[发明专利]一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法

说明书

技术领域

本申请涉及自动控制优化与化工技术领域，特别是涉及一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法。

背景技术

目前工业中普遍采用“循环法”合成工业氨，合成的工艺流程主要包括造气、脱硫、变换、脱碳、合成氨这几个步骤。工业氨的合成主要用氢气和氮气反应合成氨产品，反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，需要将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，然后将分离出氨产品后的剩余气体与新鲜的氮气和氢气混合重新参与合成反应。工艺过程中，氮气的配入量与氢气的配入量的比例直接影响到合成氨的质量和产量，因此合成氨过程中对于氢氮比的稳定精确控制至关重要。

目前工业合成氨控制系统对氢氮比的控制常用的方式是恒氢调氮，即按照流程中设备的流量和要求的氢氮比计算出相应的循环氢含量，以上述计算出的值作为工艺过程中循环氢含量的预设值。根据工艺过程中检测到的实时的循环氢气含量，及时调整氮气的配入量使循环氢含量跟踪上述循环氢含量的预设值，从而实现氢氮比的稳定线性控制。

在实现本申请的过程中，通过对现有技术的研究，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：上述系统中，参照对象为循环氢含量，是在合成工段进行的控制，而被控对象为氮气含量，是在造气工段或者是单独的配氮工段进行的控制，参照对象与被控对象的工段相距较远，参照对象与被控对象的中间环节多，各种如气体含量波动，压缩机的增减，流量波动等的非线性强干扰也较多，导致系统大滞后，系统模型强时变，合成氨环节的积分特性也使控制难度加大，给建模工作带来很大难度，无法对合成氨过程中的氮气配入量进行精确的控制，严重影响到合成氨产品的质量和产量。

总之，现有的氢氮比控制系统在多环节、强干扰的工业氨合成环境中存在大滞后、非线性和强时变的问题，无法对被控对象进行精确控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种合成氨氢氮比优化控制系统及方法，以解决现有的系统和方法中由于各种不确定性因素导致无法对被控对象进行精确控制的问题。

为了解决上述问题，本申请提供的一种合成氨氢氮比优化控制系统如下：

一种合成氨氢氮比优化控制系统，包括：

通道装置、检测装置、多路表决装置、目标寻优装置和动态矩阵DMC控制装置，其中：

所述通道装置包括至少一个控制通道组，每个所述控制通道组中包括多个控制通道，且每个所述控制通道组中设置有一个对应的主跟踪目标，多个所述控制通道中设置有多个对应的副跟踪目标；

所述检测装置用于实时检测所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的信号和实际值，并实时检测所述控制通道组中的控制通道输出的所述副跟踪目标的信号和实际值；

所述多路表决装置用于根据所述检测装置检测到的所述主跟踪目标的信号在所述通道装置中判断参与输出的可用控制通道组，并根据所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的信号在所述可用控制通道组中判断参与输出的可用控制通道，且根据所述主跟踪目标的预设值对各所述可用控制通道的输出的权重进行实时动态分配；

所述目标寻优装置用于根据所述合成氨氢氮比的循环氢预设值计算所述主跟踪目标的预设值，并根据所述检测装置实时检测到的所述副跟踪目标的实际值、和所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值，对所述主跟踪目标的预设值进行实时动态调整；

所述动态矩阵DMC控制装置用于判断所述检测装置检测到的所述副跟踪目标的实际值与所述副跟踪目标的预设值的偏差值是否大于预设的阈值，若大于，对所述主跟踪目标的增量输出强制清零，等待所述偏差值不大于所述预设的阈值后，恢复所述主跟踪目标的增量输出，且根据所述主跟踪目标的预设值为所述主跟踪目标设定一个预设范围，并实时控制所述检测装置检测到的所述通道装置中的控制通道组输出的所述主跟踪目标的实际值处于所述预设范围内。

优选地，所述主跟踪目标包括新鲜氢或循环氢差分量，所述副跟踪目标包括脱硫氢或变换氢。

优选地，所述通道装置包括：

第一控制通道组和/或第二控制通道组，其中：

所述第一控制通道组具体包括：

第一串级控制通道：配氮量—脱硫氢—新鲜氢—循环氢，所述第一串级控制通道中设置有第一主控制环和第一副控制环，且所述第一主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第一副控制环的副跟踪目标为脱硫氢；

第二串级控制通道：配氮量—变换氢—新鲜氢—循环氢，所述第二串级控制通道中设置有第二主控制环和第二副控制环，且所述第二主控制环的主跟踪目标为新鲜氢，所述第二副控制环的副跟踪目标为变换氢；