【文章內(nèi)容簡介】 包括了一次信息采集和執(zhí)行機構(gòu)。 DCS 的控制結(jié)構(gòu)層，大致按三個層次分布：基本模塊：是基本的單回路控制算法，主要是 PID，用于使被控變量維持在設(shè)定點。可編程模塊：可編程模塊通過一定的計算（如補償計算等），可以實現(xiàn)一些較為 復雜的算法，包括前饋、選擇、比值、串級等。這些算法是通過 DCS 中的運算模塊的組態(tài)獲得的。 計算機優(yōu)化層：這是先進控制和高級控制層，這一層次實際上有時包括好幾個層次，比如多變量控制器和其上的靜態(tài)優(yōu)化器。 DCS 的控制結(jié)構(gòu)層基本是采用遞階形式，一般是上層提供下層的設(shè)定點，但也有例外。特殊情況下，優(yōu)化層直接控制調(diào)節(jié)閥的閥位。 DCS 的這種控制結(jié)構(gòu)層可以這樣理解：基本控制層相當于單回路調(diào)節(jié)儀表，可編程模塊在一定程度上近似于復雜控制的儀表運算互聯(lián)，優(yōu)化層則和 DCS的計算機功能相對應。原油蒸餾先進控制策略的開發(fā)和實施，在 DCS的控制結(jié)構(gòu)層結(jié)合了對象數(shù)學模型和專家系統(tǒng)的開發(fā)研究。 2．原油蒸餾的先進控制策略 國內(nèi)原油蒸餾的先進控制策略，有自行開發(fā)應用軟件和引進應用軟件兩種，并且都在裝置上閉環(huán)運行或離線指導操作。我國在常減壓裝置上研究開發(fā)先進控制已有 10 年，各家技術(shù)方案有著不同的特點。某廠最早開發(fā)的原油蒸餾先進控制，整個系統(tǒng)分四個部分：側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的計算，塔內(nèi)汽液負荷的精確計算，多側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量與收率的智能協(xié)調(diào)控制，回流取熱的優(yōu)化控制。該應用軟件的開發(fā)，充分發(fā)揮了 DCS 的強大功能，并以此為依托開發(fā)實施了高質(zhì)量的數(shù)學模型和優(yōu)化控 制軟件。系統(tǒng)的長期成功運行對國內(nèi) DCS應用開發(fā)是一種鼓舞。各企業(yè)開發(fā)和使用的先進控制系統(tǒng)有：組份推斷、多變量控制、中段回流及換熱流程優(yōu)化、加熱爐的燃料控制遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 9 和支路平衡控制、餾份切割控制、汽提蒸汽量優(yōu)化、自校正控制等，下面介紹幾個先進控制實例。 常壓塔多變量控制 某廠常壓塔原采用解耦控制，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了多變量控制。常壓塔有兩路進料，產(chǎn)品有塔頂汽油和四個側(cè)線產(chǎn)品，其中常一線、常二線產(chǎn)品質(zhì)量最為重要。主要質(zhì)量指標是用常一線初餾點、常一線干點和常二線 90％點溫度來衡量，并由在線質(zhì)量儀表連續(xù)分析。以上三種 質(zhì)量控制通常用常一線溫度、常一線流量和常二線流量控制。常一線溫度上升會引起常一線初餾點、常一線干點及常二線 90％點溫度升高。常一線流量或常二線流量增加會使常一線干點或常二線 90％點溫度升高。 首先要確立包括三個 PID 調(diào)節(jié)器、常壓塔和三個質(zhì)量儀表在內(nèi)的廣義的對象數(shù)學模型：式中： P為常一線產(chǎn)品初餾點； D 為常一線產(chǎn)品干點； T〔， 2〕為常二線產(chǎn)品 90％點溫度； T〔， 1〕為常一線溫度； Q〔， 1〕為常一線流量； Q〔， 2〕為常二流量。為了獲得 G（ S），在工作點附近采用飛升曲線法進行仿真擬合，得出對象的廣義對象傳遞函數(shù)矩陣 。針對廣義對象的多變量強關(guān)聯(lián)、大延時等特點，設(shè)計了常壓塔多變量控制系統(tǒng)。全部程序使用 C語言編程，按照采集的實時數(shù)據(jù)計算控制量，最終分別送到三個控制回路改變給定值，實現(xiàn)了常壓塔多變量控制。分餾點（初餾點、干點、 90％點溫度）的獲取，有的企業(yè)采用引進的初餾塔、常壓塔、減壓塔分餾點計算模型。分餾點計算是根據(jù)已知的原油實沸點（ TBT）曲線和塔的各側(cè)線產(chǎn)品的實沸點曲線，實時采集塔的各部溫度、壓力、各進出塔物料的流量，將塔分段，進行各段上的物料平衡計算、熱量平衡計算，得到塔內(nèi)液相流量和氣相流量，從而計算出抽出側(cè)線產(chǎn)品的 分餾點。用模型計算比在線分析儀快，一般系統(tǒng)程序每10秒運行一次，克服了在線分析儀的滯后，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)。在計算出分餾點的基礎(chǔ)上，以計算機間通訊方式，修改 DCS 系統(tǒng)中相關(guān)側(cè)線流量控制模塊給定值，實現(xiàn)先進控制。還有的企業(yè)，操作員利用常壓塔生產(chǎn)過程平穩(wěn)的特點，將 SPC 控制部分切除，依照計算機根據(jù)實時參數(shù)計算出的分餾點，人工微調(diào)相關(guān)側(cè)線產(chǎn)品流量控制系統(tǒng)的給定值，這部分優(yōu)化軟件實際上只起著離線指導作用。 LQG 自校正控制 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 10 某廠在 PROVOX 系統(tǒng)的上位機 HP1000A700 上用 FORTRAN 語言開發(fā)了 LQG 自校正控制程序，對常減壓裝置多個控制回路實施 LQG 自校正控制。 178。常壓塔頂溫度控制。該回路原采用 PID控制，因受處理量、環(huán)境溫度等變化因素的影響，無法得到滿意的控制效果。用 LQG 自校正控制代替 PID 控制后，塔頂溫度控制得到比較理想的效果。塔頂溫度和塔頂撥出物的干點存在一定關(guān)系，根據(jù)工藝人員介紹，塔頂溫度每提高 1℃ ，干點可以提高 3～ 5℃ 。當塔頂溫度比較平穩(wěn)時，工藝人員可以適當提高塔頂溫度，使干點提高，便可以提高收率。按年平均處理原油 250 萬噸計算，如干點提高 2℃ ，塔頂撥出物可增加上千噸。自適應控制帶來了可觀 的經(jīng)濟效益。 178。常壓塔的模擬優(yōu)化控制。在滿足各餾出口產(chǎn)品質(zhì)量要求前提下，實現(xiàn)提高撥出率及各段回流取熱優(yōu)化。餾出口產(chǎn)品質(zhì)量仍采用先進控制，要求達到的目標是：常壓塔頂餾出產(chǎn)品的質(zhì)量在閉環(huán)控制時，其干點值在給定值點的177。 2℃ ，常壓塔各側(cè)線分別達到脫空 3～ 5℃ ，常二線產(chǎn)品的恩氏蒸餾分析 95％點溫度大于 350℃ ，常三線 350℃ 餾份小于 15％，并在操作臺上 CRT顯示上述各側(cè)線指標。在保證塔頂撥出率和各側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量之前提下優(yōu)化全塔回流取熱，使全塔回收率達到 90％以上。 178。減壓塔模擬優(yōu)化控制。在保證減壓混和蠟油質(zhì)量的前提下， 量大限度拔出蠟油餾份，減二線 90％餾出溫度不小于 510℃ ，減壓渣油運行粘度小于 810 泊（對九二三油），并且優(yōu)化分配減一線與減二線的取熱。 中段回流計算 分餾塔的中段回流主要用來取出塔內(nèi)一部分熱量，以減少塔頂負荷，同時回收部分熱量。但是，中段回流過大對蒸餾不利，會影響分餾精度，在塔頂負荷允許的情況下，適度減少中段回流量，以保證一側(cè)線和二側(cè)線產(chǎn)品脫空度的要求。由于常減壓裝置處理量、原油品種以及生產(chǎn)方案經(jīng)常變化，中段回流量也要作相應調(diào)整，中段回流量的大小與常壓塔負荷、塔頂汽油冷卻器負荷、產(chǎn)品質(zhì)量、回 收勢量等條件有關(guān)。中段回流計算的數(shù)學模型根據(jù)塔頂回流量、塔底吹氣量、塔頂溫度、塔頂回流入口溫度、頂循環(huán)回流進口溫度、中段回流進出口溫度等計算出最佳回流量，以指導操作。 自動提降量模型 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 11 自動提降量模型用于改變處理量的順序控制。按生產(chǎn)調(diào)度指令，根據(jù)操作經(jīng)驗、物料平衡、自動控制方案來調(diào)整裝置的主要流量。按照時間順序分別對常壓爐流量、常壓塔各側(cè)線流量、減壓塔各側(cè)線流量進行提降。該模型可以通過 DCS 的順序控制的幾種功能模塊去實現(xiàn)，也可以用 C語言編程來進行。模型閉環(huán)時，不僅改變有關(guān)控制回路的給定值，同時還 在打印機上打印調(diào)節(jié)時間和各回路的調(diào)節(jié)量。 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 12 第五章 煉油廠常壓塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的方案 過程控制的對象復雜多樣，控制方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)種類較多。除了簡單控制系統(tǒng)以外，還有復雜的控制系統(tǒng)，即串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、大滯后過程控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、閥位控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、接耦控制系統(tǒng)，還有計算機控制系統(tǒng)。 ： 測量范圍： 0100℃ 常壓塔控制溫度： 70177。 ℃，最大偏差： 1℃ 一線控制 溫度： 60177。 ℃，最大偏差： ℃ ： 確定控制方案并繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖； 選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號； 確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式。 生產(chǎn)過程對過程控制系統(tǒng)的要求是多種多樣的，可簡要歸納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性三個方面。安全性是指在整個生產(chǎn)過程中，過程控制系統(tǒng)能夠確保人員與設(shè)備的安全（并兼顧環(huán)境衛(wèi)生、生態(tài)平衡等社會安全性要求），是對過程控制系統(tǒng)最重要、最基本的要求。通常采用參數(shù)越限報警、事故報警、聯(lián)鎖保護等措施加以保證。穩(wěn)定性是過程控制系統(tǒng)保證 生產(chǎn)過程正常工作的必要條件。穩(wěn)定性是指在存在一定擾動的情況下，過程控制系統(tǒng)將工藝參數(shù)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，維持設(shè)備和系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，使生產(chǎn)過程平穩(wěn)、持續(xù)地進行，同時要求系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應特性。經(jīng)濟性是指過程控制系統(tǒng)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的同時，節(jié)省原材料，降低能源消耗，提高經(jīng)濟效益與社會效益。采用有效的控制手段對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化控制是滿足工業(yè)生產(chǎn)對經(jīng)濟性要求不斷提高的重要途徑 。 我做的課程設(shè)計題目是煉油廠常壓塔溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計， 常壓蒸餾預處理后的原油經(jīng)加熱后送入常壓 蒸餾裝置的初餾塔 ,蒸餾出大部分輕汽油。初餾塔底原油經(jīng)加熱至 360～ 370176。C ，進入常壓蒸餾塔（塔板數(shù) 36～ 48），該塔的塔遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 13 頂產(chǎn)物為汽油餾分（又稱石腦油），與初餾塔頂?shù)妮p汽油一起可作為催化重整原料，或作為石油化工原料，或作為汽油調(diào)合組分。常壓塔側(cè)線出料進入汽提塔，用水蒸氣或再沸器加熱 ,蒸發(fā)出輕組分，以控制輕組分含量。一線為即航空煤油，二線為輕柴油餾分，三線為重柴油，塔底產(chǎn)物即常壓渣油 (即重油 )。在石化工業(yè)中，許多原料中間產(chǎn)品或粗成品往往是右若干成分組成的混合物，需要經(jīng)過精餾過程進行分離。精餾是利用混合液中不同 組分揮發(fā)溫度的差異將各組分分離的過程。精餾塔是精餾過程的關(guān)鍵設(shè)備，是過程控制的重要控制對象?？傮w流程圖如下： 圖 煉油廠常壓塔總體流程圖 TC FC1 FC2 FC3 頂回流 塔頂汽油 一線航空煤油 二線輕柴油 三線重柴油 塔底重油 常壓塔進料 初餾塔側(cè)線 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 14 第六章 煉油廠常壓塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容 煉油廠常壓塔是一種精餾塔，進入常壓塔的油品經(jīng)過精餾被分離成塔頂汽油，塔底重油，一線航空沒有，二線輕柴油，三線重柴油，等 三個側(cè)線產(chǎn)品。工藝要求塔頂出口溫度應保持在 70177。 ℃，一線溫度應保持在 60177。 ℃。 圖 所示的串級溫度控制系統(tǒng)是常見的精餾段溫度控制方案。 分析可以看到：在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有 “ 粗調(diào) ” 的作用，主調(diào)節(jié)器具有 “ 細調(diào) ”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高 。 圖 精餾段溫度控制系統(tǒng) PT 冷卻劑 FC FT 進料 TC TT Qs 蒸汽 冷凝水 再沸器 回流 QL TT LT TC FC FT LC 一線產(chǎn)品 Qw 塔頂產(chǎn)品 Qd PC LT LC 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 15 當以塔頂采出液為主要產(chǎn)品時，往往以精餾段的溫度為衡量質(zhì)量的間接指標，這時可選精餾段某點溫度作為被控參數(shù)（間接反應塔頂采出液的純度），以回流量QL作為被控變量做成單回路控制系統(tǒng)，亦可以組成串級控制系統(tǒng)。 整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過 程和主過程構(gòu)成。串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。 系統(tǒng)的框圖如下： 圖 精餾段控制的系統(tǒng)框圖 圖中 Gc1(S)為主控制器； Gc2(S)為副控制器； Gv(S)為控制器； Go2(S)為回流量 QL； Go1(S)精餾塔的塔板溫度。 精餾段溫度控制系統(tǒng)有如下特點： （ 1） 用精餾段的溫度作為間接質(zhì)量指標，能較迅速、直接的反映提餾段產(chǎn)品質(zhì)量。在以塔頂采出物為主要產(chǎn)品，對塔頂產(chǎn)品成分的純度要求高于對塔低產(chǎn)品成分的要求時，往往采用精餾段溫度控制系統(tǒng)方案。 （ 2）當干擾首先進入精餾段時，例如進料產(chǎn)生的干擾首先引起精餾段和塔頂參數(shù)的變化，故用精餾段溫度控制比較及時，動態(tài)響應比較迅速。 X1(S) X2(S) Gc1(S) Gc2(S) Gv(S) Go2(S) Go1(S) F(S) F(S) Gm2(S) Gm1(S) Y2(S) 遼寧石油化工大學繼續(xù)教育學院論文 16 （ 3）串級控制系統(tǒng)的流量回路歲回流罐液位與壓力、精餾塔內(nèi)壓力等于干擾對回流量的影響有較強的抑制，可實現(xiàn)被控參數(shù)的高精度控制。 為了抑制其他的干擾對被控參數(shù)的影響，除了主系統(tǒng)外，還設(shè)有五個輔助控制系統(tǒng)。其中進料量、塔壓、塔低采出量與塔頂流出液的控制方案與提餾段溫控時相同；再沸器加熱量應足夠大，且維持一定，可以使精餾塔在最大負荷時，仍能保證塔低產(chǎn)品的質(zhì)量指標穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。 被控