CN112083704A - 化工装置控制回路性能定量评估方法、机器可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种化工装置控制回路性能定量评估方法,该方法包括:采集各控制回路的历史数据参数;根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的:自控率、准确率、稳定率和/或响应率;根据计算得到的自控率、所述准确率、稳定率和/或所述响应率确定控制回路的性能评估结果;历史数据参数包括:控制回路的测量值、设定值和模式值数量。通过根据统计时间段内采集到的各控制回路的历史数据参数分别计算各控制回路的自控率、准确率、稳定率和/或响应率,根据计算得到的自控率、准确率、稳定率和/或响应率确定控制回路的性能评估结果,可以为各控制回路的运行状态提供具体的评估数据,同时为各控制回路的风险预测提供重要条件。
Description
技术领域
本发明涉及控制回路性能评估,具体地涉及一种化工装置控制回路性能定量评估方法、机器可读存储介质。
背景技术
控制回路作为化工生产过程的基本控制单元,其运行性能直接影响着生产效率、生产稳定、乃至生产安全等方面,当发生扰动时,常规控制回路能够自动进行调整并消除,如果控制回路自动调节失效,就必须由操作员进行人工干预、如果干预不成功,则易造成停车及事故的发生等。而最理想的状态,就是通过控制回路的自动调节能力自动消除各类扰动。
由于控制阀门卡滞、传感单元失灵、外部频繁扰动、控制策略不合理、PID参数设置不合理、工艺差和过程控制设计差等因素造成控制回路性能低下,严重时只能手动控制,影响装置的自控投用率。控制回路性能低下带来以下不良后果:引起控制阀的频繁动作,增加动力驱动费用、减少使用寿命、增加维护费用;装置抗干扰能力不足,不能及时调整非正常工况,大幅波动产生大量无效报警,影响装置平稳性;影响装置的卡边操作与生成,不能达到最优生产环境,不利于精细化管理。因此,控制回路的性能就变得非常重要,直接关系到生产稳定、效率和生产安全。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种化工装置控制回路性能定量评估方法、机器可读存储介质,其中该方法通过根据统计时间段内采集到的各控制回路的历史数据参数分别计算各控制回路的自控率、准确率、稳定率和/或响应率,并根据计算得到的自控率、准确率、稳定率和/或响应率确定控制回路的性能评估结果,可以为各控制回路的运行状态提供具体的评估数据,同时还可以为各控制回路的风险预测提供重要条件。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种化工装置控制回路性能定量评估方法,该方法包括:
采集各控制回路的历史数据参数;
根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的:自控率、准确率、稳定率和/或响应率;
根据计算得到的所述自控率、所述准确率、所述稳定率和/或所述响应率计算控制回路的性能评估结果
其中,所述历史数据参数包括:控制回路的测量值、设定值和模式值数量。
可选的,所述根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路自控率包括根据以下公式计算所述自控率:
其中,Ao_pro表示某一控制回路的投自控率,A_pro表示所有控制回路的投自控率,m表示某个控制回路统计时间段内模式值为自动模式的个数,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数,z表示所有控制回路的个数。
可选的,所述根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的准确率包括根据以下公式计算所述准确率:
其中,So_Index表示某一控制回路的准确率,S_Index表示所有控制回路的准确率,PV(i)表示控制回路的某一时刻的测量值,SP(i)表示控制回路的某一时刻的设定值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
可选的,所述根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的稳定率包括根据以下公式计算所述稳定率:
其中,Po_Index表示某一控制回路的稳定率,P_Index表示所有控制回路的稳定率,PV(i)表示控制回路的某一时刻的测量值,SP(i)表示控制回路的某一时刻的设定值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
可选的,所述根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的响应率包括根据以下公式计算所述响应率:
其中,Fo_Index表示某一控制回路的响应率,F_Index表示所有控制回路的响应率,PV5(i)表示某一时刻控制回路的前五个周期的测量值平均值,SP5(i)表示某一时刻控制回路的前五个周期的设定值平均值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
可选的,所述根据计算得到的所述自控率、所述准确率、所述稳定率和所述响应率计算控制回路的性能评估结果包括根据以下计算公式计算所述性能评估结果:
Propertyo=Ao_pro*(Po_Index+So_Index+Fo_Index)/3
Property=A_pro*(P_Index+S_Index+F_Index)/3
其中,Propertyo表示某个控制回路性能评估结果,Property表示装置整体的控制回路性能评估结果,Ao_pro表示某一控制回路的投自控率,A_pro表示所有控制回路的投自控率,So_Index表示某一控制回路的准确率,S_Index表示所有控制回路的准确率,Po_Index表示某一控制回路的稳定率,P_Index表示所有控制回路的稳定率,Fo_Index表示某一控制回路的响应率,F_Index表示所有控制回路的响应率。
另一方面,本发明提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行本申请上述化工装置控制回路性能定量评估方法。
通过上述技术方案,通过采集化工装置的控制回路的测量值(PV值)、设定值(SP值)和模式值(MODE值)数量的历史数据参数,根据历史数据参数分别计算各控制回路的自控率、准确率、稳定率和/或响应率,并根据计算得到的自控率、准确率、稳定率和/或响应率确定控制回路的性能评估结果,可以为各控制回路的运行状态提供具体的评估数据,同时还可以为各控制回路的风险预测提供重要条件。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:
图1是本发明实施例提供的化工装置控制回路性能定量评估方法流程示意图;
图2是本发明实施例提供的统计时间段内控制回路中设设定值与测量值的波动图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
图1示出了本发明实施例提供的化工装置控制回路性能定量评估方法流程示意图,如图1所示,该方法首先采集各控制回路的历史数据参数,具体地,采集各控制回路的测量值、设定值和模式值数量。不同于定值控制系统,本申请中的设定值是波动变化的,在采集控制回路的实际的测量值时还需采集控制回路的实时设定值。其中,设定值是指控制回路的期望目标值,例如希望某个储罐的液位稳定在50%,则设定控制回路的设定值为50%。测量值是指控制回路的被控变量的实际测量值,例如希望某个储罐的液位稳定在50%,但实际测得液位的测量值为49%。该模式值为控制回路处于自动模式或手动模式相对应的值,例如,自动模式相对应的模式值为0,手动模式相对应的模式值为1。同时在统计时间段内自动模式相对应的模式值的个数,即在该统计时间段内采集到模式值0的个数。
根据采集到的历史数据参数计算各控制回路的自控率、准确率、稳定率和响应率。具体地,根据统计时间段内采集到的模式值数量计算各控制回路的自控率。根据统计时间段内采集到的设定值和测量值计算各控制回路的准确率、稳定率及响应率。再根据计算得到各控制回路的自控率、准确率、稳定率及响应率计算各控制回路的性能评估结果。
在历史数据参数采集阶段优选地采用采用Visual Studio编译器编写数据采集程序,实现通过DCS的OPC服务器的HDA接口实时获取各控制回路相关参数的历史数据。
该自控率的具体计算方式可以为根据以下公式计算出各控制回路的自控率:
其中,Ao_pro表示某一控制回路的投自控率,A_pro表示所有控制回路的投自控率,m表示某个控制回路统计时间段内模式值为自动模式(模式值为0)的个数,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数,z表示所有控制回路的个数。
自控率评估每个控制回路的投自动状况,在根据上述计算方式得到的自控率后进行分析,自控率越高设备作业效率越高、能耗越小。例如,该时间段内,采集数据个数为5000,其中模式值为自动模式的个数为5000,即该参数的一直处于投自动状态。
Ao_pro=5000/5000*100%=100%
该准确率的具体计算方式为根据以下公式计算出各控制回路的准确率:
其中,So_Index表示某一控制回路的准确率,S_Index表示所有控制回路的准确率,PV(i)表示控制回路的某一时刻的测量值,SP(i)表示控制回路的某一时刻的设定值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
准确率评估被控变量(即测量值)稳定在设定值的状况,通过上述公式计算得到各控制回路的相应准确率后进行分析,准确率越大,则说明被控量稳定在设定值附近。
该稳定率的具体计算方式为根据以下公式计算得到各控制回路的稳定率:
其中,Po_Index表示某一控制回路的稳定率,P_Index表示所有控制回路的稳定率,PV(i)表示控制回路的某一时刻的测量值,SP(i)表示控制回路的某一时刻的设定值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
稳定率评估被控变量存在的波动状况,为了滤除参数本身的干扰波动对被控变量变化的影响,进行了平均值平滑处理。根据上述计算方式计算得到各控制回路的相应稳定率后进行分析,稳定率越大,则说明被控变量存在波动较小。
该响应率的具体计算方式为根据以下公式计算得到各控制回路的响应率:
其中,Fo_Index表示某一控制回路的响应率,F_Index表示所有控制回路的响应率,PV5(i)表示某一时刻控制回路的前五个周期的测量值(例如,某一时刻采集了2000个测量值,取该2000个测量值中的前5个测量值)的平均值,SP5(i)表示某一时刻控制回路的前五个周期的设定值平均值,n表示某一控制回路统计时间段内采集数据的个数。
响应率表示被控变量及时响应设定值的变化情况,通过上述公式计算得到各控制回路的相应响应率后进行分析,相应率越大,则说明控制回路的被控变量(测量值)跟随设定值变化的效果越好。
在计算得到控制回路的自控率、准确率、稳定率和响应率后,可以根据自控率、准确率、稳定率和响应率综合分析确定控制回路的性能评估结果,具体地,可以通过以下公式综合分析确定控制回路的性能评估结果:
Propertyo=Ao_pro*(Po_Index+So_Index+Fo_Index)/3
Property=A_pro*(P_Index+S_Index+F_Index)/3
其中,Propertyo表示某个控制回路性能评估结果,Property表示装置整体的控制回路性能评估结果,Ao_pro表示某一控制回路的投自控率,A_pro表示所有控制回路的投自控率,So_Index表示某一控制回路的准确率,S_Index表示所有控制回路的准确率,Po_Index表示某一控制回路的稳定率,P_Index表示所有控制回路的稳定率,Fo_Index表示某一控制回路的响应率,F_Index表示所有控制回路的响应率。在通过上述计算方式综合分析确定控制回路的性能评估结果后,控制回路性能评估结果的值越高,则表明该化工装置的自动率越高、控制回路波动稳定、控制准确、及时响应。
图2示出了本发明实施例提供的统计时间段内控制回路中设设定值与测量值的波动图,如图2所示,可以根据图2中波动大小确定,该时间段内控制回路中测量值有较大波动,则该时间段内控制回路的稳定率较差,该测量值频繁在设定值附近有较大波动,不利于处理较大的干扰波动。工作人员可以根据通过控制回路性能评估结果中体现出的不足作相应处理,以提高相应装置的运行状况。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式,但是,本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明实施例的技术构思范围内,可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请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 Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外,本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明实施例的思想,其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (7)
1.一种化工装置控制回路性能定量评估方法,其特征在于,该方法包括:
采集各控制回路的历史数据参数;
根据统计时间段内采集到的历史数据参数计算各控制回路的:自控率、准确率、稳定率和/或响应率;
根据计算得到的所述自控率、所述准确率、所述稳定率和/或所述响应率确定控制回路的性能评估结果;
其中,所述历史数据参数包括:控制回路的测量值、设定值和模式值数量。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据计算得到的所述自控率、所述准确率、所述稳定率和所述响应率计算控制回路的性能评估结果包括根据以下计算公式计算所述性能评估结果:
Propertyo=Ao_pro*(Po_Index+So_Index+Fo_Index)/3
Property=A_pro*(P_Index+S_Index+F_Index)/3
其中,Propertyo表示某个控制回路性能评估结果,Property表示装置整体的控制回路性能评估结果,Ao_pro表示某一控制回路的投自控率,A_pro表示所有控制回路的投自控率,So_Index表示某一控制回路的准确率,S_Index表示所有控制回路的准确率,Po_Index表示某一控制回路的稳定率,P_Index表示所有控制回路的稳定率,Fo_Index表示某一控制回路的响应率,F_Index表示所有控制回路的响应率。
7.一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行权利要求1-6任一项权利要求所述的化工装置控制回路性能定量评估。
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