(1.北京化工学 信息科学技术学院 北京 100029)
摘 针糠醛精制装置二效蒸发塔底液位四路加热炉进料流量串级回路投手动控制精度低问题文提出种改进方案横河CENTUM CS3000 DCS系统通设置输入补偿实现支路设定值通优化PID控制器参数方法实现均匀控制燕化二糠醛装置投运行稳控制效果良
关键词 DCS输入补偿均匀控制
中图法分类号 TP273 文献标识码 A
Control Scheme improvement and PID Parameters Optimization of Lube Oil Furfural Refining Units
Jin Qibing 1 Huang Yan 1 Zhao Dali1
(1.School of Telecommunication Engineering Beijing University of Chemical Technology Beijing 100029 China)
Abstract In the lube oil furfural refining unit there were four liquidometerflow cascade control loops which had the same major loop controller at the bottom of the second distillation column The problem was that the four cascade control loops cannot turn into automatic running state for the four minor controllers had the same setpoints that cannot fulfill the real request In order to solve this problem an improved method was proposed In YOKOGAWA CENTUM CS3000 system minor controllers can obtain different setpiont values by setting the input compensation values of each controller differently Then symmetrical control can be achieved through optimization of PID parameters The system performs well after the reconstruction
Key words DCS input compensation average control
0 引言
糠醛精制装置[1]糠醛溶剂润滑油馏分进行精制装置糠醛种选择性较强溶解力适宜溶剂糠醛润滑油馏分中种烃类显著溶解度润滑油馏分中非理想组分(环短侧链芳烃环烷烃)溶解力较强润滑油馏分中理想组分(少环长侧链芳烃环烷烃)溶解力较差重润滑油馏分根性质利抽提塔中逆流接触沉降分层方式润滑油理想组分非理想组分分离然利蒸发气提方法糠醛精油(废油)分开糠醛够循环达精制目
1 提取液溶剂回收工艺流程
图1示提取液抽提塔底流出换热器进入抽出液效蒸发塔闪蒸塔底提取液抽出换热器进入二效蒸发塔闪蒸塔底液相抽出分四路入加热炉加热进入三效蒸发塔闪蒸闪蒸气相糠醛进入干燥塔塔底抽出液进入末效蒸发塔气提塔提取液中少量溶剂
图1 溶剂蒸发塔工艺流程图
装置整体控制二效蒸发塔底液位稳定装置操作十分重塔底液位稳保证蒸发塔物料衡整蒸发塔操作较稳方面二效蒸发塔底液相加热炉进料稳定否减压炉三效蒸发塔操作否稳关键[2]加热炉说首先保证炉出口温度稳定利三效蒸发塔操作次维持加热炉四路出口温度衡根生产方案出口温度控制217℃温度低利溶剂回收温度旦高220℃会造成糠醛结焦文献[3]提出种解决方法方法DCS组态进行较改动需离线装适合正常生产中进行优化需找种控制方法保证蒸发塔底液位稳减加热炉出口温度波动时保证正常生产进行
2 串级回路投
原控制方案采二效蒸发塔底液位加热炉四路进料流量串级控制控制效果理想串级回路直没投保证正常生产DCS组态进行较修改实际原控制回路加优化措施串级回路完全投达控制效果
21副回路支路设定值解决
加热炉火嘴效率安装位置等原想做四支路温度均衡支路流量相串级回路中操作工前采手动调节加热炉四路进料工作量控制精度高没时兼顾二效蒸发塔底液位控制造成液位波动保证串级回路投必须解决四支路流量值问题
DCS中PID调节器输入补偿[4]实现输入补偿PID运算输入信号中加入额外提供IO补偿值(VN)图:
图2 输入补偿原理图
加入输入补偿PID控制器实际输入值测量值基础加补偿值 设定值测量值偏差
(1)
(2)
(2)出输入补偿作设定值补偿实际设定值PID控制器设定值减输入补偿值
PID控制器没外部定输入补偿(VN)时VN零CBCK控制器调节画面中户定义里令CK0 通改变CB值方便设定串级副回路设定值间偏差根实际测试数加操作员验输入补偿值时较理想
(3)
22 回路PID参数优化
前未投串级控制需重新整定PID参数串级回路液位波动滞较串级控制身滞较工艺生产允许做太测试造成回路PID参数整定较困难针工业中存难题北京化工学动化研究开发出DCS中PID控制器参数优化软件DCSPIDOPT软件通读取DCS中控制回路实时数辨识出象模型然典ZN整定法者预测PID模PID先进控制算法计算PID参数值串级回路PID参数整定例步骤:
1) 通DCS系统提供OPC接口读取二效蒸发塔底液位控制回路数包括设定值(SV)测量值(PV)控制器输出值(MV)
2) 工艺允许范围该控制回路加闭环阶跃信号(更改控制器设定值)响应全部完成前读取数保存进行步处理
3) 二阶加纯滞模型描述控制象纯滞项阶二阶Pade似步处理数应NLJ机数搜索算法[5]求取象模型
4) 分采ZN法预测PID模PID进行参数整定根辨识出模型进行仿真较出优参数
实际测试较出P130I150D420 优
投入PID参数运行生产二效蒸发塔液位效控制液位出现较干扰时会造成副回路流量幅波动影响加热炉出口温度针种情况二效蒸发塔底液位控制精度求适放宽允许定范围缓慢变化定值控制改均匀控制塔底液位允许范围波动时加热炉进料量作稳缓慢变化种变化生产程讲然种干扰种干扰幅值变化缓慢工艺接受直接通优化PID参数达均匀控制目
首先增P值PID控制例作适减弱求液位快速踪设定值保证稳变化
次适加I值减弱积分作积分作消控象余差
掉微分作微分起抑制控象变化作串级回路中会造成副回路波动符合均匀控制求加微分作
系列测试终列PID值:P210I360D0保证支路流量±1th波动图3液位±10缓慢变化图4支路出口温度差值控制±1℃图5
(a) 手动调节效果
(b) 投入串级效果
图3 加热炉四路进料优化前效果较
(a) 优化前
(b) 优化
图4 二效蒸发塔液位优化前较
图5 加热炉四路出口温度趋势
结语
文提出利输入补偿解决串串级回路中支路设定值难题通优化PID参数值达均匀控制目种方法需进行设备投资DCS组态修改目前燕山石化炼油厂二糠醛投状况良运行稳操作员工作量降低优化方案简单易行控制效果良具推广价值
致谢
研究导师靳兵教授耐心指导组成员支持燕山石化炼油厂李飞李海华谷建师傅全程配合谨致谢意
参考文献:
[1] 林世雄石油炼制工程[M]第3版北京:石油工业出版社 2000 569579
[2] 王金春 高衿畅 周春晖高级控制策略原油加热炉进料控制中应研究[J]浙江学学报 1995 29(2) 163171
[3] 桂丙武 汪兴轩 吴刚等基DCS常减压装置加热炉进料支衡控制实现[J]动化仪表 2001 16(5) 2427
[4] CS3000 Document[M]12th Edition Tokyo YOKOGAWA 2005 320329
[5] 潘立登 潘仰东系统辨识建模[M]第1版北京:化学工业出版社 2004 148152
年 月 日
收稿日期:修订日期
基金项目:中国石化股份限公司燕山石化分公司2007年度科研计划项目(XNS06JS2006091)
作者简介 靳兵(1971)男湖北宜昌教授北京化工学信息学院研究方:先进控制应建模方法研究优化黄岩(1983)男山东省滕州硕士研究生研究方:变量系统模控制赵力(1978)男湖北博士研究生研究方:先进控制
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