CN211782274U - 空气分离先进控制系统及空气分离生产系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉空气分离技术领域，尤其是涉及一种空气分离先进控制系统及空气分离生产系统，空气分离先进控制系统用于空分装置，包括：包括DCS控制装置和先进控制装置；DCS控制装置包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器、理想模型存储器、模型预测运算器和优化控制器组件；理想模型存储器存储有预冷模型数据、精馏模型数据。本申请提供的空气分离先进控制系统，通过空分装置能够在本空气分离先进控制系统的调节形成的优化区间内进行运作，控过程自动化程度极高，将消耗降到最低进而提高了整套系统的效率，并且工艺参数稳定、精度高，提高工艺质量。

Description

空气分离先进控制系统及空气分离生产系统

技术领域

本申请涉空气分离技术领域，尤其是涉及一种空气分离先进控制系统(ACS，Advanced control system)及空气分离生产系统。

背景技术

空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态并精馏分离出各种产品，广泛应用于煤化工、石油化工、大型氮肥、冶金、专业气体供应等领域。空分的工艺原理为：先将空气压缩，再膨胀降温，冷却后液化，然后利用氧、氮、氩的沸点不同，在精馏塔内通过温度较高的蒸气和温度较低的液体相互接触，蒸气中有沸点较高的氧被冷凝，液体中有沸点较低的氮被蒸发，通过多次下流液体中低沸点组份蒸发、上升气体中高沸点组分被冷凝，达到分离出氧、氩、氮的目的。

空分装置一般都配备DCS系统(Distributed Control System，集散控制系统)，通过将温度、压力、流量、液位、组分等检测仪表接入DCS系统，实现对装置全过程的实时监视，然后DCS根据操作员设定的控制目标，按照DCS系统内部的常规PID(比例、积分、微分)、串级等控制方案计算出控制动作，最后DCS将控制结果送给调节阀、切断阀、变频器等去执行，如此循环往复。

但是，由于空分装置工艺过程复杂，具有多变量、非线性、强耦合、大滞后等特性，DCS系统的常规单入单出的PID等控制方案难以满足控制要求。操作人员面对复杂的控制对象，难以准确预判未来趋势、综合协调各底层PID回路，造成了以下问题：1、主换热器温差、富氧空气含量、下塔液位、氩馏分、主冷却器液位、粗氩气流量等重要工艺参数波动大，装置运行不平稳；2、越是重要的回路越是经常被操作员打成手动模式，自动化水平非常低，手动操作很多，操作人员工作强度很大；3、装置不能运行在优化区间，导致系统能耗高、效率低等。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种空气分离先进控制系统及空气分离生产系统，以在一定程度上解决现有技术中存在的自控投用率低、工艺参数波动大、能耗偏高的技术问题。

本申请提供了一种空气分离先进控制系统，用于空分装置，所述空分装置包括：预冷系统、精馏系统以及调节组件，所述预冷系统与所述精馏系统相连通，所述调节组件设置于所述预冷系统和所述精馏系统；

所述空气分离先进控制系统包括DCS控制装置和先进控制装置；所述DCS控制装置包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；所述先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器、理想模型存储器、模型预测运算器和优化控制器组件；所述理想模型存储器存储有预冷模型数据、精馏模型数据；

所述数据存储器和所述优化控制器组件均与所述DCS控制器组件通信连接；所述检测组件分别获取所述预冷系统、所述精馏系统的可控变量的即时数据，并将所述即时数据传输并存储于所述数据存储器；所述数据存储器内存储有历史数据；

所述模型预测运算器能够根据所述预冷模型数据、所述精馏模型数据、所述即时数据和所述历史数据预测所述可控变量在预设时间内的变化趋势；

所述优化控制器组件能够根据所述变化趋势和预定理想值计算得出对于所述调节组件的最优操作量，并将所述最优操作量传输至所述DCS控制器组件；

所述DCS控制器组件根据所述最优操作量对所述调节组件进行调节，以使所述可控变量工作在所述预定理想值。

在上述技术方案中，进一步地，所述先进控制装置还包括反馈校正器，所述反馈校正器分别与所述数据存储器、所述理想模型存储器、所述模型预测运算器和所述优化控制器组件通信连接；所述反馈校正器根据所述即时数据和所述变化趋势对所述预冷模型数据和所述精馏模型数据进行修正。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述检测组件包括第一检测组件和第二检测组件；

所述第一检测组件能够获取所述预冷系统的第一可控变量的第一即时数据，并将所述第一即时数据传输并存储于所述数据存储器；

所述第二检测组件能够获取所述精馏系统的第二可控变量的第二即时数据，并将所述第二即时数据传输并存储于所述数据存储器。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述优化控制器组件包括预冷换热控制器和精馏控制器；

所述调节组件包括设置于所述预冷系统的第一调节组件和设置于所述精馏系统的第二调节组件；

所述模型预测运算器能够根据所述第一即时数据、所述预冷模型数据及所述历史数据预测所述第一可控变量在所述预设时间内的第一变化趋势；所述预冷换热控制器能够根据所述第一变化趋势和所述预定理想值计算出对于所述第一调节组件的第一最优操作量；

所述模型预测运算器还能够根据所述第二即时数据、所述精馏模型数据及所述历史数据预测所述第二可控变量在所述预设时间内的第二变化趋势；所述精馏控制器能够根据所述第二变化趋势和所述预定理想值计算出对于所述第二调节组件的第二最优操作量。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一调节组件至少包括设置于所述预冷系统入口的第一阀门和设置于所述预冷系统出口的第二阀门；

所述第一检测组件至少包括设置于所述预冷系统入口的冷冻水流量传感器、第一温度传感器，设置于所述预冷系统的出口的第二温度传感器，以及设置于所述预冷系统的压力传感器；

所述预冷模型数据为所述第一调节组件的设定量对于所述第一检测组件的检测量的控制模型数据。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第二调节组件至少包括设置于所述精馏系统的入口的第三阀门和设置于所述精馏系统的出口的第四阀门；

所述第二检测组件至少包括设置于所述精馏系统的液氮流量传感器、氮气浓度传感器以及富氧液浓度传感器；

所述精馏模型数据为所述第二调节组件的设定量对于所述第二检测组件的检测量的控制模型数据。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述DCS控制器组件还包括操控面板，用于操作人员输入所述操作量的阈值及所述可控变量的阈值以及监控数据。

在上述任一技术方案中，进一步地，还包括通信服务器，所述DCS控制器组件和所述优化控制器组件均与所述通信服务器通信连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述优化控制器组件还包括组态存储器，所述组态存储器存储有所述优化控制器组件运行所需的文件路径和信息、服务器地址。

本申请还提供了一种空气分离生产系统，包括上述任一技术方案所述的空气分离先进控制系统，因而，具有该空气分离先进控制系统的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的空气分离先进控制系统，用于空分装置，能够对气体(如氧气、氩气、氮气)进行分离，其中空分装置包括：预冷系统、精馏系统以及调节组件，预冷系统与精馏系统相连通，调节组件设置于预冷系统和精馏系统；空气分离先进控制系统包括DCS控制装置和先进控制装置；DCS控制装置包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器、理想模型存储器、模型预测运算器和优化控制器组件；理想模型存储器存储有预冷模型数据、精馏模型数据。通过建立两个模型数据，为模型预测运算器提供了精准的模拟环境，从而得到的变化趋势也更加符合实际变化规律，显著提高预判的准确性，同时，将上述变化趋势与预定理想值比较后得到的最优操作量，相较于直接通过DCS控制器组件得到的控制指令，能够更好地匹配空分工艺中多变量、非线性、强耦合、大滞后的空分过程，有助于提高自动化水平，降低操作员的工作量，并且能够降低工艺参数的波动范围，提高设备整体运行的安全性、平稳性，提高工艺质量。

本申请提供的空气分离生产系统，包括上述所述的空气分离先进控制系统，因而，通过本空气分离先进控制系统对气体进行分离，自动化程度高，提高了生产品质及效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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为本申请实施例提供的空气分离先进控制系统的流程原理图；

图2为本申请实施例提供的空气分离先进控制系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的空气分离先进控制系统的优化控制器组件结构示意图。

附图标记：

101-DCS控制装置，102-空冷塔，103-膨胀机，104-精馏塔，201-数据存储器，202-模型预测运算器，203-反馈校正器，204-优化控制器组件，2041-预冷换热控制器，2042-精馏控制器，205-理想模型存储器，206-组态存储器，3-通信服务器，4-第一换热器，5-第二换热器，6-增压机，7-分子筛，8-空压机。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

参见图1至图3所示，本申请的实施例提供了一种空气分离先进控制系统，用于空分装置，空分装置包括：预冷系统、精馏系统以及调节组件，预冷系统与精馏系统相连通，调节组件设置于预冷系统和精馏系统；

空气分离先进控制系统包括DCS控制装置101和先进控制装置；DCS控制装置101包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器201、理想模型存储器205、模型预测运算器202和优化控制器组件204；理想模型存储器205存储有预冷模型数据、精馏模型数据；

数据存储器201和优化控制器组件204均与DCS控制器组件通信连接；检测组件分别获取预冷系统、精馏系统的可控变量的即时数据，并将即时数据传输并存储于数据存储器201；数据存储器201内存储有历史数据；

模型预测运算器202能够根据预冷模型数据、精馏模型数据、即时数据和历史数据预测可控变量在预设时间内的变化趋势；

优化控制器组件204能够根据变化趋势和预定理想值计算得出对于调节组件的最优操作量，并将最优操作量传输至DCS控制器组件；

DCS控制器组件根据最优操作量对调节组件进行调节，以使可控变量工作在预定理想值。

本申请提供的空气分离先进控制系统，用于空分装置，能够对气体(如氧气、氩气、氮气)进行分离，其中空分装置包括：预冷系统、精馏系统以及调节组件，预冷系统与精馏系统相连通，调节组件设置于预冷系统和精馏系统；空气分离先进控制系统包括DCS控制装置101和先进控制装置；DCS控制装置101包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器201、理想模型存储器205、模型预测运算器202和优化控制器组件204；理想模型存储器205存储有预冷模型数据、精馏模型数据。通过建立两个模型数据，为模型预测运算器202提供了精准的模拟环境，从而得到的变化趋势也更加符合实际变化规律，显著提高预判的准确性，同时，将上述变化趋势与预定理想值比较后得到的最优操作量，相较于直接通过DCS控制器组件得到的控制指令，能够更好地匹配空分工艺中多变量、非线性、强耦合、大滞后的空分过程，有助于提高自动化水平，降低操作员的工作量，并且能够降低工艺参数的波动范围，提高设备整体运行的安全性、平稳性，提高工艺质量。

具体地，预冷系统包括顺次相连接的空冷塔102和膨胀机103。

经空冷塔102流出的气体进入膨胀机103内进行降温降压，以满足气体分离的条件。

并且，空冷塔102的进口连通有空压机8，用于将空气排入空冷塔102内，向空冷塔102内补给空气。

精馏系统包括精馏塔104，精馏塔104与膨胀机103相连接。

精馏塔104用于对混合气体进行精确分馏，以对氧气、氮气、氩气进行分离为例，精馏塔104设置有氩气出口、液氨出口、液氧出口、氧气出口以及氮气出口，使得分流过后的各部分气体能够根据各自沸点以及形态经与之对应的出口流出并进行收集。

此外，空分装置还包括第一换热器4和第二换热器5，第一换热器4的内部压力高于第二换热器5的内部压力。

空冷塔102的出口端还连通有分子筛7，分子筛7用于气体进行吸附、纯化，第一换热器4(为低压换热器)设置在分子筛7与精馏塔104之间；

分子筛7的出口还连通有增压机6，第二换热器5(为高压换热器)设置在增压机6与精馏塔104装置之间，在第一换热器4和第二换热器5的作用下，改变进入精馏塔104内的压力。

本实施例中，先进控制装置接到投用命令后，首先是更新各变量的实时数据，然后根据各操作变量的历史以及未来输入，模型预测运算器202调用理想模型存储器205进行运算，得出各控制变量在未来一段时间内的变化轨迹。然后反馈校正器203将模型预测值与空分装置的实际值进行对比并对理想模型存储器205进行修正，防止空分装置模型失配或环境干扰引起控制对理想状态的偏离。最后优化控制器组件204根据操作员设定的控制变量和操作变量的高低限值、优化值，结合工艺和设备约束，计算得出操作变量和控制变量的目标值，这些目标值在当前操作条件下是最优的，这些目标值以满足控制和优化目标，获得最大经济效益，将消耗降到最小。得出目标值后，为使控制变量在未来一定时间段内与期望轨迹的误差最小，优化控制器组件204进一步运算确定操作变量的调节幅度。最终，计算出的操作变量的值通过通信服务器3传递给DCS控制装置101，由DCS控制装置101的底层回路去执行控制过程。除非操作人员发出切除控制器的指令，否则一个控制周期后(本实施例为30秒)，以上过程保持循环执行。

此外，先进控制装置在DCS控制装置101内部开发了与先进控制装置交互的逻辑(程序)，主要包括看门狗逻辑(通信握手逻辑)、控制器投切逻辑、回路投切逻辑、越限或卡限报警等，使得先进控制装置能够操控DCS控制装置101对空分装置进行自动投切控制。

理想模型存储器205是根据空气分离先进控制系统在阶跃测试数据过程中进行模型辨识形成的较为完善的运行模型，空分装置按照理想模型存储器205拟定的参数运行，能够确保气体分离工艺中参数维持稳定，使得空分装置能够在优化区间内运作。

需要说明的是，DCS控制装置101为现有的气体分离工艺中常见系统，能满足本申请实施例的需求即可，在此不对DCS控制装置101的型号、品牌作具体要求。

优选地，先进控制装置还包括反馈校正器203，反馈校正器203分别与数据存储器201、理想模型存储器205、模型预测运算器202和优化控制器组件204通信连接；反馈校正器203根据即时数据和变化趋势对预冷模型数据和精馏模型数据进行修正。

通过反馈校正器203对预冷模型数据、精馏模型数据不断进行修正，使空气分离先进控制系统参照理想模型存储器205正常运作，能够有效防止由于模型数据失配或者环境干扰引起现金控制装置的计算结果过分偏离理想值。

重要的是，优化控制器组件204在工作过程中是在一定优化计算周期内进行滚动优化的，可选地，优化计算周期为30秒，能够顾及由于模型适配或环境干扰造成的影响并及时进行弥补，从而确保自动优化控制过程更加精准。

优选地，检测组件包括第一检测组件和第二检测组件；

第一检测组件能够获取预冷系统的第一可控变量的第一即时数据，并将第一即时数据传输并存储于数据存储器201；

第二检测组件能够获取精馏系统的第二可控变量的第二即时数据，并将第二即时数据传输并存储于数据存储器201。

在本实施例中，通过第一检测组件和第二检测组件分别对预冷系统和精馏系统进行检测，以便于监控预冷系统和精馏系统的工作状态。

优选地，优化控制器组件204包括预冷换热控制器2041和精馏控制器2042；

调节组件包括设置于预冷系统的第一调节组件和设置于精馏系统的第二调节组件；

模型预测运算器202能够根据第一即时数据、预冷模型数据及历史数据预测第一可控变量在预设时间内的第一变化趋势；预冷换热控制器2041能够根据第一变化趋势和预定理想值计算出对于第一调节组件的第一最优操作量；

模型预测运算器202还能够根据第二即时数据、精馏模型数据及历史数据预测第二可控变量在预设时间内的第二变化趋势；精馏控制器2042能够根据第二变化趋势和预定理想值计算出对于第二调节组件的第二最优操作量。

进一步地，第一调节组件至少包括设置于预冷系统入口的第一阀门和设置于预冷系统出口的第二阀门；

第一检测组件至少包括设置于预冷系统入口的冷冻水流量传感器、第一温度传感器，设置于预冷系统的出口的第二温度传感器，以及设置于预冷系统的压力传感器；

预冷模型数据为第一调节组件的设定量对于第一检测组件的检测量的控制模型数据。

进一步地，第二调节组件至少包括设置于精馏系统的入口的第三阀门和设置于精馏系统的出口的第四阀门；

第二检测组件包括设置于精馏系统的液氮流量传感器、氮气浓度传感器以及富氧液浓度传感器；

精馏模型数据为第二调节组件的设定量对于第二检测组件的检测量的控制模型数据。

在本实施例中，通过预冷换热控制器2041、精馏控制器2042、第一调节组件、第二调节组件、第一检测组件和第二检测组件之间配合工作，进一步提高优化控制器组件204的优化控制能力，以便对预冷系统、精馏系统的各部分数据进行高精度优化。

具体地，预冷及高低压切换模型数据包括：

(1)进空冷塔冷冻水流量对空气出空冷塔温度的控制模型；

(2)进空冷塔循环水流量对空气出空冷塔温度的控制模型；

(3)进空冷塔冷冻水温度对空气出空冷塔温度的干扰模型；

(4)污氮出高压换热器压力设定值对高压换热器冷热侧温差的控制模型；

(5)污氮出高压换热器压力设定值对低压换热器冷热侧温差的控制模型；

(6)污氮出高压换热器压力设定值对膨胀机入口温度的控制模型；

(7)污氮出低压换热器压力设定值对高压换热器冷热侧温差的控制模型；

(8)污氮出低压换热器压力设定值对低压换热器冷热侧温差的控制模型；

(9)污氮出低压换热器压力设定值对膨胀机入口温度的控制模型。

精馏模型数据包括：

(1)液氮进上塔流量设定值对下塔富氧液空浓度的控制模型；

(2)污液氮进上塔流量设定值对下塔富氧液空浓度的控制模型；

(3)压缩空气总留量对下塔富氧液空浓度的干扰模型；

(4)液氮采出流量设定值对下塔富氧液空浓度的控制模型；

(5)液氮进上塔流量设定值对产品氮气纯度的控制模型；

(6)污液氮进上塔流量设定值对产品氮气纯度的控制模型；

(7)液氮采出流量设定值对产品氮气纯度的控制模型；

(8)液氮进上塔流量设定值对产品氧气纯度的控制模型；

(9)污液氮进上塔流量设定值对产品氧气纯度的控制模型；

(10)低压氧气去污氮流量设定值对产品氧气纯度的控制模型；

(11)产品氧气流量对产品氧气纯度的干扰模型；

(12)液氧采出流量设定值对主冷液位的控制模型；

(13)液氮采出流量设定值对主冷液位的控制模型；

(14)产品氧气流量对主冷液位的干扰模型；

(15)低压氧气去污氮流量设定值对氩馏分含氩量的控制模型；

(16)液氮进上塔流量设定值对氩馏分含氩量的控制模型；

(17)污液氮进上塔流量设定值对氩馏分含氩量的控制模型；

(18)下塔液位调节阀开度对氩馏分含氩量的干扰模型；

(19)粗氩II塔冷凝器液位设定值对粗氩II塔阻力(代表氩系统流量)的控制模型；

(20)精氩塔冷凝器液位设定值对氩中氧含量的控制模型；

(21)精氩塔冷凝器液位设定值对氩中氮含量的控制模型；

在主要的子模型下详细的划分多个模型，使得本申请提供的先进控制装置能够控制空分装置的运行过程全面、细致地实现自动化。

在本实施例中，冷冻水流量传感器、第一温度传感器设置于空冷塔102的进口处，第二温度传感器设置于空冷塔102的出口处，同样地，膨胀机103入口和出口也设置有温度传感器；液氮流量传感器设置于精馏塔上塔入口处，氮气浓度传感器设置于精馏塔104的氮气出口，富氧液浓度传感器设置于精馏塔104的液氧出口。检测组件还包含其他检测装置，如压力的检测装置，根据理想模型存储器205所能实现的范围，可在空分装置的个管路、出口、入口处设置相应的检测装置对所需数据进行检测，在此不一一列举。

需要说明的是，调节组件包含设置在空气分离先进控制系统各连接管路上的各个阀门、开关，可根据在空气分离先进控制系统在实际调节过程中根据各个子模型以及实际调节所需进行选用及布控，这一过程为实现空气分离中必不可少的过程，可参考现有的空气分离工艺，在本申请中不作为重要发明点，在此不过多说明。

同理，检测组件包含设置在空分装置的各连接管路上的各个检测仪表或者传感器，根据实际情况选用、设置即可，本领域技术人员完全能够理解，在此不再赘述。

优选地，DCS控制器组件还包括操控面板，用于操作人员输入操作量的阈值及可控变量的阈值以及监控数据。

操作员能够通过操作操控面板设置可控变量和调节组件的阈值、预定理想值，并相优化控制器组件204发送投切指令，先进控制装置接到指令后，首先更新各部分可控变量的实时数据，然后进行进一步的计算机控制工作。

优选地，还包括通信服务器3，DCS控制器组件和优化控制器组件204均与通信服务器3通信连接。

在本实施例中，先进控制装置通过通信服务器3与DCS控制装置101通信连接，此外，需要说明的是，先进控制装置运行在独立的专用APC(先进过程控制系统)服务器上，使得本申请提供的先进控制装置的结构简单，不需要工作人员花费过多时间、精力在各模块的连接以及集成上，在该服务器可为机架式或塔式时，该服务器通过以太网与通信服务器3通信连接。

其中，通信服务器3可以单独设置，也可以在DCS工程师站或操作员站开通OPC服务授权后进行复用，条件许可的情况下建议单独设置。通信服务器3配置双网卡或三网卡，一个网卡与先进过程先进控制装置连接，另一个或两个网卡与DCS控制装置101连接。

此外，通信服务器3可以单独设置，也可以在DCS工程师站或操作员站开通OPC服务授权后进行复用，条件许可的情况下建议单独设置。通信服务器3配置双网卡或三网卡，一个网卡与先进过程先进控制装置连接，另一个或两个网卡与DCS控制装置101连接。

优选地，优化控制器组件204还包括组态存储器，组态存储器存储有优化控制器组件运行所需的文件路径和信息、服务器地址。

在本实施例中，组态存储器206包含了先进控制装置的重要信息，包括控制装置运行需要的各种文件路径、服务器地址、输入输出点的配置、控制装置运行信息、各种控制及优化参数配置等。

实施例二

参见图1所示，本申请的实施例还提供了一种空气分离生产系统，包括实施例一中的全部技术特征，进而具有实施例一中的全部有益效果，相同技术特征不再赘述。

本实施例提供的空气分离生产系统包括空分装置和如实施例一的空气分离先进控制系统。

相对于现有技术，本申请具有以下优势：

本申请提供的空气分离先进控制系统及空气分离生产系统，综合应用了OPC通信技术、模型预测控制、软测量等技术，并设计了基于空分工艺机理的控制方案。可以达到如下效果：1、实现了空气分离生产系统的自动控制，如高/低换温差、主冷液位、氩馏分、氩系统流量等的多变量协调控制，大大提高了装置的自动化水平，降低了操作人员劳动强度；2、降低关键工艺参数的波动幅度达56.43％，提高了装置的平稳性和安全性；3、降低了高/低换温差，减少了系统冷量损失；4、根据《DB31\757-2013工业气体空分单位产品能源消耗限额》计算，空气分离先进控制系统的应用可节约蒸汽消耗0.17％，每年经济效益数百万元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空气分离先进控制系统，用于空分装置，其特征在于，所述空分装置包括：预冷系统、精馏系统以及调节组件，所述预冷系统与所述精馏系统相连通，所述调节组件设置于所述预冷系统和所述精馏系统；

所述空气分离先进控制系统包括DCS控制装置和先进控制装置；所述DCS控制装置包括通信连接的检测组件和DCS控制器组件；所述先进控制装置包括相互通信连接的数据存储器、理想模型存储器、模型预测运算器和优化控制器组件；所述理想模型存储器存储有预冷模型数据、精馏模型数据；

所述数据存储器和所述优化控制器组件均与所述DCS控制器组件通信连接；所述检测组件分别获取所述预冷系统、所述精馏系统的可控变量的即时数据，并将所述即时数据传输并存储于所述数据存储器；所述数据存储器内存储有历史数据；

所述模型预测运算器能够根据所述预冷模型数据、所述精馏模型数据、所述即时数据和所述历史数据预测所述可控变量在预设时间内的变化趋势；

所述优化控制器组件能够根据所述变化趋势和预定理想值计算得出对于所述调节组件的最优操作量，并将所述最优操作量传输至所述DCS控制器组件；

所述DCS控制器组件根据所述最优操作量对所述调节组件进行调节，以使所述可控变量工作在所述预定理想值。

2.根据权利要求1所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，所述先进控制装置还包括反馈校正器，所述反馈校正器分别与所述数据存储器、所述理想模型存储器、所述模型预测运算器和所述优化控制器组件通信连接；所述反馈校正器根据所述即时数据和所述变化趋势对所述预冷模型数据和所述精馏模型数据进行修正。

3.根据权利要求1所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，所述检测组件包括第一检测组件和第二检测组件；

所述第一检测组件能够获取所述预冷系统的第一可控变量的第一即时数据，并将所述第一即时数据传输并存储于所述数据存储器；

所述第二检测组件能够获取所述精馏系统的第二可控变量的第二即时数据，并将所述第二即时数据传输并存储于所述数据存储器。

4.根据权利要求3所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，所述优化控制器组件包括预冷换热控制器和精馏控制器；

所述调节组件包括设置于所述预冷系统的第一调节组件和设置于所述精馏系统的第二调节组件；

所述模型预测运算器能够根据所述第一即时数据、所述预冷模型数据及所述历史数据预测所述第一可控变量在所述预设时间内的第一变化趋势；所述预冷换热控制器能够根据所述第一变化趋势和所述预定理想值计算出对于所述第一调节组件的第一最优操作量；

所述模型预测运算器还能够根据所述第二即时数据、所述精馏模型数据及所述历史数据预测所述第二可控变量在所述预设时间内的第二变化趋势；所述精馏控制器能够根据所述第二变化趋势和所述预定理想值计算出对于所述第二调节组件的第二最优操作量。

5.根据权利要求4所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，

所述第一调节组件至少包括设置于所述预冷系统的入口的第一阀门和设置于所述预冷系统的出口的第二阀门；

所述第一检测组件至少包括设置于所述预冷系统的入口的冷冻水流量传感器、第一温度传感器，设置于所述预冷系统的出口的第二温度传感器，以及设置于所述预冷系统的压力传感器；

所述预冷模型数据为所述第一调节组件的设定量对于所述第一检测组件的检测量的控制模型数据。

6.根据权利要求4所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，

所述第二调节组件至少包括设置于所述精馏系统的入口的第三阀门和设置于所述精馏系统的出口的第四阀门；

所述第二检测组件至少包括设置于所述精馏系统的液氮流量传感器、氮气浓度传感器以及富氧液浓度传感器；

所述精馏模型数据为所述第二调节组件的设定量对于所述第二检测组件的检测量的控制模型数据。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，所述DCS控制器组件还包括操控面板，用于操作人员输入所述操作量的阈值及所述可控变量的阈值以及监控数据。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，还包括通信服务器，所述DCS控制器组件和所述优化控制器组件均与所述通信服务器通信连接。

9.根据权利要求1所述的空气分离先进控制系统，其特征在于，所述优化控制器组件还包括组态存储器，所述组态存储器存储有所述优化控制器组件运行所需的文件路径、信息和服务器地址。

10.一种空气分离生产系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的空气分离先进控制系统。

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