專(zhuān)利名稱(chēng)：精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域，具體涉及精對(duì)苯二甲酸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PTA，即PureTerephthalic Acid)生產(chǎn)中加氫精制工段的重要工藝參數(shù)漿料濃度的控制方法。
背景技術(shù)：
在PTA生產(chǎn)中，加氫精制工藝是將氧化工藝生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸(TA，TerephthalicAcid)溶解于水中，在高溫、高壓下經(jīng)催化加氫，分離雜質(zhì)，從而制得纖維級(jí)的精對(duì)苯二甲酸(PTA)。
貯放在料倉(cāng)的由氧化工段生產(chǎn)的粗對(duì)苯二甲酸(TA)，分別經(jīng)由螺旋推進(jìn)器、螺旋輸送機(jī)和漿料罐旋轉(zhuǎn)閥，送入帶攪拌器的漿料罐，然后加入打漿水進(jìn)行混合。漿料罐中的漿料通過(guò)進(jìn)料增壓泵、溶解器增壓泵送入八只串連的預(yù)熱器，漿料經(jīng)逐級(jí)加熱并使TA完全溶解后，送入加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。在TA漿料配制過(guò)程中，漿料罐中的漿料濃度可以根據(jù)操作溫度下TA的溶解度和一定的安全裕度確定。
TA和打漿水混合得到的漿料是加氫精制工藝的原料，加氫反應(yīng)的條件是TA必須完全溶解于水，形成均相溶液。TA漿料濃度是加氫精制工段的重要工藝參數(shù)，當(dāng)TA漿料濃度高于操作溫度下TA的溶解度時(shí)，TA將析出或者不溶解，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致催化劑床層堵塞，甚至造成催化劑壓碎或Johnson網(wǎng)壓彎等操作事故。反之如果濃度太低，則裝置處理能力會(huì)下降，限制了生產(chǎn)能力的提高，并增加了消耗。
TA漿料配制過(guò)程的示意圖如圖1示。過(guò)程的輸入包括TA和打漿水，輸出是二者混合以后的漿料。
設(shè)F1為T(mén)A質(zhì)量流量，F(xiàn)2為打漿水質(zhì)量流量，F(xiàn)3為漿料質(zhì)量流量，A為漿料罐截面積，L為漿料罐液位，D為T(mén)A漿料濃度，ρ為T(mén)A漿料密度。
設(shè)F1中均為T(mén)A，F(xiàn)2中不包含TA，漿料罐混合均勻。從TA和打漿水的測(cè)量點(diǎn)到漿料罐的純滯后大約相等，用τ表示。
假設(shè)兩股進(jìn)料在測(cè)量處均勻混合，混合后質(zhì)量濃度為D′，將這個(gè)濃度稱(chēng)為漿料罐入口濃度。設(shè)漿料罐液位利用F2進(jìn)行調(diào)節(jié)而且不變。那么D和D′之間肯定是線(xiàn)性關(guān)系ρALdD(t)dt=F3D′(t-τ)-F3D(t)⇒D(s)D′(s)=1ρALF3s+1e-τs]]>這種線(xiàn)性關(guān)系不會(huì)因?yàn)镕3變化而改變，但是負(fù)荷的變化會(huì)影響時(shí)間常數(shù)。入口濃度D′和F1、F2關(guān)系D′=F1F1+F2]]>當(dāng)F1+F2(F3)不變時(shí)，入口濃度D′和F1是線(xiàn)性關(guān)系，這樣漿料濃度D和F1也是線(xiàn)性關(guān)系；反之則入口濃度D′和F1是非線(xiàn)性關(guān)系，漿料濃度D和F1也是非線(xiàn)性關(guān)系。
上面的分析說(shuō)明F3對(duì)整個(gè)系統(tǒng)特性的影響分兩部分1)F3的變化與否決定了D和F1是否是線(xiàn)性關(guān)系，F(xiàn)3不變則是線(xiàn)性關(guān)系，F(xiàn)3變化則是非線(xiàn)性關(guān)系；2)在漿料密度不變時(shí)，F(xiàn)3的變化幅度會(huì)影響時(shí)間常數(shù)τ，隨著F3增加時(shí)間常數(shù)減少。
常規(guī)設(shè)計(jì)的加氫精制工藝漿料濃度的控制方法是以螺旋推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速作為操縱變量，以濃度為被控變量的兩套單回路PID常規(guī)控制組成。但是單回路PID常規(guī)控制算法存在下面的不足1、PID是單變量的控制算法，在算法中不能夠考慮打漿水對(duì)濃度的影響，這樣打漿水對(duì)漿料濃度的影響直到影響到漿料濃度以后才通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。這種影響尤其在負(fù)荷變化時(shí)明顯，這時(shí)希望控制器及時(shí)預(yù)測(cè)打漿水變化對(duì)漿料濃度的影響提前采取調(diào)節(jié)。
2、由于從電機(jī)轉(zhuǎn)速到漿料濃度需要一段時(shí)間(混和罐的時(shí)間常數(shù)比較大)，PID進(jìn)行控制時(shí)，只考慮當(dāng)前的漿料濃度偏差，這樣就容易造成控制作用太強(qiáng)，從而引起漿料濃度波動(dòng)。另外由于漿料并非完全均勻，所以測(cè)量值在一個(gè)較大范圍波動(dòng)。這時(shí)希望控制器的控制作用平滑，減少不必要的控制作用。
考慮混合罐的特性，PID控制器需要比較弱的控制作用，但是這樣在異常情況(如負(fù)荷變化時(shí))控制品質(zhì)就會(huì)很差，需要操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)，而在正常情況下，操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)也可以保持漿料濃度的穩(wěn)定。所以，操作人員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)采用手動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，將漿料濃度控制在一定范圍內(nèi)。由于打漿水中含固量(TA)和料倉(cāng)內(nèi)TA的堆密度會(huì)變化，而操作人員不可能總是及時(shí)調(diào)節(jié)，這樣漿料濃度的波動(dòng)范圍就比較大。為了防止出現(xiàn)漿料濃度高于操作溫度下允許的溶解度的情況，漿料濃度必須被控制在比較低的水平，因此限制了PTA產(chǎn)品產(chǎn)量的提高。
通過(guò)上述漿料配置過(guò)程特性的分析，可以表明TA質(zhì)量流量和漿料濃度的關(guān)系具有非線(xiàn)性。而且由于打漿水中含TA和TA質(zhì)量流量不可直接檢測(cè)等因素，使得常規(guī)PID的控制品質(zhì)不理想，給漿料濃度的控制帶來(lái)了很大的困難，影響了后續(xù)加氫反應(yīng)的穩(wěn)定和PTA產(chǎn)品產(chǎn)量的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段重要工藝參數(shù)-漿料濃度的控制方法，實(shí)現(xiàn)漿料濃度的在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制。本發(fā)明采用非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換方法，前饋結(jié)合預(yù)測(cè)控制的技術(shù)進(jìn)行控制，大大提高漿料濃度的控制精度，為穩(wěn)定加氫反應(yīng)和提高PTA產(chǎn)品產(chǎn)量提供有效手段。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，它由如下步驟組成步驟一、確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器；步驟二、測(cè)試基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速系數(shù)，通過(guò)測(cè)試確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速與TA質(zhì)量流量的相關(guān)系數(shù)，得到k時(shí)刻TA質(zhì)量流量；步驟三、通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將k時(shí)刻TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度，并得出k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度的變化量；步驟四、通過(guò)預(yù)測(cè)控制算法預(yù)測(cè)在k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度變化量作用下的漿料濃度的未來(lái)變化；步驟五、檢測(cè)當(dāng)前的漿料濃度并和原預(yù)測(cè)的當(dāng)前漿料濃度的值比較，對(duì)漿料濃度未來(lái)預(yù)測(cè)值進(jìn)行校正；步驟六、通過(guò)預(yù)測(cè)控制算法根據(jù)控制性能指標(biāo)，優(yōu)化計(jì)算出未來(lái)漿料罐入口濃度的變化量；步驟七、將未來(lái)漿料罐入口濃度的變化量轉(zhuǎn)換為k+1時(shí)刻TA質(zhì)量流量；步驟八、將k+1時(shí)刻TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為電機(jī)轉(zhuǎn)速并進(jìn)行分配。
本發(fā)明漿料濃度的控制方法框圖如圖2所示TA進(jìn)料的螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速由PID控制回路控制，其設(shè)定值由預(yù)測(cè)控制器給定。預(yù)先通過(guò)測(cè)試，確定螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速與TA質(zhì)量流量(F1)的關(guān)系。通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為漿料罐入口濃度(D′)，以此入口濃度作為操作變量(MV)，以質(zhì)量密度計(jì)測(cè)得的漿料濃度值作為被控變量(CV)，由預(yù)測(cè)控制器通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)控制增量，通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將漿料罐入口濃度轉(zhuǎn)換為T(mén)A質(zhì)量流量，再將TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為螺旋推進(jìn)器電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在漿料質(zhì)量流量(F3)和TA質(zhì)量流量之間進(jìn)行欠補(bǔ)償靜態(tài)前饋，該前饋量通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換與預(yù)測(cè)控制計(jì)算得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速增量一起疊加到電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制回路設(shè)定值上。螺旋推進(jìn)器差異與控制作用分配在漿料配置過(guò)程中，TA進(jìn)料由兩路螺旋推進(jìn)器同時(shí)控制，由于兩路螺旋推進(jìn)器的電機(jī)轉(zhuǎn)速和TA質(zhì)量流量的關(guān)系并不一致，為此，首先對(duì)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速回路進(jìn)行標(biāo)定，確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器由操作人員在確保漿料濃度不變的情況下，手動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而測(cè)得兩個(gè)螺旋推進(jìn)器的電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并確定下料快的為基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器。
確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器后，還存在控制作用在兩路電機(jī)轉(zhuǎn)速回路分配的問(wèn)題，為此，控制器的最終輸出設(shè)有一個(gè)選擇開(kāi)關(guān)，由操作人員選擇其中一個(gè)螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)速為被控變量。令一路為操作人員手動(dòng)操作，但是可以任意選擇一路螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速為被控變量，這樣通過(guò)操作人員手動(dòng)修改其中一個(gè)螺旋推進(jìn)器的電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到按操作人員意志進(jìn)行下料流量分配的目的。
漿料罐入口濃度非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換部分包括TA質(zhì)量流量到漿料罐入口濃度和漿料罐入口濃度到TA質(zhì)量流量的轉(zhuǎn)換。
由于TA質(zhì)量流量本身不可直接檢測(cè)和直接操作，需要預(yù)先通過(guò)測(cè)試確定螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速和TA質(zhì)量流量的相關(guān)系數(shù)。
方法為在前述電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)定后，根據(jù)所確定的兩電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系系數(shù)以及轉(zhuǎn)速、打漿水和化驗(yàn)分析出的漿料濃度，計(jì)算并確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器和TA質(zhì)量流量的相關(guān)系數(shù)。
TA質(zhì)量流量到漿料罐入口濃度及其變化量的轉(zhuǎn)換方法為在第k個(gè)采樣時(shí)刻，檢測(cè)打漿水質(zhì)量流量F2(k)和電機(jī)轉(zhuǎn)速并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和相關(guān)系數(shù)計(jì)算F1(k)k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度D′(k-1)=F1(k)F1(k)+F2(k)]]>k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度的變化ΔD′(k-1)=F1(k)F1(k)+F2(k)-F1(k-1)F1(k-1)+F2(k-1)]]>通過(guò)預(yù)測(cè)控制算法預(yù)測(cè)在ΔD′(k-1)作用下漿料濃度的未來(lái)變化，及檢測(cè)當(dāng)前漿料濃度值D并和原預(yù)測(cè)的當(dāng)前濃度的值比較，對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)進(jìn)行校正，根據(jù)控制性能指標(biāo)計(jì)算出未來(lái)一系列控制作用(入口濃度變化)，只執(zhí)行ΔD′(k)入口濃度變化ΔD′(k)轉(zhuǎn)化新的TA質(zhì)量流量F1(k+1)方法為ΔD′(k)=F1(k+1)F1(k+1)+F2(k)-D′(k-1)]]>F1(k+1)=(D′(k-1)+ΔD′(k))1-(D′(k-1)+ΔD′(k))F2(k)]]>預(yù)測(cè)控制改進(jìn)方法在預(yù)測(cè)控制應(yīng)用中，通常是由階躍測(cè)試法測(cè)得對(duì)象的響應(yīng)序列，由于有噪聲，所以首先對(duì)其進(jìn)行模型參數(shù)辨識(shí)得到對(duì)象的傳遞函數(shù)。在必要的時(shí)候甚至可以根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)辨識(shí)得到的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)進(jìn)行調(diào)整。然后再利用傳遞函數(shù)得到階躍響應(yīng)序列。這也是大部分商用預(yù)測(cè)控制軟件如Aspen Tech公司的DMC plus、Honeywell公司的RMPCT采用的方法。
為充分利用傳遞函數(shù)包含的信息，本發(fā)明人對(duì)傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制算法(DMC)進(jìn)行了改進(jìn)，該改進(jìn)方法克服了以前算法存在的明顯不足預(yù)測(cè)模型時(shí)域較長(zhǎng)；僅僅適用于漸近穩(wěn)定系統(tǒng)；存在截?cái)嗾`差。
傳統(tǒng)基于階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，使得DMC算法中反饋校正和輸出預(yù)測(cè)以模型預(yù)測(cè)時(shí)域N為單位進(jìn)行的，而改進(jìn)的預(yù)測(cè)模型使得DMC算法的輸出預(yù)測(cè)和反饋校正以預(yù)測(cè)時(shí)域P為單位進(jìn)行的，而且一般情況下控制時(shí)域P遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于模型預(yù)測(cè)時(shí)域N，特別對(duì)于漿料配置過(guò)程這樣的大時(shí)間常數(shù)的對(duì)象，其模型預(yù)測(cè)時(shí)域N大大大于預(yù)測(cè)時(shí)域P。所以改進(jìn)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)未來(lái)輸出所需的時(shí)間和內(nèi)存空間都大大地減少，提高了算法速度，方便在DCS系統(tǒng)中實(shí)施。
另外，改進(jìn)預(yù)測(cè)模型并不像基于階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)模型需要被控對(duì)象漸近穩(wěn)定。改進(jìn)預(yù)測(cè)模型可以對(duì)非漸近穩(wěn)定被控對(duì)象進(jìn)行輸出預(yù)測(cè)，所以改進(jìn)預(yù)測(cè)模型為DMC算法應(yīng)用于非漸近穩(wěn)定對(duì)象提供了可能。
改進(jìn)方法的主要內(nèi)容包括1)指數(shù)參數(shù)β的確定；2)預(yù)測(cè)末項(xiàng)的計(jì)算。
設(shè)模型和動(dòng)態(tài)矩陣為a=a1a2...aP]]>A=a10...0a2a1......a1............aPaP-1...aP-M+1P×M]]>模型在經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)時(shí)域P步以后都進(jìn)入指數(shù)變化形式，那么和相應(yīng)的輸入、輸出對(duì)應(yīng)的指數(shù)參數(shù)如下β=K-aPK-aP-1]]>其中，K為穩(wěn)態(tài)增益。
預(yù)測(cè)末項(xiàng)的計(jì)算方法為
Y(p)＝(1+β)*Y(p-1)-β*Y(p-2)其中，Y為被控變量輸出值，P為預(yù)測(cè)時(shí)域。
前饋控制與預(yù)測(cè)控制的結(jié)合方法考慮到系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)與液位設(shè)定值變動(dòng)均會(huì)影響到打漿水的波動(dòng)從而影響到漿料濃度的變化，這段時(shí)間是比較長(zhǎng)的，如果不及時(shí)調(diào)整TA進(jìn)料質(zhì)量流量會(huì)對(duì)漿料濃度產(chǎn)生較大影響，因此在系統(tǒng)負(fù)荷和TA進(jìn)料質(zhì)量流量之間實(shí)施欠補(bǔ)償靜態(tài)前饋控制。
該前饋有助于在系統(tǒng)負(fù)荷變化后，及時(shí)提前調(diào)整TA質(zhì)量流量，使得漿料濃度能夠控制的更加穩(wěn)定，提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)。其前饋系數(shù)通過(guò)測(cè)試確定。
方法為變化一定幅度的負(fù)荷設(shè)定值，調(diào)節(jié)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持漿料濃度不變，將電機(jī)轉(zhuǎn)速變化量根據(jù)TA質(zhì)量流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的系數(shù)轉(zhuǎn)換為T(mén)A質(zhì)量流量變化量，再根據(jù)負(fù)荷變化量除以TA質(zhì)量流量變化量得到該前饋系數(shù)。
該前饋控制方法與預(yù)測(cè)控制算法的結(jié)合方法為修改預(yù)測(cè)控制算法的控制作用輸出部分，將前饋?zhàn)兞繚{料質(zhì)量流量變化引起的控制作用TA進(jìn)料質(zhì)量流量與預(yù)測(cè)控制算法本身計(jì)算出的控制作用疊加，形成最終的控制作用。
對(duì)預(yù)測(cè)控制算法的預(yù)測(cè)部分，僅預(yù)測(cè)在上一次由預(yù)測(cè)控制算法本身計(jì)算出的控制作用下被控變量漿料濃度變化，即在上次計(jì)算產(chǎn)生的最終控制作用中減去由前饋?zhàn)兞慨a(chǎn)生的控制作用，將其作為預(yù)測(cè)控制算法預(yù)測(cè)輸出計(jì)算時(shí)的控制作用增量。
具體控制方法流程描述如下設(shè)被控對(duì)象單位階躍響應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)為a1，a2，…，aN，N稱(chēng)為模型時(shí)域，穩(wěn)態(tài)增益為K。
令A(yù)=a10...0a2a1...0...aPaP-1...aP-M+1P×Md‾T=10···0(ATQA+R)-1ATQ]]>
h=11...1PN×1]]>β=K-aPK-aP-1]]>f是前饋系數(shù)，yr是控制要求1.初始化漿料濃度預(yù)測(cè)輸出向量X＝[x(1)....x(1)....x(N)]T2.從DCS系統(tǒng)獲取漿料濃度當(dāng)前值y(k)及擾動(dòng)變量當(dāng)前值d(k)計(jì)算預(yù)測(cè)誤差e＝y(tǒng)(k)-X(1)，及擾動(dòng)變化量Δd(k)＝d(k)-d(k-1)3.校正漿料濃度預(yù)測(cè)輸出X＝X+h*e4.漿料濃度預(yù)測(cè)值移位操作X＝SX5.計(jì)算控制增量Δu＝dT(yr-X)，并疊加擾動(dòng)變化量產(chǎn)生的前饋輸出(擾動(dòng)變化量乘前饋系數(shù))，形成控制輸出u＝u+Δu+f*Δd6.利用移除前饋輸出后的控制輸出計(jì)算漿料濃度的預(yù)測(cè)輸出X＝X+aΔu重復(fù)2～6。
漿料濃度測(cè)量信號(hào)的濾波漿料濃度的測(cè)量通過(guò)質(zhì)量密度計(jì)測(cè)得，由于漿料為固液兩相的混合物，在漿料罐雖然有攪拌器，其內(nèi)部漿料存在不均勻的現(xiàn)象。質(zhì)量密度計(jì)安裝在抽送泵的出口，受到泵壓力波動(dòng)、震動(dòng)等多種因素的影響，因此該測(cè)量信號(hào)存在著明顯的快速波動(dòng)與跳變。
漿料濃度的測(cè)量值作為被控變量，其信號(hào)的快速波動(dòng)無(wú)法通過(guò)控制方法來(lái)處理，為此采用信號(hào)濾波的方法。信號(hào)濾波綜合采用了均值濾波和一階濾波兩種方式。根據(jù)裝置的特性，確定的最佳均值濾波時(shí)間為3分鐘，一階濾波時(shí)間參數(shù)為1.5分鐘。
本發(fā)明利用現(xiàn)有儀表TA質(zhì)量流量表和現(xiàn)有TA生產(chǎn)裝置的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))，采用集成非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換方法，前饋結(jié)合預(yù)測(cè)控制技術(shù)的算法，以漿料濃度為被控變量，以漿料罐入口濃度為操縱變量，利用DCS系統(tǒng)的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程并在DCS系統(tǒng)中實(shí)時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)漿料濃度的控制。該漿料濃度的控制方法所要求的條件在大多數(shù)的加氫精制漿料配置生產(chǎn)裝置中均能滿(mǎn)足，因此該發(fā)明具有普適性。
與原控制狀況比較，本發(fā)明的控制方法明顯減小了濃度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了漿料濃度的穩(wěn)定控制，操作人員可以根據(jù)漿料濃度4個(gè)小時(shí)的人工分析值來(lái)調(diào)整漿料濃度控制的目標(biāo)值，從而使裝置可以在高濃度低負(fù)荷下運(yùn)行，降低了消耗，為裝置運(yùn)行在高濃度高負(fù)荷提供了可能。
四

圖1TA漿料配制系統(tǒng)圖F1TA質(zhì)量流量；F2打漿水質(zhì)量流量；F3漿料質(zhì)量流量；DTA漿料濃度；L漿料罐液位；D′漿料罐入口濃度圖2漿料濃度的控制方法框圖F1TA質(zhì)量流量；DTA漿料濃度；D′漿料罐入口濃度；NTA質(zhì)量流量到漿料罐入口濃度的非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換；1/N漿料罐入口濃度到TA質(zhì)量流量的非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換；G過(guò)程傳遞函數(shù)；MPC前饋結(jié)合非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換的改進(jìn)預(yù)測(cè)控制算法；FF前饋系數(shù)圖3漿料濃度的控制方法效果4前饋結(jié)合非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換的改進(jìn)預(yù)測(cè)控制算法流程簡(jiǎn)圖五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1本加氫精制工段漿料濃度的控制方法以采用Amoco公司專(zhuān)利技術(shù)的PTA裝置為例，在該裝置中漿料罐(圖1)的主要技術(shù)規(guī)格為(外徑X高X壁厚)Φ3600X5900X8，體積71.35m3?？刂品椒ǖ木唧w實(shí)施步驟為1.由工藝人員在確保漿料濃度不變的情況下，手動(dòng)調(diào)節(jié)2個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而對(duì)2個(gè)螺旋推進(jìn)器進(jìn)行標(biāo)定，以下料快的為基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器；2.經(jīng)測(cè)試確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)速系數(shù)為1.23，基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速與TA質(zhì)量流量F1的系數(shù)N(圖2)為44.9；3.基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速作階躍變化，測(cè)試對(duì)象傳遞函數(shù)G(圖2)，并辨識(shí)為一階對(duì)象，其中，比例系數(shù)K1.3，時(shí)間常數(shù)T680秒，純滯后時(shí)間τ180秒；4.測(cè)試負(fù)荷流量和TA進(jìn)料質(zhì)量流量的前饋系數(shù)FF(圖2)為0.097；5.在DCS系統(tǒng)中創(chuàng)建漿料濃度預(yù)測(cè)控制器MPC(圖2)，其算法采用前饋結(jié)合非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換的改進(jìn)預(yù)測(cè)控制算法，其中，預(yù)測(cè)時(shí)域P30，指數(shù)參數(shù)β0.9；6.在DCS系統(tǒng)中創(chuàng)建信號(hào)濾波點(diǎn)，濾除測(cè)量信號(hào)的快速波動(dòng)與跳變；7.螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制回路，改為串級(jí)模式，其設(shè)定值由預(yù)測(cè)控制器MPC(圖2)給定；8.投運(yùn)漿料濃度預(yù)測(cè)控制器，將狀態(tài)參數(shù)設(shè)為ON，并依據(jù)漿料濃度的小時(shí)均值確定漿料濃度設(shè)定值，將狀態(tài)參數(shù)設(shè)為OFF，則停止?jié){料濃度預(yù)測(cè)控制器；9.漿料濃度預(yù)測(cè)控制器利用當(dāng)前時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量值和預(yù)先測(cè)試的系數(shù)，得到當(dāng)前時(shí)刻的TA質(zhì)量流量，通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為漿料罐入口濃度，計(jì)算漿料罐入口濃度的變化量，以漿料濃度當(dāng)前測(cè)量值校正預(yù)測(cè)的漿料濃度未來(lái)值，由預(yù)測(cè)控制算法依據(jù)控制性能指標(biāo)，計(jì)算出未來(lái)漿料罐入口濃度的變化量，將其轉(zhuǎn)換為T(mén)A質(zhì)量流量增量，依據(jù)當(dāng)前的漿料質(zhì)量流量與前一時(shí)刻的質(zhì)量流量的差值，計(jì)算前饋量，將其與原先計(jì)算的TA質(zhì)量流量增量疊加，轉(zhuǎn)換為螺旋推進(jìn)器電機(jī)的轉(zhuǎn)速增量，作為電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制回路的新設(shè)定值。該漿料濃度預(yù)測(cè)控制器每個(gè)控制周期(1分鐘)運(yùn)行一次。
圖3顯示了本控制方法在Amoco公司專(zhuān)利的PTA裝置上的實(shí)時(shí)運(yùn)行結(jié)果。分界線(xiàn)前為手動(dòng)控制漿料濃度波動(dòng)曲線(xiàn)，分界線(xiàn)后為本控制方法運(yùn)行后漿料濃度波動(dòng)曲線(xiàn)。
在圖3.1中，采用手動(dòng)控制時(shí)漿料濃度波動(dòng)范圍為24.8～23.9，漿料濃度的均值為24.35。本控制方法運(yùn)行時(shí)，漿料濃度的設(shè)定值為24.4，實(shí)際漿料濃度波動(dòng)范圍減小為24.6～24.2，明顯穩(wěn)定了漿料濃度。由于漿料濃度波動(dòng)范圍減小，故可以逐步提高漿料濃度的設(shè)定值，直至漿料濃度接近其上限約束25.0。
實(shí)施例2本加氫精制工段漿料濃度的控制方法PTA裝置及各步驟參數(shù)同實(shí)施例1。
圖3的實(shí)時(shí)運(yùn)行結(jié)果分界線(xiàn)前為手動(dòng)控制漿料濃度波動(dòng)曲線(xiàn)，分界線(xiàn)后為本控制方法運(yùn)行后漿料濃度波動(dòng)曲線(xiàn)。
在圖3.2中，在本控制方法運(yùn)行前，采用手動(dòng)控制時(shí)漿料濃度波動(dòng)范圍為24.63～23.73，漿料濃度的均值為24.2。由于此時(shí)濃度均值偏低，本控制方法運(yùn)行時(shí)，將漿料濃度的設(shè)定值提高到24.5，實(shí)際運(yùn)行效果為漿料濃度波動(dòng)范圍為24.75～24.3，漿料濃度的均值為24.52，而且漿料濃度的峰值仍在安全范圍內(nèi)。
由于漿料的平均濃度比投運(yùn)前提高0.32，相當(dāng)于平均濃度實(shí)際提高0.32/24.2≈1.3％。漿料的平均濃度提高，不僅提高了PTA產(chǎn)品產(chǎn)量，同時(shí)降低了消耗。
權(quán)利要求
1.一種精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，其特征在于，它由下列步驟組成步驟一、確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器；步驟二、測(cè)試基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速系數(shù)，通過(guò)測(cè)試確定基準(zhǔn)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速與TA質(zhì)量流量的相關(guān)系數(shù)，得到k時(shí)刻TA質(zhì)量流量；步驟三、通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將k時(shí)刻TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度，并得出k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度的變化量；步驟四、通過(guò)預(yù)測(cè)控制算法預(yù)測(cè)在k-1時(shí)刻漿料罐入口濃度變化量作用下的漿料濃度的未來(lái)變化；步驟五、檢測(cè)當(dāng)前的漿料濃度并和原預(yù)測(cè)的當(dāng)前漿料濃度的值比較，對(duì)漿料濃度未來(lái)預(yù)測(cè)值進(jìn)行校正；步驟六、通過(guò)預(yù)測(cè)控制算法根據(jù)控制性能指標(biāo)，優(yōu)化計(jì)算出未來(lái)漿料罐入口濃度的變化量；步驟七、將未來(lái)漿料罐入口濃度的變化量轉(zhuǎn)換為k+1時(shí)刻TA質(zhì)量流量；步驟八、將k+1時(shí)刻TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為電機(jī)轉(zhuǎn)速并進(jìn)行分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，其特征在于，所述的預(yù)測(cè)控制算法的輸出預(yù)測(cè)和反饋校正以預(yù)測(cè)時(shí)域P為單位進(jìn)行，預(yù)測(cè)時(shí)域以后的預(yù)測(cè)項(xiàng)按指數(shù)變化形式計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，其特征在于，步驟五中，漿料濃度的測(cè)量通過(guò)質(zhì)量密度計(jì)測(cè)得，對(duì)質(zhì)量密度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理，均值濾波時(shí)間為3分鐘，一階濾波時(shí)間參數(shù)為1.5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，其特征在于，所述的預(yù)測(cè)控制算法采用前饋結(jié)合非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換的改進(jìn)預(yù)測(cè)控制算法，在系統(tǒng)負(fù)荷和TA進(jìn)料質(zhì)量流量之間實(shí)施欠補(bǔ)償靜態(tài)前饋，該前饋控制方法計(jì)算出的控制作用與預(yù)測(cè)控制算法計(jì)算出的控制作用疊加，形成最終的控制作用，具體步驟如下a)初始化漿料濃度預(yù)測(cè)輸出向量；b)從計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)獲取漿料濃度當(dāng)前值及擾動(dòng)變量當(dāng)前值，計(jì)算預(yù)測(cè)誤差及擾動(dòng)變化量；c)校正漿料濃度預(yù)測(cè)輸出；d)漿料濃度預(yù)測(cè)值移位操作；e)計(jì)算控制增量，并疊加擾動(dòng)變化量產(chǎn)生的前饋輸出，形成控制輸出，所述的前饋輸出等于擾動(dòng)變化量乘前饋系數(shù)；f)利用移除前饋輸出后的控制輸出計(jì)算漿料濃度的預(yù)測(cè)輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段漿料濃度的控制方法，其特征在于，步驟e中，所述的前饋系數(shù)通過(guò)測(cè)試確定，方法為變化一定幅度的負(fù)荷設(shè)定值，調(diào)節(jié)螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持漿料濃度不變，將電機(jī)轉(zhuǎn)速變化量根據(jù)TA質(zhì)量流量與轉(zhuǎn)速的系數(shù)轉(zhuǎn)換為T(mén)A質(zhì)量流量變化量，再根據(jù)負(fù)荷變化量除以TA質(zhì)量流量變化量得到所述的前饋系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了精對(duì)苯二甲酸裝置加氫精制工段重要工藝參數(shù)漿料濃度的控制方法，它是預(yù)先通過(guò)測(cè)試以確定螺旋推進(jìn)器電機(jī)轉(zhuǎn)速與TA質(zhì)量流量的關(guān)系，通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為漿料罐入口濃度，以此入口濃度作為操作變量，以質(zhì)量密度計(jì)測(cè)得的漿料濃度值作為被控變量，由預(yù)測(cè)控制算法計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)控制增量，通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換將漿料罐入口濃度轉(zhuǎn)換為T(mén)A質(zhì)量流量，再將TA質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為螺旋推進(jìn)器電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在漿料質(zhì)量流量和TA質(zhì)量流量之間進(jìn)行欠補(bǔ)償靜態(tài)前饋，該前饋量通過(guò)非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換與預(yù)測(cè)控制計(jì)算得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速增量一起疊加到電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制回路的設(shè)定值上。
文檔編號(hào)C07C63/00GK1539809SQ200310106188
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者王振新, 趙均, 邢建良, 陳曦, 黃樹(shù)軍, 喬一新, 邵之江, 錢(qián)積新, 王建平, 徐祖華 申請(qǐng)人:揚(yáng)子石油化工股份有限公司, 浙江大學(xué)