辽河石化延迟焦化先进控制与智能切换系统操作员手册.doc

中国石油辽河石化公司延迟焦化装置 先进控制与实时优化系统 工程文档工程文档 PROCESS ADVANCED CONTROL & INTELLIGENT SWITCHING SOLUTIONS 操作员手册操作员手册 ED-LHDC Jun. 2008 北京清大华亿科技有限公司 清华大学自动化系 目 录 操作员手册.1 1. 概述概述 .1 1.1 先进控制技术.1 1.2 先进控制的基本术语.3 2.加热炉先进控制器加热炉先进控制器.4 2.1 操作员操作界面说明.4 2.1.1 加热炉先进控制器变量说明.4 2.1.2 监控和操作界面说明.5 2.2 先进控制器的投用与切除.7 2.2.1 投用准备.7 2.2.2 总体投用与切除.7 2.2.3 各变量的单独投用与切除.8 2.3 先进控制器的正常操作.9 1. 概述概述 本文档将介绍清大华亿公司在辽河石化分公司延迟焦化装置先进控制项目 中加热炉先进控制的使用方法，是面向控制室操作人员的指导手册。 本操作手册分两个个部分，第一部分简要介绍先进控制技术；第二部分介 绍加热炉先进控制器的使用方法。 1.1 先进控制技术先进控制技术 现阶段先进控制技术在工业生产装置的应用，普遍采用的是预估（预测） 控制技术。预估控制技术，采用“模型预估、反馈校正、滚动优化”的控制算法， “根据对将来几步的预估，决定走当前一步”。参见图 1。而常规 PID 控制，是 基于误差的控制，即“走一步，看一步”。 图 1 预估控制的工作原理 先进控制技术突破了常规的 PID 控制的控制回路各自独立的工作模式，以 整个生产装置（或装置单元）为对象，根据各变量间的模型关系，利用先进控 制方法对装置实施协调统一的控制。 先进控制系统首先保证整个装置的稳定运行；在此基础上再以质量指标卡 边控制为目标，同时在卡边控制的基础上施加稳态优化措施，实现闭环在线优 化。 通过对生产装置实施先进控制，可以很好地改善装置的控制品质，稳定装 置的操作，实施卡边控制，提高最有价值产品的收率，并达到提高加工量，节 能降耗，挖潜增效的目的。 先进控制以预估协调、卡边控制为主，但它是以常规 PID 控制为基础的。 先进控制并不试图取代 DCS 上已有的各种控制策略。常规 PID 控制适用于单回 路控制，是生产过程自动控制的基础；先进控制适用于单元装置的整体优化控 制。 与常规 PID 控制不同，预估控制是基于经实验测试获得的、与被控生产过 程相适应的特定模型的。这种特定的模型，确定被控生产过程先进控制器的各 操作变量及干扰变量的变化对被控变量的影响的数学关系。不同结构的模型， 对应的控制器结构也是不同的。 另外，被控生产过程的质量指标往往是重要的被控变量，而这些质量指标 通常是难于测量或暂时不能测量的。在实施先进控制时，必须首先建立软仪表。 软仪表（软测量） ，就是把控制技术与生产工艺过程知识有机结合起来，应用计 算机技术，根据已有测量的一些相关变量，通过构成某种数学关系来推断和估 计这些难于测量或暂时不能测量的重要变量，以软件来代替仪表功能。 先进控制系统的工作过程，简单地说就是：依据从 DCS 系统实时数据库采 集来的数据信息，判断分析生产过程的被控变量是否处于最佳运行状态、或偏 离最佳状态的程度；根据被控变量偏离程度、和预先取得的模型，预估出“生产 过程被控变量要达到最佳状态、某些操作变量所必须的改变”，同时将这种改变， 输出到 DCS 上对应的常规 PID 控制器的设定值（或直接到输出值） ，再由 PID 控制器执行，使生产过程达到最优状态。这种优化控制是连续滚动执行的。 1.2 先进控制的基本术语先进控制的基本术语 被控变量：被控变量： 简称 CV（Controlled Variable） 。装置中需要被卡边控制的，如质量指标等 工艺参数；或为保证安全生产而需要限制在一定变化范围内的工艺参数。为保 证安全生产而限制在一定变化范围内的参数，往往又称为“约束变量”。 被控变量（被控变量（CV）的约束上、下限：）的约束上、下限： 对于卡边控制指标 CV，即其卡边区域的上限、下限； 对于约束变量 CV，即允许其波动区间的上限、下限。 操纵变量：操纵变量： 也称操作变量；简称 MV（Manipulative Variable） 。装置中可以作为操作手 段，对装置运行进行调节的工艺参数，如塔顶冷回流量、热交换量、塔产品抽 出量等。操作变量必须是 PID 控制回路或执行机构直接调节器。 操纵变量（操纵变量（MV）的操作上、下限：）的操作上、下限： 为将各 CV 的值控制在允许的范围，先进控制系统要对各操作变量（MV） 进行协调的调节。在调节各 MV 时，必须保证 MV 的值（也就是 DCS 中对应 PID 调节器的设定值/输出值）不超过装置正常运行所允许的范围。这个范围的 上、下限，定义为操作变量（MV）的操作上、下限。 干扰变量：干扰变量： 也称前馈变量（FF） ；简称 DV（Disturb Variable） 。装置中不可控制、或不 便控制的，但对被控变量有影响的可测量的工艺参数或外界影响因素。 软测量：软测量： 也称软仪表。就是应用计算机技术，根据已有测量的一些相关变量以及工 艺设备技术参数，通过构成某种数学关系来推断和估计难于或暂时不能用普通 仪表测量的重要变量，以软件来代替仪表功能。 模型：模型： 先进控制中的模型，就是用传递函数矩阵、数值矩阵或曲线组表示的被控 变量与操作变量和干扰变量的数学关系。 中间控制器：中间控制器： 指作为先进控制器操作变量的 DCS 上的 PID 控制器。 2. 加热炉先进控制器加热炉先进控制器 2.1 操作员操作界面说明操作员操作界面说明 操作员操作界面实现操作员在 DCS 上对先进控制系统的监视和操作，包含 加热炉先进控制器的被控变量 CV、操纵变量 MV、干扰变量 DV 监控和操作。 2.1.1 加热炉先进控制器变量说明加热炉先进控制器变量说明 被控变量被控变量 CV CV说明位号备注 1CV1加热炉支路 1 出口温度TIC2003.PV 2CV2加热炉支路 2 出口温度TIC2004.PV 3CV3加热炉支路 3 出口温度TIC2001.PV 4CV4加热炉支路 4 出口温度TIC2002.PV 操作变量操作变量 MV MV说明位号备注 1MV1加热炉支路 1 瓦斯流量控制器给定点FIC2019.SP 2MV2加热炉支路 2 瓦斯流量控制器给定点FIC2020.SP 3MV3加热炉支路 3 瓦斯流量控制器给定点FIC2021.SP 4MV4加热炉支路 4 瓦斯流量控制器给定点FIC2022.SP 干扰变量干扰变量 DV DV说明位号备注 1DV1加热炉支路 1 入口流量FIC2003.PV 2DV2加热炉支路 2 入口流量FIC2004.PV 3DV3加热炉支路 3 入口流量FIC2002.PV 4DV4加热炉支路 4 入口流量FIC2001.PV 5DV5加热炉支路 1 入口温度TI2013.PV 6DV6加热炉支路 2 入口温度TI2012.PV 7DV7加热炉支路 3 入口温度TI2016.PV 8DV8加热炉支路 4 入口温度TI2017.PV 2.1.2 监控和操作界面说明监控和操作界面说明 加热炉先进控制器监控和操作界面如 2 所示，通过 DCS 界面菜单 APC- jiarelu 调用。 Furnace APC System No.TagDescMeasStatusLoLimitR SptHiLimitL Spt CV01TIC2003.PVFur. Out1 Temp.xxxxDropxxxxxxxx CV02TIC2004.PVFur. Out2 Temp.xxxxDropxxxxxxxx CV03TIC2001.PVFur. Out3 Temp.xxxxGoodxxxxxxxx CV04TIC2002.PVFur. Out4 Temp.xxxxDropxxxxxxxx MV01FIC2019.SPFur. Fule1 FlowxxxxONxxxxxxxxxxxxxxxx MV02FIC2020.SPFur. Fule2 FlowxxxxOFFxxxxxxxxxxxxxxxx MV03FIC2021.SPFur. Fule3 FlowxxxxONxxxxxxxxxxxxxxxx MV04FIC2022.SPFur. Fule4 FlowxxxxONxxxxxxxxxxxxxxxx DV01FIC2003.PVFur. Feed1 Flowxxxx DROP DV02FIC2004.PVFur. Feed2 Flowxxxx USE DV03FIC2002.PVFur.Feed3 Flowxxxx DROP DV04FIC2001.PVFur. Feed4 Flowxxxx DROP DV05TI2017.PVFur. Feed Temp.xxxx USE 图 2 加热炉先进控制器监控和操作界面 ON/OFF 界面包含标题、状态指示灯、投用/切除总开关、显示表格、输入框、界面 链接六个部分。 标题显示“Furnace APC System ”（加热炉先控系统） 。 状态指示灯共两个，左侧状态指示灯表明先控软件运行状态，红色表示通 讯异常，无法使用；黄色表示软件运行良好，但控制运算处于停止状态；绿色 表示运行良好，且控制运算运行正常。右侧状态指示灯表示先进控制器投用状 态，黄色表示未投用，绿色表示已投用。 投用/切除总开关用于对整个控制器的投用或切除操作，点击后会弹出投用 或切除对话框。 显示表格有 9 列，分别为“No.”（序号） 、 “Tag”（点名称） 、 “Desc”（点描述） 、 “Meas”（实际测量值） 、 “Status”（状态） 、 “LoLimit”（下限值） 、 “R Spt”（先进控 制器远程给定值） 、 “HiLimit”（上限值） 、 “L Spt”（PID 本地给定值） ；14 行，分 别为表格标题、加热炉支路 1 出口温度、加热炉支路 2 出口温度、加热炉支路 3 出口温度、加热炉支路 4 出口温度、加热炉支路 1 瓦斯流量、加热炉支路 2 瓦斯流量、加热炉支路 3 瓦斯流量、加热炉支路 4 瓦斯流量、加热炉支路 1 入 口流量、加热炉支路 2 入口流量、加热炉支路 3 入口流量、加热炉支路 4 入口 流量、加热炉入口温度。 其中 CV 对应的“Status”（状态）列既显示当前该变量状态，又同时能对该 变量进行单独投用/切除操作。状态显示“Good”表明投用正常；“Init”表明投用 初始化；“Drop”表明已切除。当按钮为灰色时，表明该变量设置为投用；当按 钮为白色时，表明该变量设置为切除。 其中 MV 对应的“Status”（状态）列既显示当前该变量状态，又同时能对该 变量进行单独投用/切除操作。状态显示“ON”表明投用正常；“WuHi”表明该 PID 输出达上限，无法继续增大；“WuLo”表明该 PID 输出达下限，无法继续减 小；“FFWD”表明虽然切除，但进行前馈运算，即考虑其变化对 CV 的干扰作用； “Serv”表明已完全切除，对其不予考虑。当按钮为灰色时，表明该变量设置为 投用；当按钮为白色时，表明该变量设置为切除。 其中 DV 对应的“Status”（状态）列既显示当前该变量状态，又同时能对该 变量进行单独投用/切除操作。状态显示“Use”表明进行前馈运算，即考虑其变 化对 CV 的干扰作用；“Drop”表明不考虑该变量对 CV 的干扰作用。当按钮为 灰色时，表明该变量设置为投用；当按钮为白色时，表明该变量设置为切除。 输入框用于输入数据，在表格中选中所要输入的变量（上限值、下限值） 后，在输入框中键入新的数值，然后回车确认。 界面链接是其余两个界面的链接，如该 CV 界面有对 MV 和 DV 界面的链 接，可以通过点击相应链接快速进入所需画面。 2.2 先进控制器的投用与切除先进控制器的投用与切除 2.2.1投用准备投用准备 1、先进控制器的投用需要一定的条件： 1)装置在正常工作状况附近波动，没有出现大的异常； 2)所要投用的变量对应的检测仪表、PID 模块、调节阀使用正常； 3)DCS 工程师站运行正常，如遇到需重启工程师站，则应暂时切除先 控系统； 4)上位机上先进控制器软件运行正常。 2、先进控制器在投用前还需要对控制器设置进行检查： 1)操作界面左侧状态指示灯为绿色； 2)根据工艺需要，选择要投用的 CV、MV、DV； 3)检查所选择的 CV、MV 的上下限设置是否合理，并进行修改。 3、在进行了上述检查后，方能对控制器进行投用。 2.2.2总体投用与切除总体投用与切除 投用步骤：投用步骤： 1对投用条件和控制器设置进行检查； 2进入加热炉先进控制器操作界面，点击“投用/切除总开关”，弹出投用 对话框，如 3 所示。 图 3 加热炉先进控制器的总体投用对话框 3在对话框中点击“Yes”按钮进行投用，然后点击“Close”按钮关闭对话框。 直接点击“Close”按钮则关闭对话框，不进行投用。 4投用后，所投用的 MV 对应的 PID 切换到远程、自动状态。 5投用后 3 分钟内，要注意系统会否因上下限设置不合理而自动切除。 6投用后，需要根据工艺需要及时调整上下限设置。 切除步骤：切除步骤： 1进入加热炉先进控制器操作界面，点击“投用/切除总开关”，弹出切除 对话框，如 4 所示。 图 4 加热炉先进控制器的总体切除对话框 3在对话框中点击“Yes”按钮进行切除，然后点击“Close”按钮关闭对话框。 直接点击“Close”按钮则关闭对话框，不进行切除。 4在通讯异常且工程师站运行正常状况下，系统会自动切除。 4切除后，各 PID 恢复到投用前状态，要注意检查 PID 手/自动设置是否 符合需要。 2.2.3各变量的单独投用与切除各变量的单独投用与切除 先进控制器的各个 CV、MV、DV 都可以在线选择是否投用。 CV 单独投用与切除步骤：单独投用与切除步骤： CV01TIC2003.PVFur. Out1 Temp.xxxxDropxxxxxxxx 图 5 加热炉先进控制器的 CV 单独操作 1对该 CV 的投用条件和控制器设置进行检查。 2进入加热炉先进控制器监控和操作界面，查看对应变量“Status”（状态） 列的按钮，灰色表明已投用，白色表明未投用。 3切除状态下，点击“Status”（状态）列的按钮，使按钮变成灰色则投用。 4投用后 3 分钟内，要注意该变量是否投用成功， “Status”（状态）列显示 是否变成“Good”。 5投用状态下，点击“Status”（状态）列的按钮，使按钮变成白色则切除。 MV 单独投用与切除步骤：单独投用与切除步骤： MV01F