一种dcs防止误操作的方法

专利名称：一种dcs防止误操作的方法
技术领域：
本发明涉及一种集散控制系统(DCS)操作方法，特别是关于一种在先进控 制(APC)智能化组态技术领域中通过修改控制调节阀阀门开度的MV值(回路 输出值)防止集散控制系统误操作的方法。
背景技术：
在化工生产中，广泛使用DCS进行生产工艺的自动控制。在DCS系统中， 操作工对一回路DCS的MV值修改给定时，由于MV值线性控制调节阀的阀门开 度，因此在MV值不超出上、下界范围的情况下，DCS系统不会做任何判断而执 行(如图3所示)。现有技术是云天化公司所运用的采用输出高、低限进行卡边限 幅的控制方法，以便操作时不超出卡边限幅范围，保证操作安全。但是在输出高、 低限制范围内， 一次修改给定幅度则没有限制，这样在很多情况下，由于操作工 的不小心， 一次修改给定幅度过大，会给系统带来较大的超调，从而对系统安全 带来很大的危险，轻则造成系统停车，重则会造成安全事故。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以对一次给定MV值步长幅度进 行智能判断、安全可靠的DCS防误操作方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种集散控制系统防止误操作 的方法，其包括以下步骤步骤一、利用回归运算方法对边界值MZ/p M"和限 幅值MH、 ML进行计算在投入限幅开关之前，记下DCS参数中的初始设定上 界和下界的范围值为初始设定值，并依据工艺参照参数计算修正边界值上界范 围的边界值M/^:M/r-AV^4;下界范围的边界值M^:Mr + AV」，其中A是工 艺参照参数，尺p是修正系数，且i^可根据实际情况和经验设定；在限幅开关初次 投入时修改限幅最大值M7/ = exp(r +《-6。-ZvP);修改限幅最小值 M丄-exp(y-K-6Q-62尸)；步骤二、判断修改给定值(MV值)是否在受限范围内 当投入所述限幅开关时，如果所述MV值的设定幅度值大于所述上幅度范围值或 小于所述下幅度范围值时，则警报提示并且不执行，所述MV值保持为未给定增 幅前的给定原值，不启动计数器延时，返回初始状态；如果所述MV值的给定幅 度小于所述上幅度范围值或大于所述下幅度范围值，在受限幅度范围内时，所述 MV值为给定原值与步长增量之和，启动所述计数器，进入修正延时；当所述限幅开关断开后，则将所述上、下幅度范围值恢复到所述初始值M/T和Mi:';步骤
三、 判断所述计数器是否等于设定计数值，即判断是否达到修正延时的时间当 所述计数器值等于设定计数值时，也就是所述修正延时时间到时，进入边界值判 断；当所述计数器值不等于设定计数值时，也就是所述修正延时未到时间，返回 初始状态，重新执行命令，继续等待，直到所述计数器值等于设定计数值；步骤
四、 确定并且修正边界值M/^和MZ^:当所述计数器值等于设定计数值时，即所 述修正延时时间到时，先判断上边界值是否大于exp(r +《-6。-62P)，如果所述上 边界值大于e邓(y + i:-6。-62尸)，则修正给定幅度最大值为exp(7 +尺-6。-V3)，进 入下边界值判断；如果所述上边界值小于exp(r +尺-6。-&2i>)，则修正给定幅度最 大值为所述上边界值，进入下边界值判断，如果所述下边界值小于 exp(y-《-6。-ZvP)，则修正给定幅度最小值为exp(y-〖-6。-V )，所述计数器清 零；如果所述下边界值大于exp(7-《-6。-62P)，则修正给定幅度最小值为所述下 边界值，所述计数器清零后，返回初始状态。
所述集散控制系统采用流量特性具有对数特性的调节阀。
在一次所述上、下限幅范围内修改所述MV值后，再次修改所述MV值的时 间间隔为大于等于所述修正延时时间。
所述控制调节阀阀门开度的MV值与流量和阀门两端压力差利用回归运算方 法得到的数学方程式为MF = exp(y -6。 -62尸)
其中Y为流量，P为阔门两端压力差，6。和6,为常数。
在一次操作回路中，所述流量最大变化量小于等于工艺要求的回路流量最大 变化量，由此确定给定所述幅度最大值或给定所述幅度最小值的计算公式以及再 次修改所述MV值的时间间隔和所述边界值为修改限幅最大值 M// = exp(y+/:-6。-62尸)；修改限幅幅最小值M丄-exp(y-Z:-6。-62尸)；时间间隔T 可根据实际情况和经验设定；上界范围的边界值M/^-M/Z'-i^^;下界范围的 边界值M^:MZ' + ^d，其中A是工艺参照参数，i^是修正系数，且&可根据 实际情况和经验设定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用先进控 制、智能化操作判断和误操作拦截报警提示系统，因此使操作工的大部分误操作 被拦截，保障了生产的安全性，而且长周期生产，可以提高企业的经济效益。2、 本发明由于在对操作工一次修改给定MV值步长幅度进行智能判断，因此超幅度 范围过大则警报提示且不执行，不超幅度范围则只在ML MH幅度范围内执行， 并且当MV值达到上界M/^或下界M^范围时，则自动不能向上、下操作执行。3、本发明由于选用调节阀的流量特性由于具有等百分比特性(对数特性)，使系统调 节性能好，调节稳定。4、本发明由于MV值直接控制调节阀的开度，经多元线性 回归计算，得到流量Y与阀门开度和阀两端压差的关系式，在要求一次修改流量
最大变化量y^应^i: (K值由工艺技术人员确定)，计算出MV值的最大变化量， 从而计算出ML和MH上、下边界范围值M/^和MZ^，因此MZ^、 Mi^值可以根 据工艺系统控制参数A做动态修改。5、本发明由于DCS组态采用一限幅开关(即 软开关)控制操作，使防误操作组态的投入与撤出得到了有效控制，并且限幅开 关在未投入时自动记录原ML、 MH的值为M7/'和MZ/，投入撤出后恢复原来ML、 MH的值。6、本发明由于MV值操作改变后，启动计数器延时，延迟调节时间T 后，方可再次对MV值进行修改操作，并且自动修改ML、 MH的值，使幅度范围 跟踪变化。本发明可广泛应用于各种石油化工生产的DCS应用系统中。


图1是本发明的操作范围受限示意图
图2是本发明的以对数特性的调节阀为例的流量特性曲线图 图3是现有技术的系统操作范围示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
在DCS (集散控制系统)中，操作工通过一次修改给定MV值(回路输出值) 来控制调节阀的阀门开度，为了提高DCS的可靠性，避免误操作，本发明通过对 一次修改给定MV值的幅度进行智能判断，即对阀门开度进行智能判断，来防止 DCS误操作。
如图1所示，控制调节阀阀门开度的MV值的受限操作范围包括实线部分的 上、下界范围的边界值M/4、 M^，边界值M/Z,、 M^可以根据工艺系统控制参 数做动态修改，例如工艺参照参数A。距边界值M/7p M^的上、下边缘虚线部 分分别为上、下幅度范围值的系统初始值M/f'禾卩Mi/，距M/^和M^之间的上、下 阶梯实线分别为上幅度范围值MH和下幅度范围值ML，在幅度范围值MH和ML 之间的阶梯虚线为修改给定值MV。本发明要达到的效果是，当控制调节阀阀门 开度的MV值超过幅度范围ML MH时，则警报提示并且不执行；当控制调节阀 阀门开度的MV值不超过幅度范围ML MH时，则只在幅度范围ML MH内执 行；当控制调节阀阀门开度的MV值达到上边界值M/4或下边界值M4范围时， 则自动不能向上或向下操作执行。调节阀的流量特性是指在阀门两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀 的相对流量与它的开度之间的关系，由此，控制调节阀阀门开度的MV值，便可 利用调节阀的流量特性来控制流量的变化程度。调节阔依据其流量特性分为等百 分比特性(即对数特性)、线性特性和抛物线特性三种，根据不同的流量特性调 节阀也分为对应的三种，具体说明如下
对数特性调节阀对数特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的 每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百
分比是相等的。对数特性调节阀的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则 流量变化大，即在不同开度上，具有相同的调节精度。
线性特性调节阀线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的 变化所引起的流量变化是不变的。线性特性调节阀的优点是流量大时，流量相对 值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。
抛物线特性调节阀流量按行程的二次方成比例变化，大体上具有线性和对 数特性的中间特性。
从上述三种调节阀的特性可知，在调节性能上以对数特性调节阀为最优，其 调节稳定，调节性能好。因此，本发明利用对数特性调节阀的流量特性进行运算。 下面以甲醇生产系统大量使用的对数特性的调节阀流量特性曲线为例对本发明进 行详细说明。
如图2所示，纵轴代表流量Y值，横轴代表回路输出值即控制调节阀阀门开 度的MV值，由图2的曲线可以看出，对数特性的调节阀随着控制调节阀阀门开
度的MV值的增加，流量Y相对变化值恒定不变。因此如果对象在小负荷时波动
较大，应选用对数特性的调节阀对负荷波动的适应性较强。本发明采用具有对数 特性的调节阀。
控制调节阀阀门开度的MV值可根据调节阀的对数流量特性，近似认为与流 量Y值和调节阀两端压力差P密切相关，压力差P是阀前压力S与阀后压力尸2之 差，即尸=《-尸2，在实际生产中，若压力变化A^》A^，则可用^代替P，反之可 用g代替P;若压力变化AP趋进于零，则可以取消P变量，变成流量Y值与阀门 开度MV的一元方程式。通过多元线性回归法可推导出流量Y值、阀门开度MV 和压力差P三者之间的数学表达式，求出控制调节阀阀门开度的MV值给定值的 计算公式，并确定给定幅度最大值MH或给定幅度最小值ML的计算方法以及边 界值M&、 MZ^。实验法实现获取回归运算数据是在输出回路中，不断地给控制 调节阀阀门开度的MV值给定不同的幅度值，测定每次稳态后的流量Y与压差P，得出若干组数据进行回归运算；在实际生产过程中实现获取回归运算数据是通过 上位机opc服务器接口调用dcs的数据，对操作工的阀门开度控制调节阀阀门 开度的mv值给定操作进行分析记录，同时记下流量y与压差p，得出若干组数 据进行回归运算。利用回归运算方法可以在线测量，并且隔一段时间可以重新测 量计算，对计算回归公式进行修改。利用回归运算计算控制调节阀阀门开度的mv 值给定值具体包括以下几个步骤
i)建立流量y的多元线性回归数学模型设(i^i,,,...,;^,)， 化;z,2，…,a^2)，…，(n,…,;^)是n组测量数据，i;，…,j;是n个可能的测量
结果，则:
7=0
产o
其中A,…，A是未知参数，f,，…A相互独立，都服从正态分布A^0,一)， (T未 知，X。， =1 (i=l，…，n)。
本发明中取附=2，由于调节阀为对数特性，非线性化令z,ln(mf); z2=/>， p为调节阀两端压力差，则由上述公式推到可得随机流量y与一组变量z,…A的 关系式为
N5。+尽X,+…+仏+e
其中s是随机项服从正态分布A^o，一)。根据测量值，由上述公式推导可求出 未知参数A，…，A的估计值式，…,瓦，从而得到流量值y与变量^…^的线性回
归方程为;^i。 +我^ +…+ 4^。
2)根据流量y的最小二乘估计和正规方程对流量y的线性回归方程进行推导 验证
假设^Sfc-te)+AA +…+ AA)]2，贝^<formula>formula see original document page 8</formula>
整理可得:如果令:
<formula>formula see original document page 9</formula>'其中p、
p=l,...,n。则正规方程组可写为
<formula>formula see original document page 9</formula>
若将正规方程组写为矩阵形式为[X].[5]-[1^，其中[X]、 [5]和[li分别为:
<formula>formula see original document page 9</formula>
上式通过对矩阵[义]求逆，则有
间
正规方程组可有解，其解s-(;r，
<formula>formula see original document page 9</formula>
Y对于变量X的线性回归方程为
f 4 + i!x!+…+iA (i)
3)流量Y的相关性检验根据相关系数R值通过以下公式对流量Y的相关 性进行检验(工程上一般取i 》98)。
回归平方和为f/二l;fc-F丫；
残差平方和为2:tfc-《丫；
剩余标准差为s=ve/(n1);显著性检验为F=^，； 相关系数为i^V1-2/(2 + ")°
4)线性处理测取生产过程中的一组数据，通过多元回归运算，可以得出下 列方程式r = 6。+V^+62X2 ，其中《=ln(MK) ， Z2 = P ，展开得 r = 6。 +61ln(M" + 62JP ，因此得到控制调节阀阀门开度的MV值与流量Y和压差P 的数学方程式
MF = exp(y_60—^P) (2)
其中exp取指数。
由上述步骤l) 4)的分析计算，根据工艺系统的要求，在一次操作回路中 要求流量最大变化量AY应《K,K为工艺要求的回路流量最大变化量，并且K值 由工艺技术人员确定，因此可以确定给定的限幅最大值MH或给定的限幅最小值 ML的计算方法以及时间间隔T和边界值M7/p MA，贝U:
给定的限幅最大值= exp(y +《-6。 _ 62尸)；
给定的限幅最小值ML = exp(y -〖-6。 -62尸)；
时间间隔T可根据实际情况和经验设为6 60秒；
上界范围的边界值Mi/, = M/T -《p ";
下界范围的边界值= M丄'+《p ^ ，
其中A是工艺参照参数，Kp是修正系数，且《,可根据实际情况和经验设定。 在上述实施例中，本发明一次修改给定控制调节阀阀门开度的MV值的幅度
进行智能判断的具体操作步骤如下
步骤一、利用回归运算方法对边界值M仏、M^和限幅值MH、 ML进行计算
在投入限幅开关(即软开关)之前，记下DCS参数中的初始设定上界MH和下界
ML的范围值为MH'和M丄'，并依据工艺参照参数计算修正边界值M&和Mi^分别
为
上界范围的边界值= M//' - & . ^ ; 下界范围的边界值= M￡' + & ^ ，
其中A是工艺参照参数，S是修正系数，且i^可根据实际情况和经验设定。 在限幅开关初次投入时 修改限幅最大值M// = exp(r 62尸)；
修改限幅最小值M丄=exp(r - K - 6Q - 62尸)；
步骤二、判断修改给定值(MV值)是否在受限范围内当投入限幅开关时， 如果MV值的设定幅度值大于上幅度范围值MH或小于下幅度范围值ML时，DCS系统自动发出警报提示并且不执行，MV值保持为未给定增幅前的给定原值，不 启动计数器延时，返回初始状态；如果控制调节阀阀门开度的MV值的给定幅度 小于上幅度范围值MH或大于下幅度范围值ML，在受限幅度范围内时，控制调 节阀阀门开度的MV值为给定原值与步长增量AMK (也就是阀门开度修正量)之 和，启动计数器，进入修正延时。
当限幅开关断开后，则将上、下幅度范围值MH和ML恢复到初始值M/7'和
MZ/。
步骤三、判断计数器是否等于设定计数值，即判断是否达到修正延时T的时 间当计数器值等于设定计数值时，也就是修正延时T时间到时，进入边界值判 断；当计数器值不等于设定计数值时，也就是修正延时未到T时间，返回初始状 态，重新执行命令，继续等待，直到计数器值等于设定计数值。
步骤四、确定并且修正边界值M/^和M^:当计数器值等于设定计数值时， 即修正延时T时间到时，先判断上边界值M/^是否大于exp(r +《-6。-62JP)，如果 上边界值M/^大于exp(y +《-6。-，则修正给定幅度最大值MH为 exp(F + K-6。-V0 ，进入下边界值Mi^判断；如果上边界值M/^小于 exp(y + ^-6。-62"，则修正给定幅度最大值MH为上边界值M/^，进入下边界值 Mi^判断。如果下边界值M^小于exp(y-尺-6。-Z72户)，则修正给定幅度最小值ML 为exp(y-X-6。-ZvP)，计数器清零；如果下边界值M4大于exp(y-《-6。-62户)， 则修正给定幅度最小值ML为下边界值M^，计数器清零。计数器清零后，返回 初始状态。
由上述各实施例可以看出，本发明采用一限幅开关控制操作，限幅开关在未 投入时自动记录原上、下幅度范围值MH和ML为设定初始值M/Z'和Mr，限幅 开关投入撤出后恢复原来幅度范围值ML、 MH的值，使防误操作组态的投入与撤 出得到了有效控制。而且由于MV值操作改变后，可自动修改上、下幅度值MH 和ML的值，使限幅范围跟踪变化。
权利要求
1、一种集散控制系统防止误操作的方法，其包括以下步骤步骤一、利用回归运算方法对边界值MHk、MLk和限幅值MH、ML进行计算在投入限幅开关之前，记下DCS参数中的初始设定上界和下界的范围值为初始设定值，并依据工艺参照参数计算修正边界值上界范围的边界值MHk＝MH′-Kp·A；下界范围的边界值MLk＝ML′+Kp·A，其中A是工艺参照参数，Kp是修正系数，且Kp可根据实际情况和经验设定。在限幅开关初次投入时修改限幅最大值MH＝exp(Y+K-b0-b2P)；修改限幅最小值ML＝exp(Y-K-b0-b2P)；步骤二、判断修改给定值(MV值)是否在受限范围内当投入所述限幅开关时，如果所述MV值的设定幅度值大于所述上幅度范围值或小于所述下幅度范围值时，则警报提示并且不执行，所述MV值保持为未给定增幅前的给定原值，不启动计数器延时，返回初始状态；如果所述MV值的给定幅度小于所述上幅度范围值或大于所述下幅度范围值，在受限幅度范围内时，所述MV值为给定原值与步长增量之和，启动所述计数器，进入修正延时；当所述限幅开关断开后，则将所述上、下幅度范围值恢复到所述初始值MH′和ML′；步骤三、判断所述计数器是否等于设定计数值，即判断是否达到修正延时的时间当所述计数器值等于设定计数值时，也就是所述修正延时时间到时，进入边界值判断；当所述计数器值不等于设定计数值时，也就是所述修正延时未到时间，返回初始状态，重新执行命令，继续等待，直到所述计数器值等于设定计数值；步骤四、确定并且修正边界值MHk和MLk当所述计数器值等于设定计数值时，即所述修正延时时间到时，先判断上边界值是否大于exp(Y+K-b0-b2P)，如果所述上边界值大于exp(Y+K-b0-b2P)，则修正给定幅度最大值为exp(Y+K-b0-b2P)，进入下边界值判断；如果所述上边界值小于exp(Y+K-b0-b2P)，则修正给定幅度最大值为所述上边界值，进入下边界值判断，如果所述下边界值小于exp(Y-K-b0-b2P)，则修正给定幅度最小值为exp(Y-K-b0-b2P)，所述计数器清零；如果所述下边界值大于exp(Y-K-b0-b2P)，则修正给定幅度最小值为所述下边界值，所述计数器清零后，返回初始状态。
2、 如权利要求1所述的一种集散控制系统防止误操作的方法，其特征在于 所述集散控制系统采用流量特性具有对数特性的调节阀。
3、 如权利要求l所述的一种DCS防止误操作的方法，其特征在于在一次所述上、下限幅范围内修改所述MV值后，再次修改所述MV值的时间间隔为大于等于所述修正延时时间。
4、 如权利要求2所述的一种DCS防止误操作的方法，其特征在于在一次 所述上、下限幅范围内修改所述MV值后，再次修改所述MV值的时间间隔为大 于等于所述修正延时时间。
5、 如权利要求1或2或3或4所述的一种集散控制系统防止误操作的方法， 其特征在于所述控制调节阀阀门开度的MV值与流量和阀门两端压力差利用回 归运算方法得到的数学方程式为M^ = exp(y —6。—62尸)其中Y为流量，P为阀门两端压力差，6。和"为常数。
6、 如权利要求1或2或3或4所述的一种集散控制系统防止误操作的方法， 其特征在于在一次操作回路中，所述流量最大变化量小于等于工艺要求的回路 流量最大变化量，由此确定给定所述幅度最大值或给定所述幅度最小值的计算公 式以及再次修改所述MV值的时间间隔和所述边界值为修改限幅最大值M// = exp(y 62尸)；修改限幅幅最小值M￡ = exp(r-《-6。 -62尸)； 时间间隔T可根据实际情况和经验设定； 上界范围的边界值= M//' - ^ ^ ; 下界范围的边界值= M丄'+《p ^ ，其中A是工艺参照参数， 是修正系数，且/^可根据实际情况和经验设定。
7、 如权利要求5所述的一种集散控制系统防止误操作的方法，其特征在于 在一次操作回路中，根据工艺系统的要求，所述流量最大变化量小于等于工艺要 求的回路流量最大变化量，由此确定给定所述幅度最大值或给定所述幅度最小值 的计算公式以及再次修改所述MV值的时间间隔和所述边界值为修改限幅最大值M// = exp(r +〖-6Q - 62P); 修改限幅幅最小值ML = exp(r-K -6。 -62P); 时间间隔T可根据实际情况和经验设定； 上界范围的边界值= M//' - & .山 下界范围的边界值M4 - M丄'+ Zp ■ X ，其中A是工艺参照参数，Zp是修正系数，《p可根据实际情况和经验设定。
全文摘要
本发明涉及一种集散控制系统防止误操作的方法，其包括以下步骤步骤一、利用回归运算方法对边界值MH_k、ML_k和限幅值MH、ML进行计算在投入限幅开关之前，记下DCS参数中的初始设定上界和下界的范围值为初始设定值；步骤二、判断修改给定值(MV值)是否在受限范围内；步骤三、判断所述计数器是否等于设定计数值，即判断是否达到修正延时的时间；步骤四、确定并且修正边界值MH_k和ML_k。本发明由于采用先进控制、智能化操作判断和误操作拦截报警提示系统，因此使操作工的大部分误操作被拦截，保障了生产的安全性，而且长周期生产，可以提高企业的经济效益。本发明可广泛应用于各种石油化工生产中。
文档编号G05B19/418GK101446829SQ20081024737
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者慧 王 申请人:中国海洋石油总公司;中海石油化学股份有限公司;中海石油天野化工股份有限公司