[发明专利]建立基于增量建模的大型化工生产装置电气自动化系统的方法

说明书

技术领域

本发明属于过程工业智能控制领域，涉及一种建立大型化工生产装置电气系统总体控制方案的方法。

背景技术

大型化工生产装置承担着主要化工产品的规模生产任务，具有化工流程复杂，对工艺技术指标和生产连续性要求高的特点。大型腈纶生产装置就是其中的一种典型设备。其一般由二十多个工位共三百多台电机及其它辅助配套设备组成，腈纶丝束经过牵伸、水洗、热牵伸、烘干、定型等工艺流程后成为合格的腈纶纤维，各工位的工艺要求区别很大，模型复杂多样；实际运行时生产线线速度达280m/s，且要求同步控制精度<0.1％和7×24小时连续生产，对控制系统的控制精度、安全性和可靠性要求苛刻。因此其控制系统总体方案的设计方法具有代表性，易推广到其他大型化工生产装置的控制系统设计中。

现有的腈纶生产工艺与设备已经比较成熟完备，存在的一个主要问题是生产线上的相邻工位的线速度必须高度匹配，否则会导致丝束牵引过紧或过松，情况严重时就会影响丝束质量并容易诱发缠辊事故。根据经验，同步控制精度<0.1％时才能保证装置平稳运行。

传统电气系统总体方案采用提升控制精度的方法来提升同步控制精度，将整套生产装置按照工艺特点分割为几个子系统，对每个子系统进行高精度的建模，计算每个工位的基准线速度，并采用高精度的电机和检测元件，使用分散控制方法使每个工位的控制精度都低于0.05％，以保证生产装置运行平稳。但是这种方法没有考虑到子系统之间的耦合作用，而生产装置的线速度越高，系统惯性就越大，子系统之间的耦合作用力就越明显。因此传统的总体控制方案的局限性使生产装置很难稳定的运行在较高纺速下(200m/s以上)，生产效率不高。另外在装置开车时，要求系统运行在较低的工作速度下，等运行稳定后再切换到高速。由于分散控制的特点，切换时需要人工参与辅助控制(出自《腈纶工艺手册》，中石油大庆炼化公司腈纶厂)。

文献《大系统增量建模与最优控制研究》(王庆超，喻宝财。宇航学报，1997，Vol20，No3)和《基于最优保性能控制的互联大系统实例研究》(王庆超，蔡鹏。哈尔滨工业大学学报，2005，Vol37，No12)从理论上证明了增量建模方法的有效性，但没有对模型的具体参数确定做进一步的分析，在实际应用到大型腈纶生产装置中会遇到一些实际问题，导致达不到预期的同步控制精度。主要的问题有：一、丝束并不时完全均匀的缠绕在圆辊上，负载的波动会影响相邻工位之间的耦合作用；二、当生产装置运行在不同的工作速度下时，相邻工位之间的耦合作用是非线性的，增量建模方法建立的线性模型会存在一定的误差。

发明内容

本发明为解决传统的电气系统总体方案存在的控制鲁棒性较差、控制精度较低和系统稳定性较差的问题，提出一种建立基于增量建模的大型化工生产装置电气自动化系统的方法。本发明包括以下步骤：