APC实施方法论.ppt

1、1,DMCplus 实施方法论2005年4月,2,目录,实施流程和各阶段定义 初步设计 详细设计（试验、建模、调试与仿真部分） 注：缺工艺计算、软仪表,3,功能设计研究,初步设计,详细设计,集成和调试,性能持续保持,4,定义,功能设计研究 - 明确项目费用和效益 初步设计 - 审核装置生产过程目标 - 控制器范围定义 - 装置初步阶跃试验 - 控制规格报告,5,详细设计 - 开发在线计算 - 动态建模的装置阶跃试验 - 开发性能推理软仪表 - 开发动态模型 - 离线控制器仿真和调试 - 控制器性能审核 - 详细设计报告,6,集成和调试 - 安装与评估推理预测器 - 安装操作员界面 - 操作员和

2、工程师培训 - 闭环调试 - 最终项目文件 性能持续保持 - 控制器监视和提升 - 维护、培训,7,Cim-IO Server,Cim-IO Core (Cim-IO Kernel),DMCplus 架构,CCF,MDL,Manage,Control,View Server,View Client,Collect,CLC,Simulate,Build,Model,Human Interface,BIN,Context Controller Data Area,Extract,ACO Msg Server,Cim-IO Server,Cim-IO Server,ACO Msg Viewer,DA

3、IS,DMCplus Context Cim-IO Server,Offline,Online,Prod. Control Web Server,Prod. Control Web Viewer,Web Server,ACOBASE (Connect Cim-IO Client),8,实施步骤,DCS,接口Cim-IO,收集BIN,标准数据*.CLC,Extract,Collect Data,Collect,模型文件*.MDL,建模,仿真,控制器组态,组态文件*.CCF,在线运行,*.DPP (DMC Project) 包括: BIN, CLC, MDC, CCF,9,实施流程和各阶段定义 初

4、步设计 详细设计（试验、建模、调试与仿真部分）,10,初步设计,控制器范围 - 应该包括那些过程 整个控制器目标 - 为什么要建这个控制器 变量选择 - 怎么取得上述目标 常规控制问题 - 那些需要改变,11,控制器范围,确定那些过程足够覆盖目标、约束 考虑操作员岗位、体制进行单元分解 - 考虑多人操作与便利，考虑是否设计子控制器 举例：FCC装置的气体回收（GRU），一个操作员负责Rx/Regen和Main Frac, 另一个负责 GRU。 结合各种因素，考虑控制器规模、数量和耦合问题,12,整个控制器目标,经济效益是主要驱动力 - 如果没有效益就不值得做 - 理解过程和控制器的经济效益目标

5、是基础 识别那些限制效益的约束 - 查看历史数据判断一些约束只部分时间起作用 - 绝不允许任何不可测约束限制控制器取得效益!,13,变量选择,操作变量 (MVs) - 通常用常规控制给定点 SP - 如果过程太慢可用阀位作为MV，但慎重！ - 小心常规系统产生的非连续过程(分范围) 被控变量 (CVs) - 在控制器变量表中明确所有过程约束 - 过程输出 - 考虑非线性转换,14,干扰变量(FFs, DVs) - 确定可测干扰变量，甚至来自另一单元或其他DCS - 避免半独立的干扰变量,15,常规控制问题 (1),打开迟缓表现的串级（Cascade） - 告诫: 检查塔顶/循环串级、塔底温度/

6、再沸器热量串级，一个个案例分析 可能需要闭环温度与流量（TC/FC）串级，以便装置实验中确保产品规格 如果温控闭环，进行参数调节以抗有激进干扰，移去分比例（proportional kick）给定变化 闭环简单的串级以抗较快干扰 - 举例: 加热炉温控（TC）与燃料气流控（FC）的串级,16,常规控制问题 (2),移去一切与DMC冲突、起主导的控制器 移去非线性、非连续表现的控制系统 - 范围控制器 - 非线性控制器 - 约束控制器 增加前馈测量，那里需要更好的抗干扰,17,常规控制问题 (3)-PID整定,减少、最小化振荡 更多兴趣放在平滑、稳定表现，甚至超过爽快响应 最好有点过阻尼整定 考

7、虑整个操作范围 小心阀硬件问题 不能只靠整定 查看滤波和范围问题,18,初步装置过程试验 (1),预试验目的 1. 检查采集系统运转 2. 检查过程操作目标 3. 提炼控制器覆盖范围 4. 减少、最小过程噪声 5. 识别故障仪表和阀门 6. 预期装置试验条件,19,初步装置过程试验 (2),安装 DMCplus在线软件 - 试验所需数据采集 列出采集位号表 - 常规调节器的给定/测量/输出 - 潜在过程干扰 - 所有过程约束测量 - 冗余测量 - 经济性能显示 最佳实践是收集每件事,但仅用你所需要的！!,20,初步装置过程试验 (3),识别仪表缺陷 - 任何干扰过程操作的内容 - 阀粘住,变送

8、量程差,坏表,缺表 - 修改调节器PID参数 记录调节参数,滤波系数 - 开始装置试验日志,书写问题和结果,21,初步装置过程试验 (4),预期试验条件 - 检查装置在试验条件下可操作 - 估计稳定时间settling time和激励幅度 识别过程其他约束 - 增加测量点到数据收集表 确定试验中常规控制模式 - 开环或闭环串级,22,实施流程和各阶段定义 初步设计 详细设计（试验、建模、调试与仿真）部分,23,装置阶跃试验(1),工程要求 收集任何时间的试验数据 从操纵台监视试验 每天24小时 所有装置变化调节由操作员进行 积极参与试验 操作员有责任一票否决立刻停止试验 实施前讨论幅度变化,2

9、4,装置阶跃试验(2),试验持续时间 8.10 * (# Independents) * (Process settling time) 每个独立变量做15-20次幅度变化 一次全神贯注一个幅度变化 如需要可做另一个幅度变化 避免各阶跃实验互相关,25,装置阶跃试验(3),装置试验分组实施 把握时间覆盖所有过程的稳定时间(settling time) 一些变化在或超过settling time 根据预测试数据考虑变化和settling time 平均幅度持续时间为 settling time 阶跃时间长有利辨识稳态增益SS gain识别 短脉冲有利于动态特征识别 幅度变化一般原则：因变量信号与

10、噪声比为 6:1,26,典型阶跃模式,(2),0,2,4,6,8,10,12,SS Times,0,5,10,15,20,SS Times,0,5,10,15,20,SS Times,“Ideal” Move Pattern,“Real World” Move Patterns,27,装置阶跃试验(4),试验中常规控制器结构不必改变 常规控制器是过程的一部分(广义模型概念) 试验中避免常规调节器饱和或抗积分状态 调节器置手动情况同样 改变过程动态表现,28,装置阶跃试验(5),试验中就开始辨识 只要数据够就开始 用结果修改阶跃幅度大小、持续时间 对较差模型做更多幅度变化 确保试验直到获得满意模

11、型,29,辨识动态模型,阶跃试验时做初步分析 为试验提供指南 粗略评估模型质量 找出对控制器调试不适合的内容 阶跃试验后做详细分析 仔细审核装置试验条件 移去怀疑数据段 模型质量彻底评估,30,控制器仿真,控制器参数调整 经济效益优化 对于稳态(SS)优化结果(LP or QP) 的MV 成本因子(Cost factor) 稳态约束处理 被控或因变量(Dependent variable)约束排队 被控或因变量(Dependent variable) 同等关心误差因子(Equal Concern Error factors) 动态误差最小化 被控或因变量(Dependent variable)

12、 同等关心误差因子(Equal Concern Error) MV动作抑制因子(Move Suppression factors),31,ECE 注释:,肺炎 !,感冒 !,CV1,CV2,“吃三片先锋”,“吃一片先锋”,先锋药片,MV1,“究竟吃几片？”,分析判断： CV轻重缓急排队 比较ECE1和ECE2 MV1的抑制,32,离线参数调节 (1),定义一系列过程场景 典型不同大小干扰 典型给定点和限值变化 定义什么是完好控制 优化稳态目标 被控变量不可行 被控变量动态性能 MV作用量 关键是先与操作者确定良好控制规格指标, 以及典型干扰和限值变化, 而后才是离线参数调整,33,离线参数调节

13、 (2),调节控制器步骤 选择 MV 成本， 检查典型过程场景的稳态目标 当有自由度的时候，LP/QP做正确事情吗？ 选择 CV 约束排队，稳态ECE factors，检查典型不可行过程场景 当发现不可行时，优化“放弃”了合适的约束吗？ 选择动态 ECE factors 和 作用抑制因子Move Suppression factors ，检查过程场景的动态性能 控制器对干扰和限制变化响应足够快吗？ 控制器保持更多、更重要的CV靠近稳态目标吗？,34,控制器斜坡 Revamp 智能阶跃SmartStep和 UPID整定,考虑 SmartStep 当很好地理解装置条件和操作，采用自动阶跃试验模式

14、当重要CV漂移驱动试验回到范围，继续试验 虽然很“粗”，仍需要现存模型,考虑 UPID 允许模型修改 由于 DCS PID 参数变化 允许模型修改 由于DCS回路修改 如果你希望评估闭环和开环串级，你必须收集其他阶跃试验数据,35,L2,P1,F2,T1,D,P1,F1,F4,D,E,E,T,H,A,N,I,Z,E,R,F3,Steam,T10,P2,Fuel Gas,Propane to Fuel,F5,L4,F6,D,P2,D,E,P,R,O,P,A,N,I,Z,E,R,C4,A2,Propane,T4,L3,Steam,T5,T6,L5,F9,Pentane,D,E,B,U,T,A,N,

15、I,Z,E,R,D,P3,F7,F8,T8,P3,Mixed Butanes,T7,气体回收,L1,T9,T2,F10,C2,A1,C3,A3,C+5,A4,F11,Steam,36,气体回收装置,控制目标 最大脱乙烷塔进料 最小到燃料中的丙烷损失 最大混合C4生产 最小能耗 保持产品质量 典型约束 脱丙烷塔压差 DP 脱丁烷和乙烷塔冷却能力 丙烷生产(Limited Containment) 脱乙烷塔进料可用性,37,聚合反应器,M.M.A.,V.A.,Initiator,Transfer,Solvent,Purge,Coolant,Product,38,聚合物试验提示 (1),合并两个* .CLC 文件 辨识 MV/CV 模型关系 观察测试数据决定独立变量变化幅度，这一典型作用大小“typical move size” 要匹配得到正确的模型 移去“噪声”曲线，再运行,小心积分