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金曉明 楊開香 張樹吉
先xian進jin控kong製zhi是shi現xian代dai大da工gong業ye生sheng產chan過guo程cheng中zhong最zui重zhong要yao的de技ji術shu之zhi一yi。采cai用yong先xian進jin控kong製zhi，可ke以yi解jie決jue常chang規gui控kong製zhi中zhong不bu能neng解jie決jue的de各ge種zhong難nan題ti，以yi滿man足zu人ren們men對dui生sheng產chan過guo程cheng的de安an全quan、高效、優質、低耗的要求，使用戶以較小的投入獲得較大的經濟效益。據有關資料統計，國外著名的先進控製軟件包已有5000多套的應用，目前正在搶占我們國內的市場。國內的許多高校、研究機構和大型石化企業從上世紀80年末代就開始探討和研究各種先進控製理論和技術，並針對一些複雜工業過程進行應用研究，取得了一定的研究成果和技術經驗積累。
純堿即碳酸鈉（Na2CO3），是重要的基本工業原料，被稱為“化工之母”，qichanlianghexiaofeiliangtongchangbeizuoweihengliangyigeguojiagongyefazhanshuipingdebiaozhizhiyi。danyouyuchunjianshengchanguochenggongyiliuchengchang，lianxuxingqiang，cunzaijiaoqiangdebianliangguanlianheouhetexing，changguikongzhibunenghenhaodejiejuezhezhongfuzagongyeshengchankongzhinanti。moudaxingchunjianshengchanqiyelvxianzaichunjianshengchanguochengzhongcaiyongxianjinkongzhiruanjianbaoAPC-Adcon和(he)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)等(deng)先(xian)進(jin)技(ji)術(shu)手(shou)段(duan)，結(jie)合(he)純(chun)堿(jian)生(sheng)產(chan)裝(zhuang)置(zhi)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)的(de)思(si)路(lu)和(he)實(shi)際(ji)的(de)工(gong)藝(yi)操(cao)作(zuo)經(jing)驗(yan)，開(kai)發(fa)了(le)純(chun)堿(jian)裝(zhuang)置(zhi)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，提(ti)高(gao)了(le)裝(zhuang)置(zhi)操(cao)作(zuo)平(ping)穩(wen)性(xing)和(he)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)，降(jiang)低(di)了(le)能(neng)耗(hao)，減(jian)少(shao)了(le)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)。先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)極(ji)大(da)地(di)提(ti)升(sheng)了(le)純(chun)堿(jian)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)，引(yin)起(qi)了(le)純(chun)堿(jian)行(xing)業(ye)和(he)社(she)會(hui)各(ge)界(jie)的(de)廣(guang)泛(fan)關(guan)注(zhu)。
先進控製軟件包體係結構
高級多變量預測控製軟件包APC-Adcon是浙江中控軟件技術有限公司開發的麵向工業過程的多變量預測控製軟件包，可用於煉油、石化、化工、冶金等大型工業過程的控製，特別適合於需要采用多種控製策略和控製結構的複雜多變量過程。它可以方便的集成到任何DCS或PLC控製係統中工作。其基本功能是: 在受控變量和操縱變量滿足位置和速度硬約束的前提下，每個被控變量可以按照指定的閉環性能達到設定值；對可測擾動的前饋控製；局部優化等。APC-Adcon還充分考慮了實際控製係統中的各種要求，保證了係統性能和控製器的魯棒性。APC-Adcon高gao級ji多duo變bian量liang預yu測ce控kong製zhi軟ruan件jian實shi現xian生sheng產chan過guo程cheng的de實shi時shi控kong製zhi，提ti供gong上shang傳chuan接jie口kou，可ke向xiang企qi業ye管guan理li網wang絡luo實shi時shi提ti供gong有you關guan數shu據ju，為wei企qi業ye過guo程cheng控kong製zhi係xi統tong與yu信xin息xi係xi統tong的de數shu據ju集ji成cheng提ti供gong方fang便bian。
APC-Adcon采用計算機、網絡通訊、工業自動化、技ji術shu管guan理li等deng領ling域yu先xian進jin成cheng熟shu的de技ji術shu並bing保bao持chi關guan鍵jian技ji術shu領ling先xian，在zai結jie構gou體ti係xi上shang采cai用yong先xian進jin的de分fen布bu式shi多duo層ceng組zu件jian化hua應ying用yong體ti係xi，提ti供gong分fen布bu式shi軟ruan件jian結jie構gou和he分fen布bu式shi應ying用yong結jie構gou，現xian已yi在zai催cui化hua裂lie化hua、連續重整、PTA、PX等重點煉油、石化和化工裝置中得到廣泛應用，是多變量過程先進控製的最佳商品化工程軟件產品之一。基於COM的組件化先進控製軟件的結構如圖1所示。
圖1 APC-Adcon先進控製軟件結構原理
從圖1keyikanchu，xianjinkongzhiqidemeiyigegongnengmokuaizuoweikongzhiqidebiaozhunjian，fenbiebaozhuangbutongdexianjinkongzhisuanfahegongneng，qieyuchengxushejiyuyanwuguan，keyishixianjichajiyong。erqiegenjuxianchangxuqiu，kongzhizhuangzhibixuyuxianjinkongzhisuanfayiyiduiying，zujianhuadekuangjiaqiahaomanzulezhezhongxuqiu，erqiejianhualebiancheng，jidadezengjialekongzhixitongdewendingxing。
APC-Adcon在純堿生產過程中的應用
1. 生產工藝及控製問題簡介
某mou大da型xing純chun堿jian企qi業ye采cai用yong氨an堿jian法fa製zhi堿jian，其qi工gong藝yi過guo程cheng主zhu要yao是shi將jiang原yuan鹽yan精jing製zhi成cheng飽bao和he鹽yan水shui後hou，吸xi氨an形xing成cheng氨an鹽yan水shui，氨an鹽yan水shui與yu煆duan燒shao石shi灰hui石shi產chan生sheng的de二er氧yang化hua碳tan氣qi在zai清qing洗xi塔ta內nei反fan應ying生sheng成cheng預yu碳tan化hua液ye，預yu碳tan化hua液ye在zai碳tan化hua塔ta內nei與yu高gao濃nong度du的de二er氧yang化hua碳tan氣qi進jin行xing碳tan酸suan化hua反fan應ying（俗稱碳化）生成的碳酸氫鈉懸浮液，經過濾得到的碳酸氫鈉結晶在煆燒爐內煆燒獲得純堿產品和高濃度的二氧化碳氣，二氧化碳氣經冷卻、壓縮後通入碳化塔參與碳酸化反應。把濾去碳酸氫鈉的製堿母液進行加熱蒸餾回收母液中的氨。
氨堿法的主要生產流程有：化鹽和鹽水精製、氨鹽水的製備、碳化和重堿過濾、重堿的煆燒、氨的回收以及石灰石的煆燒等。由於純堿各生產崗位已全部實現了DCS控製，因此生產效率明顯提高，產品次品率大大降低。但常規的控製不能很好的適應純堿生產過程的一些複雜特性，比如大的純滯後、多(duo)變(bian)量(liang)的(de)耦(ou)合(he)等(deng)等(deng)，重(zhong)要(yao)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)參(can)數(shu)需(xu)要(yao)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)手(shou)動(dong)控(kong)製(zhi)，因(yin)此(ci)裝(zhuang)置(zhi)過(guo)程(cheng)參(can)數(shu)和(he)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)得(de)不(bu)到(dao)保(bao)證(zheng)，勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)較(jiao)大(da)。為(wei)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)水(shui)平(ping)，我(wo)們(men)在(zai)純(chun)堿(jian)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)重(zhong)要(yao)工(gong)序(xu)――石灰窯工序、碳化工序、壓ya縮suo工gong序xu實shi施shi了le先xian進jin控kong製zhi技ji術shu。通tong過guo先xian進jin控kong製zhi技ji術shu的de應ying用yong，提ti高gao裝zhuang置zhi操cao作zuo的de平ping穩wen性xing，將jiang關guan鍵jian工gong藝yi參can數shu的de波bo動dong幅fu度du降jiang低di，比bi如ru石shi灰hui窯yao出chu灰hui溫wen度du、碳化塔中部溫度、碳化塔塔壓、碳化塔出堿溫度等。並以先進控製係統平穩性提高為前提，實現石灰窯自動出灰、自動配料功能，實現石灰窯、碳化塔生產負荷分配、工況平衡等優化控製，並通過實時調節壓縮機的轉速滿足碳化過程對清洗氣、中段氣、下段氣總流量的需求變化。
2.先進控製方案
該項目設計三個APC-Adcon控製器以控製純堿生產過程中的石灰窯、碳化塔和壓縮機裝置，Ⅰ石灰係統控製器，下設石灰工序控製器；Ⅱ碳化係統控製器，下設碳化工序控製器；Ⅲ壓縮係統控製器，下設壓縮工序控製器。它們之間的聯係通過物料平衡、工藝計算等來體現。針對裝置的特殊要求，基於自定義控製器技術為石灰窯、碳化塔和壓縮機裝置製定了特殊的控製和優化策略。先進控製係統控製方案的總體框架如圖2所示。
該企業的純堿生產裝置先進控製係統是在DCS集散控製係統平台上實施的，先進控製係統軟件運行在此集散控製係統的上位機中。先控上位機以DCS提供的接口軟件作為OPC Server，通過HUB進行數據雙向交換，從而可靠的實現了上位機與DCS的雙向數據通訊。3. 先進控製係統控製器結構
控製結構是被控變量和調節變量關於控製要求的完整描述。APC-Adcon采用的控製結構具有較強的可操作性，可以是固定的，也可以由用戶在線修改。APC-Adcon控製器結構如圖3所示。
其中包括：
（1）操作變量的描述
・約束：最小、最大和速度
・理想滯留值（IRV）：數值和趨向IRV 值的速率
・最大化（或最小化）：數值和趨向最大（或最小）值的速率
（2）受控變量（輔助變量）的描述
・約束：最小、最大和速度
・設定值控製：閉環時間響應
・區域設定值控製：設定值區域邊界，邊界內及邊界外閉環時間響應
・理想滯留值（IRV）：數值和趨向IRV 值的速率
・最大化（或最小化）：數值和趨向最大（或最小）值的速率
（3）容錯控製功能
不bu同tong的de工gong作zuo條tiao件jian及ji操cao作zuo模mo式shi下xia控kong製zhi目mu標biao可ke能neng不bu同tong，各ge種zhong變bian量liang的de具ju體ti要yao求qiu也ye可ke能neng不bu同tong。當dang傳chuan感gan器qi或huo執zhi行xing器qi失shi效xiao，控kong製zhi對dui象xiang將jiang發fa生sheng改gai變bian。對dui於yu這zhe種zhong意yi外wai情qing況kuang，APC-Adcon提供安全的解決方案，包括：改變受控變量和操縱變量集，實時調度控製結構等。4.APC-Adcon運行效果分析
純堿生產過程先進控製係統――石灰窯先進控製係統、碳化塔先進控製係統、壓縮機先進控製係統投運後效果顯著，主要表現在如下幾個方麵：
先進控製係統根據設定目標值實時自動調節相關參數，降低了操作人員的勞動強度，並大大減少了人為調節所帶來的幹擾；
先進控製係統使各裝置的運行參數趨向平穩，波動範圍減小；
先進控製係統根據並聯生產裝置的運行工況進行生產負荷協調，既充分發揮出各裝置的潛力又平衡了各裝置的工況；
先進控製係統通過平穩裝置的各項運行指標，使石灰石有效分解率、窯氣濃度及碳化轉化率保持在較高的水平。
先進控製係統通過實時調節壓縮機的轉速，滿足碳化工序對清洗氣、中段氣、下段氣的實時需求，降低了勞動強度，平穩了生產。
下麵分別說明純堿生產過程三個子係統在先進控製係統運行前和運行後的運行狀況。
（1）石灰窯係統
石灰窯窯底溫度是石灰窯係統的重要控製參數，是反映石灰窯運行狀況的主要指標，下邊是先進控製係統投運前後比較：
石灰窯先進控製係統投運前：
石灰窯先進控製係統投運後：
（2）碳化塔係統
碳化塔的中部溫度、塔ta底di壓ya力li是shi碳tan化hua操cao作zuo的de重zhong要yao指zhi標biao，這zhe些xie參can數shu直zhi接jie反fan映ying出chu碳tan化hua塔ta的de運yun行xing是shi否fou平ping穩wen，轉zhuan化hua率lv是shi否fou達da到dao要yao求qiu。因yin此ci，控kong製zhi好hao這zhe些xie運yun行xing指zhi標biao是shi優you質zhi高gao產chan的de前qian提ti。下xia麵mian是shi先xian進jin控kong製zhi係xi統tong投tou運yun前qian後hou的de碳tan化hua塔ta塔ta底di壓ya力li的de變bian化hua情qing況kuang比bi較jiao。
製堿塔先進控製係統投運前的塔底壓力：
碳化塔先進控製係統投運後的塔底壓力：
（3）壓縮機係統
壓縮機先進控製係統通過實時調節壓縮機的轉速來實時調整清洗氣、中段氣、下(xia)段(duan)氣(qi)總(zong)流(liu)量(liang)，滿(man)足(zu)碳(tan)化(hua)工(gong)序(xu)對(dui)三(san)段(duan)氣(qi)各(ge)自(zi)總(zong)流(liu)量(liang)的(de)需(xu)求(qiu)變(bian)化(hua)，實(shi)現(xian)了(le)氣(qi)量(liang)平(ping)衡(heng)。下(xia)麵(mian)是(shi)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)投(tou)運(yun)前(qian)後(hou)的(de)中(zhong)段(duan)氣(qi)變(bian)化(hua)情(qing)況(kuang)比(bi)較(jiao)。
壓縮機先進控製係統投運前的中段氣流量設定值與實際值：
壓縮機先進控製係統投運後的中段氣流量設定值與實際值：
綜上，在純堿生產過程中的石灰窯、碳化塔、yasuojizhuangzhishangshishixianjinkongzhiyouxiaodekefuleganraohezhihouyingxiang，dadatigaolezhuangzhidezidonghuashuiping，tongyilecaozuorenyuandecaozuofangfa，jiangdilecaozuorenyuandelaodongqiangdu，wendinglezhuangzhigongyicanshudepingwenxing。zaibaozhengzhuangzhigongkuanglianghaodeqingkuangxia，shixianchanliangzuidahua，pinzhizuiyouhua。xianjinkongzhixitongcaozuojiandan，kongzhixiaoguolianghao，shenshougongyijishurenyuanhecaozuorenyuandehuanying。
先xian進jin控kong製zhi是shi現xian代dai大da工gong業ye生sheng產chan過guo程cheng中zhong的de最zui重zhong要yao的de技ji術shu之zhi一yi。采cai用yong先xian進jin控kong製zhi，可ke以yi解jie決jue常chang規gui控kong製zhi中zhong不bu能neng解jie決jue的de各ge種zhong難nan題ti，在zai一yi定ding程cheng度du上shang能neng滿man足zu人ren們men對dui生sheng產chan過guo程cheng的de安an全quan、高效、優質、低耗的要求，使用戶以較小的投入獲得較大的經濟效益。
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