一种空分装置的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统领域，具体涉及一种空分装置的控制系统及控制方法。

背景技术

对空分装置运行过程的调整和优化，一般依靠操作人员通过调整与空分装置通信连接的本地控制系统或本地计算机中的先进控制系统来完成，即空分装置的操作和维护都需要在空分装置本地进行。对本地控制系统或本地计算机中的先进控制系统的优化升级和编程，也需要在空分装置本地进行。这就对本地的操作人员调整本地控制系统或先进控制系统的能力提出了较高的要求。多个空分装置可能位于不同地点，为保证空分装置的运行效果和运行安全，每处空分装置都必须配备专业的操作人员。而由于操作人员的数量缺乏或操作人员的技术能力较低，导致针对空分装置运行的调整和优化无法满足实际的需求。

本地控制系统或本地计算机中的先进控制系统存储的知识产权信息也有泄露并造成损失的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种空分装置的控制系统及控制方法，设置一个远程优化控制器，从而对多个空分装置的运行进行干预和优化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种空分装置的控制系统，包括：

若干空分装置，用于空气分离；

若干本地控制器，与若干空分装置相对应；每个本地控制器位于与之对应的空分装置本地，与对应的空分装置通信连接，用于对所述空分装置进行控制；及

一远程优化控制器，与各个本地控制器分别通信连接；

所述远程优化控制器至少包括通讯模块、预测模块和控制模块；

所述远程优化控制器可通过本地控制器对若干空分装置同时进行数据交互和预测控制。

优选地，所述远程优化控制器设置在一固定地点，其位于任一空分装置本地的地点，或者位于与若干空分装置均不同的地点。

优选地，所述远程优化控制器根据各个空分装置的优化目标参数确定被控变量、操作变量和扰动变量，并在此基础上分别建立预测控制模型。

优选地，所述远程优化控制器还包括数据存储模块，用于存储运行数据；所述运行数据包括所有空分装置的历史数据和当前采集的实时数据。

优选地，所述通讯模块用于与各个本地控制器分别通信连接，接收当前采集的实时数据，和向本地控制器发送操作指令；

所述预测模块根据所述预测控制模型、历史数据和实时数据预测所述被控变量的数值，根据该数值调整操作变量，并反馈给控制模块；

所述控制模块根据预测模块的反馈，生成用于调节空分装置运行的操作指令；

所述控制模块发送操作指令经由所述通讯模块反馈至空分装置本地的本地控制器，并通过本地控制器调节所述操作变量的值；通过调节所述操作变量的值来使得被控变量在当前及未来一段时间内保持在预设范围内并尽量靠近最优值，同时扰动变量的值发生变化会造成预测的被控变量的值的变化，为保证被控变量始终在预设范围内，操作变量将作出相应的调整。

优选地，所述被控变量包括以下任意一种或几种：温度、压力、流量、液位、组分。

优选地，所述优化目标参数包括以下任意一种或几种：氧的提取率、氮的提取率、氩的提取率、气氧产品纯度、气氮产品纯度、气氩产品纯度。

优选地，所述空分装置至少包括高压塔、低压塔、粗氩塔、空气压缩机、空气膨胀机。

优选地，所述被控变量包括低压塔的氩馏分抽口氧含量、粗氩塔中部氧含量、空气膨胀机机前温度、氩组分等；所述操作变量包括气氧产品流量、进高压塔总空气流量、高压空气流量、膨胀空气量、粗氩液体流量；所述扰动变量包含液氮流量、中压氮气流量、气氧产品流量、气氩产品流量。

优选地，所述远程优化控制器能根据历史数据和实时数据调整所述预测控制模型。

优选地，包括安全模式：所述数据存储模块内设置有被控变量的预设范围；所述远程优化控制器在被控变量超过预设范围时，断开远程优化控制器与本地控制器的通信连接，由所述本地控制器直接控制所述空分装置。

优选地，所述空分装置的控制系统能在优化模式和非优化模式之间切换运行；

在所述优化模式中，所述本地控制器采集所述运行数据，根据所述远程优化控制器提供的操作指令，来调节所述空分装置的运行；

在所述非优化模式中，所述本地控制器屏蔽来自远程优化控制器的操作指令，由所述本地控制器在本地独立调节所述空分装置的运行。

优选地，所述本地控制器接收到所述远程优化控制器的操作指令后，就切换到由所述本地控制器在本地独立调节空分装置运行的非优化模式；

或者，所述本地控制器根据所述远程优化控制器提供的操作指令，对空分装置的运行进行调节，并继续采集空分装置的运行数据发送给远程优化控制器进行下一步的优化；对优化模式循环执行，直至切换为由本地控制器在本地独立调节所述空分装置运行的非优化模式。

优选地，调节所述空分装置的运行，至少包括对启动操作、停止操作、所有控制回路和安全联锁装置进行控制。

优选地，所述空分装置的启动操作、停止操作、所有控制回路和安全联锁装置保持在本地级别，由所述本地控制器控制。

优选地，所述远程优化控制器根据一个或多个本地控制器采集的运行数据来提供操作指令；所述远程优化控制器将操作指令，反馈给向其提供运行数据的本地控制器，或者反馈给与之通信连接的所有本地控制器。

本发明还提供了一种空分装置的控制系统的控制方法，适用于所述的空分装置的控制系统，包括：

远程优化控制器根据优化目标参数确定被控变量、操作变量和扰动变量，建立预测控制模型；

从本地控制器接收当前采集的实时数据，同时数据存储模块存储运行数据；

根据所述预测控制模型、历史数据和实时数据预测所述被控变量的数值，并反馈给控制模块；

所述控制模块根据预测模块的反馈，生成用于调节空分装置运行的操作指令；

所述操作指令经由所述通讯模块反馈至空分装置本地的本地控制器，并通过本地控制器调节所述操作变量的值；通过调节所述操作变量的值来使得被控变量在当前及未来一段时间内保持在预设范围内并尽量靠近最优值，同时扰动变量的值发生变化会造成预测的被控变量的值的变化，为保证被控变量始终在预设范围内，操作变量将作出相应的调整；

根据操作指令，来调节空分装置的运行。

本发明的有益效果为：

本发明提供的空分装置的控制系统，通过一个远程优化控制器，控制位于不同位置的多个空分装置，降低了对操作人员专业能力的要求；远程优化控制器在调节和优化各个空分装置的同时，也对预测控制模型进行自优化，实现了人工智能与空分装置的有效耦合；在优化时能从整体上考虑若干空分装置之间的关联，使空分装置平稳运行。同时，知识产权信息存储于保密等级较高的远程优化控制器内，能够降低信息泄露的风险，有利地保护了空分装置的知识产权信息。

附图说明

图1为本发明空分装置的控制系统的示意图。

图2为本发明空分装置的控制系统的控制方法流程图。

图中，1-空分装置，2-本地控制器，3-远程优化控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的空分装置的控制系统，包括若干空分装置，用于空气分离；所述空分装置至少包括高压塔、低压塔、粗氩塔、空气压缩机、空气膨胀机。若干本地控制器，与若干空分装置相对应；每个本地控制器位于与之对应的空分装置本地，与对应的空分装置通信连接，用于对所述空分装置进行控制；可选地，本地控制器可以是DCS(分散控制系统)/PLC(可编程逻辑控制器)/SIS(安全仪表控制系统)。一远程优化控制器，与各个本地控制器分别通信连接；所述远程优化控制器可通过本地控制器对若干空分装置同时进行数据交互和预测控制；所述远程优化控制器设置在某一固定地点，其可以是位于与某一空分装置本地的地点，也可以是位于与若干空分装置均不同的地点。

远程优化控制器包括通讯模块、预测模块、控制模块和数据存储模块。预测模块先根据各个空分装置的优化目标参数确定被控变量、操作变量和扰动变量，并在此基础上分别建立预测控制模型；而且，所述预测控制模型能根据历史数据和实时数据不断自调整。被控变量为空分装置内要求保持在预设范围内的工艺参数；操作变量为受本地控制器操作的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持在预设范围内并尽量靠近最优值的工艺参数；扰动变量为除操作变量外，作用于空分装置并引起被控变量变化的因素。被控变量包括以下任意一种或几种：温度、压力、流量、液位、组分。通讯模块与各个本地控制器分别通信连接，接收本地控制器实时采集的被控变量、操作变量和扰动变量的数值作为实时数据，传送至所述远程优化控制器并在数据存储模块中保存。预测控制模型以算法为基础，根据本次采集的实时数据和先前采集的历史数据预测所述被控变量的数值，根据该数值调整操作变量，并将被控变量反馈至控制模块。控制模块根据预测模块的反馈，生成用于调节空分装置运行的操作指令，通过通讯模块向本地控制器发送操作指令，通过本地控制器调节操作变量的值。通过调节所述操作变量的值来使得被控变量在当前及未来一段时间内保持在预设范围内并尽量靠近最优值，同时扰动变量的值发生变化会造成预测的被控变量的值的变化，为保证被控变量始终在预设范围内，操作变量将作出相应的调整。数据存储模块用于存储运行数据，运行数据包括通讯模块本次采集的实时数据和先前采集的历史数据。数据存储模块内还设置有被控变量的预设范围。

在一些实施例中，优化目标参数包括以下任意一种或几种：氧的提取率、氮的提取率、氩的提取率、气氧产品纯度、气氮产品纯度、气氩产品纯度。被控变量包括低压塔的氩馏分抽口氧含量、粗氩塔中部氧含量、空气膨胀机机前温度、氩组分等；操作变量包括气氧产品流量、进高压塔总空气流量、高压空气流量、膨胀空气量、粗氩液体流量；扰动变量包含液氮流量、中压氮气流量、气氧产品流量、气氩产品流量。

本发明提供的空分装置的控制系统的运行模式，包括优化模式和非优化模式，所述空分装置的控制系统能在优化模式和非优化模式之间切换运行。在所述优化模式中，所述本地控制器采集所述运行数据，根据所述远程优化控制器提供的操作指令，来调节所述空分装置的运行。在所述非优化模式中，所述本地控制器屏蔽来自远程优化控制器的操作指令，由所述本地控制器在本地独立调节所述空分装置的运行。在一些实施例中，所述本地控制器接收到所述远程优化控制器的操作指令后，就切换到由所述本地控制器在本地独立调节空分装置运行的非优化模式。在另一些实施例中，所述本地控制器根据所述远程优化控制器提供的操作指令，对空分装置的运行进行调节，并继续采集空分装置的运行数据发送给远程优化控制器进行下一步的优化；对优化模式循环执行，直至切换为由本地控制器在本地独立调节所述空分装置运行的非优化模式。

在空分装置的控制系统以优化模式运行的过程中，允许控制模块读取数据存储模块，在被控变量超过预设范围时，断开远程优化控制器与本地控制器的通信连接，由优化模式切换为安全模式，所述本地控制器直接控制所述空分装置。

在一些实施例中，调节所述空分装置的运行，至少包括对启动操作、停止操作、所有控制回路和安全联锁装置进行控制。启动操作、停止操作、所有控制回路和安全联锁装置保持在本地级别，由所述本地控制器控制。

在一些实施例中，所述远程优化控制器根据一个或多个本地控制器采集的运行数据来提供操作指令；所述远程优化控制器将操作指令，反馈给向其提供运行数据的本地控制器，或者反馈给与之通信连接的所有本地控制器。

如图2所示，本发明空分装置的控制系统的控制方法为：

远程优化控制器根据优化目标参数确定被控变量、操作变量和扰动变量，建立预测控制模型；

从本地控制器接收当前采集的实时数据，同时数据存储模块存储运行数据；

根据所述预测控制模型、历史数据和实时数据预测所述被控变量的数值，并反馈给控制模块；

所述控制模块根据预测模块的反馈，生成用于调节空分装置运行的操作指令；

所述操作指令经由所述通讯模块反馈至空分装置本地的本地控制器，并通过本地控制器调节所述操作变量的值；通过调节所述操作变量的值来使得被控变量在当前及未来一段时间内保持在预设范围内并尽量靠近最优值，同时扰动变量的值发生变化会造成预测的被控变量的值的变化，为保证被控变量始终在预设范围内，操作变量将作出相应的调整；

根据操作指令，来调节空分装置的运行。

综上所述，本发明提供的空分装置的控制系统及控制方法，通过一个远程优化控制器，控制位于不同位置的多个空分装置，降低了对操作人员专业能力的要求；在优化时能从整体上考虑若干空分装置之间的关联，使空分装置的平稳运行。同时，知识产权信息存储于远程优化控制器内，能够降低信息泄露的风险。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。