CN111650979B - 采出流量调节方法、存储介质及电子设备 - Google Patents

采出流量调节方法、存储介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种采出流量调节方法、存储介质及电子设备，包括：实时获取储液容器进料总流量的流量变化值；根据流量变化值计算第一调节量；实时监测储液容器的液位值；根据所述液位值和预设液位区间计算液位偏差；根据液位偏差计算第二调节量；将第一调节量和第二调节量求和得到总调节量；根据总调节量调节储液容器的采出流量。利用本申请能够兼顾进料变化和液位变化计算储液容器的采出流量，能够精确快速地调整采出流量，提高液位控制性能，使液位能够根据不同工况进行自适应调节，既能实现快速负荷调整，又能使液位容器具备一定缓冲能力，避免频繁调节采出流量，减小液位波动，避免出现液位过高物料溢出或者液位过低输送泵损坏等问题。

Description

采出流量调节方法、存储介质及电子设备
技术领域
本申请涉及液位控制技术领域，具体涉及一种采出流量调节方法、存储介质及电子设备。
背景技术
在化工生产过程中，工业装置通常是由多个操作单元或设备组成，下游的进料往往是上游的出料。为了减缓上下游之间的关联性，避免整个装置处于波动状态，通常在各个单元或设备间设置控制系统，以减缓扰动。
目前，大多数采用传统的单回路控制系统控制。单回路反馈控制系统包括控制器、液位监测器和控制阀，控制阀设置在精馏塔的出口管路上，液位监测器用于监测精馏塔中的液位值，并将液位值发送给控制器，控制器接收液位值，当液位值大于预定液位值时操作控制阀工作，以增大输出量。发明人在实现本申请的过程中发现，当上游设备反应釜采出流量变化较大时，由于单回路控制系统只基于监测精馏塔的液位工作，无法准确地判断精馏塔的采出流量，容易导致反应釜内液位过高物料溢出或者液位过低输送泵损坏等问题，不利于安全生产。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种采出流量调节方法、存储介质及电子设备，以解决上述技术问题。
本申请提供一种采出流量调节方法，其包括：实时获取储液容器进料总流量的流量变化值；根据流量变化值计算第一调节量；实时监测储液容器的液位值；根据所述液位值和预设液位区间计算液位偏差；根据液位偏差计算第二调节量；将第一调节量和第二调节量求和得到总调节量；根据总调节量调节储液容器的采出流量。
可选地，实时获取储液容器进料总流量的流量变化值包括：实时获取储液容器的进料总流量；对进料总流量进行滤波；对滤波后的进料总流量平滑处理；根据平滑处理后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED。
可选地，根据滤波后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED之后，还包括：获取前馈系数
Figure BDA0002487090880000022
根据公式
Figure BDA0002487090880000023
计算第一调节量OUT1。
可选地，根据公式
Figure BDA0002487090880000021
计算第二调节量OUT2，其中，E为液位偏差，Kp、Td、Ts均为调节参数，t为时间。
可选地，根据公式
E＝0L1≤L≤L2；
E＝L-(L1+L2)/2L≤L1或者L≥L2；
计算液位偏差E，其中，L为液位值，[L1，L2]为预设液位区间。
可选地，参数
Figure BDA0002487090880000024
Kp、Td、Ts均可通过阶跃响应法获得。
可选地，0.5＜Kp＜1，2000＜Td＜5000，Ts＝0。
可选地，采用DCS读取进料总流量，并对进料总流量进行滤波和平滑处理。
本申请还提供一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为如上所述的采出流量调节方法。
本申请还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的采出流量调节方法。
本申请提供的采出流量调节方法、存储介质及电子设备通过获取进料总流量的流量变化值计算第一调节量，通过液位值与预设液位区间的液位偏差计算第二调节量，根据第一调节量和第二调节量两者之和调节采出流量，可兼顾进料变化和液位变化计算储液容器的采出流量，能够精确快速地调整采出流量，提高液位控制性能，使液位能够根据不同工况进行自适应调节，既能实现快速负荷调整，又能使液位容器具备一定缓冲能力，避免频繁调节采出流量，减小液位波动，避免出现液位过高物料溢出或者液位过低输送泵损坏等问题，保证上下游设备安全稳定运行，使上下游设备更加连贯，生产更加稳定，增加上下游设备的运行效率，提高生产的安全系数，同时还无需人工参与操作，可降低劳动强度，提高液位控制的自动化水平，减少人力成本。
附图说明
图1是本申请的采出流量调节方法的流程图。
图2是本申请的反应釜与精馏塔的连接示意图。
图3是本申请的采出流量调节方法的运算逻辑图。
图4是本申请的采出流量调节方法与手动调节的效果图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的采出流量调节方法的流程图，如图1所示，本申请提供的采出流量调节方法，其包括：
S110，实时获取储液容器进料总流量的流量变化值；
其中，储液容器可以为缓冲罐、储罐、塔釜、反应釜等具有液位的容器。
在图2的实施例中，储液容器为反应釜100，反应釜100的进料总流量的流量变化值，与反应釜100上游设备的采出流量的变化值相等。
S120，根据流量变化值计算第一调节量；
在一个具体实施例中，流量变化值可以直接作为第一调节量。
S130，实时监测储液容器的液位值；
如图2所示，反应釜100的液位值由液位显示调节器LIC-001监测得到。
S140，根据所述液位值和预设液位区间计算液位偏差；
其中，预设液位区间具有至少两个预设液位值，当液位值位于该预设液位区间内时，可认为液位偏差为0。
S150，根据液位偏差计算第二调节量；
S160，将第一调节量和第二调节量求和得到总调节量；
S170，根据总调节量调节储液容器的采出流量。
储液容器调节后的采出流量等于当前采出流量与总调节量之和。如图2所示，通过流量指示控制器FIC-002实现采出流量的调节。
本申请提供的采出流量调节方法通过获取进料总流量的流量变化值计算第一调节量，通过液位值与预设液位区间的液位偏差计算第二调节量，根据第一调节量和第二调节量两者之和调节采出流量，可兼顾进料变化和液位变化计算储液容器的采出流量，能够精确快速地调整采出流量，提高液位控制性能，使液位能够根据不同工况进行自适应调节，既能实现快速负荷调整，又能使液位容器具备一定缓冲能力，避免频繁调节采出流量，减小液位波动，避免出现液位过高物料溢出或者液位过低输送泵损坏等问题，保证上下游设备安全稳定运行，使上下游设备更加连贯，生产更加稳定，增加上下游设备的运行效率，提高生产的安全系数，同时还无需人工参与操作，可降低劳动强度，提高液位控制的自动化水平，减少人力成本。
进一步地，如图3所示，S110，实时获取储液容器进料总流量的流量变化值包括：
S1101，实时获取储液容器的进料总流量；
如图2所示，通过流量指示控制器FIC-001监测反应釜100的进料总流量。
S1102，对进料总流量进行滤波；
S1103，对滤波后的进料总流量平滑处理；
在一个具体实施例中，采用DCS(分布式控制系统，Distributed Control System)读取进料总流量，并进行滤波和平滑处理，以提高数据处理效率。
S1104，根据平滑处理后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED。
△FEED可由当前时刻的进料总流量减去下一时刻的进料总流量得到。
对进料总流量进行滤波、平滑处理后，再进行流量变化值的计算，可减小干扰，提高流量变化值计算的精确性。
进一步地，S1104，根据滤波后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED之后，还包括：
S1105，获取前馈系数
Figure BDA0002487090880000051
S1106，根据公式
Figure BDA0002487090880000052
计算第一调节量OUT1。
通过获取前馈系数，可进一步地提高第一调节量的计算准确性，从而更精确地调整储液容器的采出流量。
在实际生产过程中，负荷调整是液位变化的主要原因，上游设备负荷变化时，若不及时调节采出流量，将会引起下游设备液位与采出的同时波动，进而影响下游稳定运行。当检测到上游负荷变化时，立即按照一定比例增减下游负荷，不需要等到液位产生变化时再进行调节，可以达到快速负荷调整的目的，同时维持液位的平稳，减小液位波动。
进一步地，根据公式
Figure BDA0002487090880000053
计算第二调节量OUT2，其中，E为液位偏差，Kp、Td、Ts均为调节参数，t为时间。
第二调节量通过PID(Proportional、Integral、Differential，比例、积分、微分)控制器进行调节，可进一步地减小采出流量的波动。
在一个具体实施例中，参数
Figure BDA0002487090880000061
Kp、Td、Ts均可通过阶跃响应法获得。
其中，阶跃响应法是一种建立系统非参数模型的方法，勺给系统施加一个阶跃信号，观测系统对此阶跃信号的输出响应，以求得系统模型参数，从而得到系统的数学模型如传递函数模型等。
在其中一个实施例中，0.5＜Kp＜1，2000＜Td＜5000，Ts＝0，可实现均匀控制，使液位即使偏离预设液位区间后，也能缓慢调整复位，进一步地减缓采出流量的波动。
较佳地，预设液位区间为[L1，L2]，根据公式
E＝0 L1≤L≤L2；
E＝L-(L1+L2)/2 L≤L1或者L≥L2；
计算液位偏差E，其中，L为液位值，[L1，L2]为预设液位区间。预设液位区间可根据实际要求调整。
通过设置预设液位控制区间，可允许液位在一定区间内波动，实现缓冲作用，避免采出流量的频繁调节，减小下游设备精馏塔200进料波动，提高精馏塔200的稳定性。
现以某化工厂生产为例说明本申请的采出流量调节方法，具体如下。
如图2所示，化工厂负荷在70％-110％之间运行，对应的反应釜100进料总流量为14-22t/h，部分气相反应产物通过真空机组排至尾气处理。
液相产物即精馏塔200进料总流量为10.5t/h-16.5t/h，通过阶跃响应法测得1t/h液相产物流量变化造成的液位变化是1t进料流量变化的0.85倍，因此，可确定前馈系数
Figure BDA0002487090880000062
反应釜100液位控制在60％，允许波动范围±5％。此外，要求精馏塔200进料尽量稳定，精馏塔200负荷能与反应釜100负荷联动快速调节。
化工厂100％负荷运转，反应釜100的进料总流量为20t/h，在当前稳态运行工况下，反应釜100采出流量，即精馏塔200的进料流量为15t/h，反应釜100的液位为60％，设定上限液位值L2为65％，设定下限液位值L1为55％，即预设液位区间为[55％，65％]。
工况一：
反应釜100上游设备的负荷提升至110％，反应釜100进料总流量由20t/h增加到22t/h，进料流量偏差△FEED为2t/h。
此时，液位由于时间较短尚未出现变化，因此，按本申请的采出流量调节方法，反应釜100采出流量仅根据进料负荷进行调整。运算结果如下：
(1)第一调节量
Figure BDA0002487090880000071
第一调节量可由前馈控制器输出。
(2)由于液位暂未发生变化，仍保持在60％，液位偏差E为0，第二调节量OUT2＝0。第二调节量可由液位区间控制器输出。
(3)反应釜100采出流量的变化量OUT＝OUT1+OUT2＝1.7t/h。
此时，反应釜100采出流量的调整量为1.7t/h，反应釜100采出流量F＝15t/h+1.7t/h＝16.7t/h。
由于反应釜100采出流量的及时准确调整，反应釜100液位将始终维持不变，实现了反应釜、精馏塔的快速负荷匹配，同时维持了液位的稳定，避免精馏塔进料反复调节。
工况二：
反应釜100上游设备的负荷未出现变化，但由于搅拌效果增强，反应釜100的液位波动为±1％。运算结果如下：
(1)第一调节量
Figure BDA0002487090880000072
(2)反应釜100的液位在59％-61％之间波动，仍在预设液位区间内，液位偏差E为0，第二调节量OUT2＝0。
(3)反应釜100采出流量的变化量OUT＝OUT1+OUT2＝0t/h。此时反应釜100采出流量不进行调整。
通过以上逻辑，由于搅拌使液面产生波动，且波动在允许范围内，反应釜100采出流量不进行调整，避免了精馏塔负荷的无效反复调节。
工况三：
反应釜100上游设备的负荷未出现变化，但反应釜100气相管线阻力变大，蒸发量减小，液位值L持续升高至65％以上。运算结果如下：
①第一调节量
Figure BDA0002487090880000081
②液位值L升高至65％以上时，超出预设液位区间，液位控制偏差为E＞0，液位区间控制器输出OUT2＞0。
③反应釜100采出流量的变化量OUT＝OUT1+OUT2＞0t/h。
此时，反应釜100采出流量在不断提升，通过③-②-①-③的不断循环，计算调节总量，调节反应釜100的采出流量，直至液位重新回到预设液位区间内，采出流量即不再调整。
图4示出了本申请的采出流量调节方法与手动控制的效果对比图，其中，横纵标是时间，纵坐标是液位值和采出流量。由图4可以看出，采用本申请的采出流量调节方法后，液位和采出流量的波动很小。
本申请还提供一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为如上所述的采出流量调节方法。
本申请还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的采出流量调节方法。
执行如上所述的采出流量调节方法的设备还可以包括：输入装置和输出装置。处理器、存储器、输入装置和输出装置可以通过总线或者其他方式连接。
存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的采出流量调节方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据采出流量调节方法的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
输入装置可接收输入的数字或字符信息，以及产生与采出流量调节方法相关的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置可包括显示屏等显示设备。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的采出流量调节方法。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于：
(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据交互功能的电子装置。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台移动终端(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，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精神和范围。

Claims (8)

1.一种采出流量调节方法，其特征在于，包括：
实时获取储液容器进料总流量的流量变化值；
根据流量变化值计算第一调节量；
实时监测储液容器的液位值；
根据所述液位值和预设液位区间计算液位偏差；
根据液位偏差计算第二调节量，其中，所述液位偏差在预设区间内波动时，确定所述液位偏差为0；
将第一调节量和第二调节量求和得到总调节量；
根据总调节量调节储液容器的采出流量；
实时获取储液容器进料总流量的流量变化值包括：
实时获取储液容器的进料总流量；
对进料总流量进行滤波；
对滤波后的进料总流量平滑处理；
根据平滑处理后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED；
根据滤波后的进料总流量计算进料总流量的流量变化值△FEED之后，还包括：
获取前馈系数
Figure FDA0003285933760000011
其中，所述前馈系数
Figure FDA0003285933760000012
通过1t/h液相产物流量变化造成的液位变化和1t进料流量变化的倍数确定；
根据公式
Figure FDA0003285933760000013
计算第一调节量OUT1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据公式
Figure FDA0003285933760000014
计算第二调节量OUT2，其中，E为液位偏差，Kp、Td、Ts均为调节参数，t为时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据公式
E＝0 L1≤L≤L2；
E＝L-(L1+L2)/2 L≤L1或者L≥L2；
计算液位偏差E，其中，L为液位值，[L1，L2]为预设液位区间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，参数
Figure FDA0003285933760000021
Kp、Td、Ts均可通过阶跃响应法获得。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，0.5＜Kp＜1，2000＜Td＜5000，Ts＝0。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用DCS读取进料总流量，并对进料总流量进行滤波和平滑处理。
7.一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为如权利要求1-6任一所述的采出流量调节方法。
8.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-6任一所述的采出流量调节方法。
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