的标准阈值作为标幺值；
具体地，设定用户端的某一参数作为用户端负荷适应性参量PZ，如压缩气压力、供水压力、制冷温度、供热温度等，并确定其标准阈值，该负荷适应性参量阈值确定后将在整个策略中起到标幺作用。本发明实施例中采用空气压缩机站供应的2台发电机组联络段母管压缩气压力P5作为用户端负荷适应性参量PZ；用户端负荷适应性参量作为用户端各分段负荷稳定的指标参数，当其在单位时间范围内(如10秒)变化幅度小于预定死区(如±2KPa)，可认为用户端负荷趋于稳定。
S3：在DCS系统内设定各子设备高恒定安全出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各段负荷的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的优选中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷段负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值PZ1、PZ2、PZ3、…、PZm及其获得的时域值T1T2T3…Tm，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；
具体地，在确保空气压缩机站各子设备未触及安全边界(如过电流、超温)前提下，适当放大并恒定子设备出力调节KZ，在此恒定条件下分解用户端各负荷分段，采用如机组发电负荷不同区间、机组启动预热工况以及机组停机吹扫工况等不相容的条件构成负荷分段边界，并以2台机组的不同分段负荷相组合形成不同的负荷模式。
根据上述的不同负荷模式分别采用迭代学习特性回路，回路数量与负荷模式数量相同，学习各段负荷的负荷适应性参量PZ的中位值(即联络段母管压缩气压力P5的中位值)。迭代学习特性回路如图2所示，空压机母管压力P4经第一DELAY延时积算功能块输出至第一HLALM高低限判断功能块，第一HLALM高低限判断功能块自其D2低限位引脚输出信号至第一TIMER延时器；第一TIMER延时器输出值为1的空压机母管压力P4趋稳判断信号ΔP4，分别进入第一SFT切换功能块的激活引脚Z以及第一AND逻辑与功能块；联络段母管压缩气压力P5送入第一SFT切换功能块的X1引脚，在第一SFT切换功能块激活引脚输入值为1时，联络段母管压缩气压力P5成为第一SFT切换功能块的输出值，此输出值回送至第一SFT切换功能块的X2引脚，当激活引脚输入值为0时，第一SFT切换功能块输出切换为X2引脚的历史回送值，从而实现本功能块始终输出趋稳判断信号ΔP4为1时的联络段母管分段压力P5N；
负荷模式激活信号FS与负荷模式学习有效信号FON共同进入第一AND逻辑与功能块，与空压机母管压力P4趋稳判断信号ΔP4一同进行逻辑与判断，当三者均为1时输出本负荷模式学习确认信号FC；本负荷模式学习确认信号FC分别进入第一CNT计数功能块、第二AND逻辑与功能块以及第三AND逻辑与功能块；第一CNT计数功能块的输出值作为学习次数λ进入第一LTOB16布尔转换功能块，由其Z1输出引脚分别引至第二AND逻辑与功能块、以及经第一NOT逻辑非功能块引至第三AND逻辑与功能块；当本负荷模式学习确认信号FC为1时，由第二AND逻辑与功能块、第三AND逻辑与功能块输出按学习次数λ奇偶交替触发的布尔量，分别送至第二SFT切换功能块的激活引脚Z、第三SFT切换功能块的激活引脚Z，其第二SFT切换功能块的X2引脚和第三SFT切换功能块的X2引脚分别接收本功能块的输出回送值；第二SFT切换功能块的X1引脚、第三SFT切换功能块的X1引脚均接收联络段母管分段压力P5N，分别输出至第一TRISEL三输入选择功能块的X1引脚和X3引脚，第一TRISEL三输入选择功能块的X2引脚接收本功能块的输出回送值，第一TRISEL三输入选择功能块的输出值即为联络段母管分段压力P5N本负荷模式学习过程中的中位值P5MID；
由第一CNT计数功能块的输出值还送入第二HLALM高低限判断功能块，在其输入大于10后输出本负荷模式学习完成信号FCO，该信号同时送入第四SFT切换功能块的激活引脚，将由第一TRISEL三输入选择功能块的输出值送至第四SFT切换功能块X1引脚的输入值存为本负荷模式用户负荷中位优选值P5MOT；学习完成信号FCO与#1空压机主控信号共同进入第四AND逻辑与功能块，在输入值均为1时经过第二TIMER延时器激活第一TREC时间记录功能块，分别输出#1空压机负荷寄存日期信号、及#1空压机负荷寄存时间信号，同时这两个信号送入第一TTOS时间转换功能块，在其输出引脚显示出详细时间。
根据上述迭代学习过程，得到最先完成学习的一个负荷模式下的中位优选值做为基准值P5MOT1，对其他仍在学习过程的负荷模式采用学习剪枝，学习剪枝特性回路数量与负荷模式数量相同，如图3所示，基准值P5MOT1送入第一DEV偏差运算功能块X1引脚，本负荷模式学习过程中的中位值P5MID送入第五SFT切换功能块的X1引脚，第五SFT切换功能块的X2引脚为一常数，负荷模式激活信号FS进入第五SFT切换功能块的激活引脚Z；负荷模式激活信号FS为0时第五SFT切换功能块输出X2引脚设定的常数，该常数值设定原则为与P5MOT1的偏差大于第一DEV偏差运算功能块偏差阈值(如400)，以保证本负荷模式未激活时第一DEV偏差运算功能块输出为1；负荷模式激活信号FS为1时第五SFT切换功能块输出本负荷模式学习过程中的中位值P5MID，当其与基准值P5MOT1的偏差小于第一DEV偏差运算功能块设定的偏差阈值时，第一DEV偏差运算功能块输出从1变为0，该输出经第二NOT逻辑非功能块后送至第二CNT计数功能块，第二CNT计数功能块的输出值作为未超差次数λ1送入第三HLALM高低限判断功能块，第三HLALM高低限判断功能块的输出经第三NOT逻辑非功能块后送至第五AND逻辑与功能块，本负荷模式学习完成信号FCO经第四NOT逻辑非功能块后也送至第五AND逻辑与功能块；在未超差次数λ1大于3时，第三HLALM高低限判断功能块输出为1，该输出经第三NOT逻辑非功能块后输出为0送至第五AND逻辑与功能块，第五AND逻辑与功能块输出为0，本负荷模式学习有效信号FON为0，本负荷模式中止学习；本负荷模式学习完成信号FCO为1时，经第四NOT逻辑非功能块后输出为0送至第五AND逻辑与功能块，第五AND逻辑与功能块输出为0，本负荷模式学习有效信号FON为0，本负荷模式中止学习；
S4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；
具体地，根据各台空压机学习迭代分支末端的TREC时间记录功能块、TTOS时间转换功能块寄存时间值，通过DCS系统人机界面调用历史数据库，记录该时刻的压缩机电流I、空压机出口压力P1、分离器压力P2、冷却水压力P3、出口母管压力P4、排气口温度T1、压缩机回油温度T2、电动调节阀开度Z等参量，并以此时刻的出口母管压力P4作为本台空压机历史优值时刻调节参量PK，引入DCS系统控制逻辑，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵式。
S5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数，根据其与各区间的最优参量中位值的偏差系数，计算出力负荷平衡公式左侧各子设备在标准阈值下的出力负荷参量；分别以各子设备独立作为主机，完成全负荷段的标幺调节试验，试验采用偏差迭代寄存回路来补偿优化各负荷段偏离中位值较大的出力负荷参量，并回送到出力调节特性回路；
具体地，回路数量与剪枝后的负荷模式数量相同，如图4所示，负荷模式激活信号FS与负荷模式学习完成信号FCO共同进入第六AND逻辑与功能块，输出分别送至第七AND逻辑与功能块、第八SFT切换功能块激活引脚、第一ESMA调节输出功能块的APSTS自动设定值开关引脚，在信号均为1时激活本负荷模式下的出力调节特性回路；用户负荷中位优选值P5MOT送入第二DEV偏差运算功能块的X2引脚、第三DEV偏差运算功能块的X1引脚、以及第一ADD加减运算功能块X1引脚；空压机历史优值时刻调节参量Pk送入第二DEV偏差运算功能块的X1引脚，与用户负荷中位优选值P5MOT做偏差运算，输出偏差值至第四DEV偏差运算功能块的X1引脚；
第三DEV偏差运算功能块将用户负荷中位优选值P5MOT与基准标幺值(如700KPa)做偏差运算后，送入第四DEV偏差运算功能块的X2引脚，再次进行偏差运算后送至第一ADD加减运算功能块X2引脚，与用户负荷中位优选值P5MOT叠加后，连续经过第十SFT切换功能块X2输入端、第二ADD加减运算功能块X1引脚、第三ADD加减运算功能块X1引脚，送入第八SFT切换功能块X1输入端，在第八SFT切换功能块的激活引脚输入为1时输出至第九SFT切换功能块X2输入端，当第九SFT切换功能块激活端不为1时，输出至第一ESMA调节输出功能块的APSTR自动设定值引脚，在第一ESMA调节输出功能块的APSTS引脚为1时，其SP输出值为APSTR引脚输入值；第一ESMA调节输出功能块的SP输出值引回至第八SFT切换功能块的X2输入端作为跟踪值；第九SFT切换功能块输出端引回至本功能块的X1输入端作为跟踪值；
联络段母管分段压力P5N进入第五DEV偏差运算功能块的X1引脚，与X2引脚的基准标幺值(如700KPa)做偏差运算后，其D1高偏差输出端进入第四TIMER延时器置位端，D2低偏差端进入第三TIMER延时器置位端；第三TIMER延时器进入第六SFT切换功能块激活端，在值为1时送出正向偏差补偿(如1KPa)至第二ADD加减运算功能块X2引脚；第四TIMER延时器进入第七SFT切换功能块激活端，在值为1时送出负向偏差补偿(如-1KPa)至第三ADD加减运算功能块X2引脚；空压机母管压力趋稳判断信号ΔP4经第五NOT逻辑非功能块，分别送入第三TIMER延时器复位端、第四TIMER延时器复位端以调节稳定间隙复位偏差补偿支路；第五DEV偏差运算功能块的D输出端经第六NOT逻辑非功能块后进入第七AND逻辑与功能块，第七AND逻辑与功能块两输入值均为1时输出至第九SFT切换功能块激活端、第十SFT切换功能块激活端，使第九SFT切换功能块跟踪输出，代表本负荷模式下完成偏差补偿，并在其输出端生成本负荷模式优选设定值，本负荷模式优选设定值经负荷分配回路生成空压机调节定值，送回第十SFT切换功能块X1输入端，代表本负荷模式下标幺调节试验完成。
S6：建立主从切换回路及主从设备选择人机接口，以所得各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件进行比较，在人机界面发出负荷剩余裕度的相关报警指示，指导操作人员选择子设备主从关系。根据人机接口的输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路。试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变。
具体地，所得各子设备历史时刻各参量即为步骤S4中所述的各子设备该时刻的压缩机电流I、空压机出口压力P1、分离器压力P2、冷却水压力P3、出口母管压力P4、排气口温度T1、压缩机回油温度T2、电动调节阀开度Z等参量；用户信息边界条件即为步骤S1中所述的给定出力M、温升冷却裕度KT、电机功率系数KI、吸气调节范围KZ等参量；各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件两者进行比较，并在空气压缩机站控制系统的人机界面中发出负荷剩余裕度的相关报警，指导操作人员选择子设备主从关系。操作人员通过主从设备选择人机接口选择各子设备主从关系，DCS系统根据人机接口的输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路，然后试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变，从而得到最终的出力负荷平衡公式。最终的出力负荷平衡公式为：
Figure BDA0002245260910000121
具体地，如图5所示为#1空压机出力调节特性回路，由第一DMA手操器、第二DMA手操器、第三DMA手操器、第四DMA手操器连接DCS系统人机界面的输入选择按钮，分别对应#1空压机选择主控、#1空压机投备用1、#1空压机投备用2、#1空压机投备用3共4种状态，手操器输出信号分别接至第九TIMER延时器、第十TIMER延时器、第十一TIMER延时器、第十二TIMER延时器，送出#1空压机选择主控、#1空压机选择投备用1、#1空压机选择投备用2、#1空压机选择投备用3等4个信号至其他空压机切换控制回路，并送入第一DSFT状态选择功能块Z2引脚、第二DSFT状态选择功能块Z2引脚、第三DSFT状态选择功能块Z2引脚、第四DSFT状态选择功能块Z2引脚；其他空压机切换控制回路送入的#2空压机选择主控、#3空压机选择主控、#3空压机选择主控等3个信号，与第二DMA手操器、第三DMA手操器、第四DMA手操器的输出信号一起进入第一OR逻辑或功能块；第一OR逻辑或功能块的输出信号经过第五TIMER延时器，送入第一DMA手操器的TS端，当第一OR逻辑或功能块任一输入为1时，均会延时复位闭锁第一DMA手操器的#1空压机选择主控信号；
其他空压机切换控制回路送入的#2空压机选择备用1、#3空压机选择备用1、#3空压机选择备用1等3个信号，与第一DMA手操器、第三DMA手操器、第四DMA手操器的输出信号一起进入第二OR逻辑或功能块；第二OR逻辑或功能块的输出信号经过第六TIMER延时器，送入第二DMA手操器的TS端，当第二OR逻辑或功能块任一输入为1时，均会延时复位闭锁第二DMA手操器的#1空压机选择备用1信号；
其他空压机切换控制回路送入的#2空压机选择备用2、#3空压机选择备用2、#3空压机选择备用2等3个信号，与第一DMA手操器、第二DMA手操器、第四DMA手操器的输出信号一起进入第三OR逻辑或功能块；第三OR逻辑或功能块的输出信号经过第七TIMER延时器，送入第三DMA手操器的TS端，当第三OR逻辑或功能块任一输入为1时，均会延时复位闭锁第三DMA手操器的#1空压机选择备用2信号；
其他空压机切换控制回路送入的#2空压机选择备用3、#3空压机选择备用3、#3空压机选择备用3等3个信号，与第一DMA手操器、第二DMA手操器、第三DMA手操器的输出信号一起进入第四OR逻辑或功能块；第四OR逻辑或功能块的输出信号经过第八TIMER延时器，送入第四DMA手操器的TS端，当第四OR逻辑或功能块任一输入为1时，均会延时复位闭锁第四DMA手操器的#1空压机选择备用3信号；
上述信号在互相闭锁复位确保主从代码唯一后，经分别送入第一DSFT状态选择功能块Z引脚、第二DSFT状态选择功能块Z引脚、第三DSFT状态选择功能块Z引脚、第四DSFT状态选择功能块Z引脚的状态选择切换输入信号激活后，送出#1空压机经激活后的主从代码。
#1空压机负荷分配如图6所示，由#1空压机切换控制回路激活的4个主从代码#1空压机主控、#1空压机投备用1、#1空压机投备用2、#1空压机投备用3分别送入第一MSFT多路选择切换功能块Z1-Z4激活引脚、第二MSFT多路选择切换功能块Z1-Z4激活引脚以及第三MSFT多路选择切换功能块Z1-Z4激活引脚，各MSFT多路选择切换功能块可按激活引脚序号选择X1-X4的变量经Y输出端输出变量，并在其D输出端输出Z1-Z4激活引脚的逻辑或运算结果；第一MSFT多路选择切换功能块在经激活后，根据激活代码将空压机母管压力低联锁边界值经第十一SFT切换功能块送入第六DEV偏差运算功能块的X2引脚，与第六DEV偏差运算功能块X1引脚输入的空压机母管压力P4进行偏差运算，由第六DEV偏差运算功能块的D2低限位输出端经过第十三TIMER延时器，送至第九AND逻辑与功能块，第十三TIMER延时器的输出信号与第一MSFT多路选择切换功能块D输出端信号均为1时，发出母管压力低联启信号；
第二MSFT多路选择切换功能块在经激活后，根据激活代码将空压机出口压力低加载边界值经第十二SFT切换功能块送入第七DEV偏差运算功能块的X2引脚，与第七DEV偏差运算功能块X1引脚输入的空压机出口压力P1进行偏差运算，由第七DEV偏差运算功能块的D2低限位输出端经过第十四TIMER延时器，送至第十AND逻辑与功能块，第十四TIMER延时器的输出信号与第二MSFT多路选择切换功能块D输出端信号均为1时，发出出口压力低加载信号；
第三MSFT多路选择切换功能块在经激活后，根据激活代码将主负荷优选设定值，与分别经过第四ADD加减运算功能块、第五ADD加减运算功能块、第六ADD加减运算功能块分段递减的从负荷设定值，经第十三SFT切换功能块送出至出力调节特性回路；
#1空压机主控信号还经过第七NOT逻辑非功能块送入第八AND逻辑与功能块；空压机出口压力P1还经过第二DELAY延时积算功能块输出至第四HLALM高低限判断功能块，并由第四HLALM高低限判断功能块D2低限位输出端送入第五OR逻辑或功能块；第四HLALM高低限判断功能块D2低限位输出端信号与来自第七DEV偏差运算功能块D1高限位输出端的信号进行逻辑或运算后，送入第八AND逻辑与功能块；自第十三SFT切换功能块输出的信号经过第三DELAY延时积算功能块输出至第五HLALM高低限判断功能块，由第五HLALM高低限判断功能块的D2低限位输出端送入第八AND逻辑与功能块；状态选择切换输入信号经过第十五TIMER延时器后，送入第八AND逻辑与功能块；上述送入第八AND逻辑与功能块的四个信号与第三MSFT多路选择切换功能块D输出端信号均为1时，发出电磁阀切换卸载信号；状态选择切换输入信号同时还送入第十一SFT切换功能块、第十二SFT切换功能块、第十三SFT切换功能块的激活引脚，以及第十三TIMER延时器、第十四TIMER延时器的复位引脚。
与现有技术相比，本发明实施例提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，既不需要额外耗费资金人力安排能效试验，也不需要拷贝历史数据或外接数据接口进行专门的数据演算，更无需重规划设计冗余设备站，通过在DCS系统内采用部分可变编程语言模拟人工神经网络算法，搭建边缘计算回路，即可实时寻优整个设备站的主从负荷博弈策略，无需投入设备站改造成本，即能显著提高节能效益，并可实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。
为进一步验证本发明提供的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法实际节能效果，在A公司进行了实际测试：A公司的空气压缩机站为4台空气压缩机并联布置的空气压缩机站；该空气压缩机站采用的空气压缩机为广东中山复盛SA-185W/0.85型螺杆式压缩机，DCS系统采用GE新华OCE6000型控制器构成，各项DCS策略所采用的控制模件、逻辑功能块均为通用型，可在国内外其他品牌型式的DCS系统通过增减、换用类似控制模件、逻辑功能块而实现。
本发明基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法应用在A公司4台空气压缩机构成的空气压缩机站后，经连续投运2个月，现保持1台空压机稳定微调加载出力300A，3台空压机备用停机，与该空气压缩机站未改造前历史最佳的工况相比(该空气压缩机站供应A公司#3、4发电机组所有气动设备用气，空气压缩机站中2台压缩机正常运行，1台压缩机稳定330A连续加载，1台较频繁的启停、加卸载)，空气压缩机站日均节电648度。估算改造后的设备其稳定运行期在10年左右，节能效益极其显著。并且，经投运观察，空压机站现已不再出现频繁启停、加卸载工况，机房噪声较以前降低约10db。另外，空压机站在应用技术成果后，运行人员巡检及定期切换工作效率急剧提升，实现全自动无干预一键切换，节约大量的隐性人力成本。
本发明还提供一种空气压缩机冗余设备站，所述空气压缩机冗余设备站采用如上任一项所述的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法进行控制。
尽管本文中较多的使用了诸如冗余设备站、空压机、DCS、电磁阀等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，其特征在于：所述方法包括：
S1:归纳推演冗余设备站及其用户信息，建立冗余设备站的出力负荷平衡公式，规划出力负荷平衡公式内各参数在DCS系统内对应的IO信号；
S2:设定用户端负荷适应性参量并确定其标准阈值；
S3：在DCS系统内设定各子设备恒定出力阈值，以用户端分段负荷边界值构成学习分支判断条件，采用DCS迭代学习特性回路学习各分段的负荷适应性参量中位值，并以最先到达学习阈值的中位值作为基准值，采用学习剪枝特性回路与其他仍在学习过程的负荷适应性参量迭代中位值进行比较，对其中未超出偏差阈值的负荷段进行中止学习剪枝合并；最终在DCS系统得到子设备恒定出力阈值条件下，有明确负荷适应性参量差异的分段负荷区间，以及该区间的最优参量中位值及其获得的时域值，完善出力负荷平衡公式右侧的用户端需求负荷函数；
S4：在DCS系统历史数据库根据各区间的最优参量中位值的时域值，调取各子设备在其时的出力负荷参量，完善出力负荷平衡公式左侧的出力矩阵；
S5：在DCS系统设计各子设备基于用户端各分段需求负荷函数的出力调节特性回路，以负荷适应性参量标准阈值代入出力负荷平衡公式右侧的负荷分段函数，根据其与各区间的最优参量中位值的偏差系数，计算出力负荷平衡公式左侧各子设备在标准阈值下的出力负荷参量；分别以各子设备独立作为主机，完成全负荷段的标幺调节试验，试验采用偏差迭代寄存回路来补偿优化各负荷段偏离中位值较大的出力负荷参量，并回送到出力调节特性回路；
S6：在DCS系统建立主从切换回路及主从设备选择人机接口，以所得各子设备历史时刻各参量与用户信息边界条件进行比较，在人机界面发出负荷剩余裕度的相关报警指示，指导操作人员选择子设备主从关系；根据人机接口输入选择，输出各子设备的主从代码、负荷边界及分配系数，联接各子设备的出力调节特性回路；试验各子设备实时主从负荷切换时的负荷自动分配转移，继续采用偏差迭代寄存回路进行补偿优化，直至全工况维持用户端负荷适应性参量恒定不变。
2.根据权利要求1所述基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法，其特征在于：步骤S2中用户端负荷适应性参量包括但不限于压缩气压力、供水压力、制冷温度以及供热温度。
3.一种空气压缩机冗余设备站系统，其特征在于：所述空气压缩机冗余设备站系统采用如权利要求1或者2所述的基于DCS系统的冗余设备站自动寻优控制方法进行控制。
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