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作者:来源:course.jnu.edu.cn 发布时间:2010-01-12 来源:中国工控网 繁体版
摘要:介绍非线性液位控制系统在前炼重油催化装置成功应用。阐述了该控制的特点及应用效果。关键词:非线性 干扰 RFCC液位Abstract: The nolinear level control has been applied in RFCC of Gian
摘要:介绍非线性液位控制系统在前炼重油催化装置成功应用。阐述了该控制的特点及应用效果。

关键词:非线性 干扰 RFCC液位

Abstract: The nolinear level control has been applied in RFCC of GianGuo Oil refinery, the strategy result and characteristic is introduced.

Keywords : Nolinear; Disturbance ; Residure Fluid Catalytic Cracking ;Level


1 非线性液位控制特性

1.1 目的和意义

非线性液位控制是HONEYWELL的Hi-Spec solutions 先进控制中的控制策略。利用缓冲罐消除过程干扰,使流量到下一工艺过程波动最小。允许容器液位在给定的高低限范围内波动,而控制容器出口或入口流量平滑波动。它和传统的控制方案(液位控制在设定点而出口或入口流量大幅度波动来保证液位在某一设定点)正好相反。对于装置的控制的稳定和提高产品质量及收率起到积极重要意义。

1.2 概念

非线性液位控制利用无相互制约的塔、罐、换热器等容器容积的缓冲作用来消除扰动,进而保证流量的波动最小。

1.3 应用范围

允许容器液位在高、低限内大幅度波动,以保证出口或入口流量平稳的变化,直到调节流量才能维持液位在正常的操作范围。

1.4 控制功能

这里隐含了在控制器周期时间之间,用液位的变化计算出流率值,用当前的液位与高限或低限计算缓冲罐的有效的缓冲容量。在组态的时间限度内,计算流量控制动作以阻止液位的变化。然后计算的控制器输出值与有效的缓冲容量相比较确保液位不能超限。如果一个超限的值参与了计算,为了保持液位在高、低限范围内,流量将大幅度波动。一个附加的动作也就是计算液位返回到它的正常液位的稳态时间功能。

1.5 控制动机

非线性液位控制意义在于内部削减流量在过程中的波动。产品纯度、容量与能源的利用,所有效益是通过测量与正常操作目标的标准偏差的强有力的控制来实现。

2 硬件和软件要求:

a.本方案的实现是在HONEYWELL公司的TDC3000X为平台的AM(Application Module)上实现的。LCN(LOCAL CONTROL NET)软件版本R320以上,软件是用AM的CL编制的。

b.要求被控制容器必须有入口或出口流量基本控制回路存在。



3 非线性液位控制框图

非线性液位控制框图见图2。

4 非线性液位控制特点

非线性控制算法有下列特点:

a. 在正常操作情况下,允许液位在高、低限范围内波动,来保证流量控制器平稳地输出。

b. 通过预估将来的干扰来强制液位高、低的约束。

c. 如果液位超限,能快速控制使液位回到高限以下或低限以上。

5 我厂RFCC非线性液位控制的应用见表1

表1 非线性液位控制应用

NLL_V302
高压分离器非线性液位控制器

NLL_T303
再吸收塔非线性液位控制器

NLL_V303
液态烃罐非线性液位控制器


5.1 V302高压分离器罐非线性液位控制

非线性液位算法控制目标是保持流量波动最小,使V302液位依据液位高、低限制达到设定点的目标,见图1这个方案效益:




a.通过用V302缓冲能力作为缓冲使出口流量波动变小,即解吸塔(T302)进料流量波动变小。

b.使T302入口温度TI318波动变小趋于稳态。



5.2 控制策略

高压分离器罐非线性液位算法控制设计为了解吸塔进料FRC304波动最小。这个控制器利用V302的容积消除上游操作流率干扰。要保持液位在限制内,防止冒罐和空罐。这种方案和传统的液位控制方案大幅度调节流量来保证液位设定点的目标相驳。非线性液位控制控制器是基于液位变化的速率驻留AM的控制算法。如果液位在高、低限内且曲线快速波动,控制动作相对小。液位慢慢回到设定点。如果液位波动很大或超出高、低限,则控制幅度很大。一个AM常规点调节APM(Advance Process Manager )点FRC304流量控制器的设点,FRC304模式为CAS时,非线性液位调节粗汽油流量。当FRC304的模式为BCAS时,NLL_V302操作方式AUTO,(见图3)控制流程将被屏蔽到LIC301液位控制方式。

5.3 操作变量 (MVs)

表2 列出这个策略的操作变量 (MV), 注意这个策略是串级单回路控制器.

表2 高压分离器非线性液位控制器MV

控制器名称
说明
操作变量.参数
说明

NLL_V302
V302高压分离器非

线性液位控制器
FRC304.SP
V302出口流量控制器


5.4 控制变量 (CVs)

表3 高压分离器非线性液位被控变量

位号
说明

LIC301.PV
V302液位控制器


5.5 控制器结构

a.建立一个AM常规点实施此方案:

NLL_V302: 非线性液位控制器

b. 改变APM点的操作模式关键参数:

FRC304.RCASOPT =SPC.

FRC304.SHEDMODE=BCAS.



图3 控制策略控制流程示意图

5.6 组态输入

表3 点NLL_V302主要参数组态清单


说明
单位
参数

30
控制限制时间
MIN
ENGPAR(1)

10
超限整定参数
MIN
ENGPAR(2)

1.5
容器半径
M
ENGPAR(6)

11.64
容器水平长度
M
ENGPAR(7)

1.4
液位取压点距离
M
ENGPAR(3)

0.8
容器底部不可测量高度
M
ENGPAR(4)

75
M³/min到流量的单位转换系数
NONE
CONV_FAC(1)


5.7 用户界面

下列图4即为TDC3000用户界面,用户界面较友好。控制方案直观,易于操作员操作。

6 坏值和错误模式处理

此功能由程序NLL_CL和NLL_MODE来完成。如果下列情况出现,控制器通过中止串级链接停运控制且送出一信息。

a. 检查液位NLL_V302测量值是坏值。

b. AM的 NLL_V302控制器是MAN方式或CDS(Custom Data Segment )组态输入参数有误。

c. 检查参数STATUS(1),如果不为零,则有误。

d. 如果错误的条件被清除,控制器可人为投用。

7 控制器部分功能处理

a. SP处理

b. 控制启动和停止

c. 控制器初始化

d. 控制约束和限制



The standard non-linear level controller configuration screens with the Sinopec configuration data, and messages shall be added after implementation.

图4 用户界面

e. 控制终止处理

7.1 SP处理

程序NLL_SP可据用户需要进行解开链接或失活,有四种选择可选。我们选用了SP_INIT来对SP的处理。

a. NONE:这是默认的选项,非线性控制器SP可由操作员设定.

b. PV_TRACK:在初始化时,SP值将被设为等于PV值.

c. SP_INIT:在初始化期间,SP将被设定等于后备的液位控制器的SP值。

d. BU_LC_SP:在初始化期间与控制中,非线性控制器SP从后备液位控制器SP取来。此选项为操作员留一个SP输入口。

7.2 控制启动和停止

a. 操作指导:

非线性液位控制器NLL_V302的投运是通过FRC304流量控制器的模式为标准的CAS且NLL_V302

模式为AUTO而投运。流量控制器的模式为AUTO或BCAS,停用非 线性液位控制器。流量控制器的模式

为CAS,投用非线性液位控 制器。

b.程序操作模式的屏蔽:

如果激活程序NLL_MODE,检查出模式组态错误,则切换到后备串级控制方案。

7.3控制初始化

如果非线性液位控制器初始化,它仅执行计算,但不被写入参数。CV.因此投运非线性液位控制器后,控制动作的大小和当前流量的波动可在NLL_CFG界面显示。如果流量控制器模式为CAS则非线性液位

控制器计算的控制输出传送给流量控制器的SP。

7.4控制约束和限制

非线性液位控制器有识别约束的策略。如测量值违限,则牺牲流量控制指标来保持液位在约束范围内。

7.5控制溢出处理

如果TDC3000系统出现故障或停运,则非线性液位控制器将锁定保持控制 输出。





7.6 下面是容器液体的体积的计算公式:

把液位的测量值基于引压点百分数转换为长度单位的值输入到参ENGPAR(3),在引压点底部不可测量的输入到ENGPAR(4).

7.7 用标准的几何公式计算直立或平放容器的体积

设定点和设定点的上下限转换为长度单位,计算相应的体积。计算流量的波动和容器缓冲容量的方法:

a. 流量波动=([本周期体积]―[上周期体积])/[扫描时间]

b. 液位缓冲能力高限=[高体积限制]―[当前体积]

c. 液位缓冲能力低限=[低体积限制]―[当前体积 ]

7.8 控制器的计算输出是基于流量的波动和缓冲能力的高、低限制有下面几种情况:

a.小偏差―不超限的情况下:控制器通过控制限制时间,常规调节使液位回到设定点。

b.大偏差―预估要超限:控制器计算一大的调节幅度防止液位超限。

c. 超限―液位高于或低于组态的限制:控制器产生较大的控制移动必须在组态的超限的整定参数的时间限制内使液位回到设定点。

d.流量控制高溢出―流量控制器的高溢出:流量控制器保持当前输出直到溢出条件消除为止,或改变控制输出方向。

e.流量控制低溢出―流量控制器低溢出:流量控制器保持当前输出直到溢出条件消除为止,或改变控制输出方向。

8 投用效果

从V302的非线性液位控制投用情况来看,非线性液位控制的投用大有前景可为,能够使容器的出口或入口流量波动较平缓,使上游或下游工艺过程较平稳,达到了利用容器的缓冲来减少流量的波动。但是我们要说服操作员接受这种液位在一定的范围内波动的控制方案,也要费一些功夫。操作员投用了这种控制方案,他们会自觉地投用非线性液位控制。图5 即为非线性液位投用前后的控制效果,投用后使解吸塔入口温度曲线波动变小,使液位测量值曲线波动变大,流量测量值曲线波动变小。 




图5 非线性液位控制投用前后曲线对比


非线性液位控制系统在前炼重油催化装置成功应用
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