一种加热炉监控系统评价方法
【专利摘要】一种加热炉监控系统评价方法：确定评判加热炉控制系统性能等级评判标准的评判值；从加热炉本体、产品质量、安全三个方面确定评价加热炉监控系统的指标，建立加热炉监控系统控制效果的评判值标准；利用层次分析法建立被评监控系统评价指标的判断矩阵，确定加热炉监控水平指标的权向量；通过对加热炉监控系统运行数据的统计分析，逐个量化评价指标集中的各个评价指标，得到评价值，建立评价指标关系矩阵；将权向量与评价指标关系矩阵进行合成，得到综合评价结果向量；对综合评价结果向量进行综合分析，得到总体的综合评判分值，对比已给出的控制性能等级评判标准的评判值，判定被评价加热炉控制系统性能等级。本发明提高了加热炉监控系统综合评价的可操作性。
【专利说明】一种加热炉监控系统评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种加热炉监控系统。特别是涉及一种具有量化评价指标的加热炉监 控系统评价方法。
【背景技术】
[0002] 加热炉控制系统是典型的复杂工业过程控制系统，具有时变、非线性、多变量、强 耦合、大惯性兼滞后等特点，针对这些复杂的因素，采用普通的PID控制算法很难达到控制 要求。炉内热交换机理不仅包括辐射传热和对流传热，还有很多随机指标，如燃烧气热值的 波动等。针对这些复杂的指标，控制系统需要获取大量加热炉运行参数。
[0003] 在过程控制中，控制器的性能会随着时间逐渐退化，影响DCS控制系统的功能，从 而降低生产效率、增大操作成本，严重时还会引起安全问题。据统计，目前在工业过程控制 中普遍采用的PID控制回路有60%左右存在性能缺陷，其中有些问题可通过参数调整来解 决，而另一些问题只能通过采用新的控制策略或者硬件改造来改善。
[0004] 据调查，国内炼化企业尚未有较好的针对加热炉监控系统的评价方法，目前较流 行的模糊综合评价方法是采用专家评分的方式，此方式易受人为因素带来的影响产生偏 差，且操作性不强。
[0005] 因此，对加热炉监控系统运行状况进行分析，对存在的问题早识别，过程控制工程 师和工艺操作人员则可以针对控制性能的潜在问题采取相应措施。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种排除了人为因素导致的偏差，具有评价 的准确性和可操作性的加热炉监控系统评价方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种加热炉监控系统评价方法，包括如下步骤：
[0008] 1)确定评判加热炉控制系统性能等级评判标准的评判值V ;
[0009] 2)从加热炉本体、产品质量、安全三个方面确定评价加热炉监控系统的指标，建立 加热炉监控系统控制效果的评判值标准；
[0010] 3)利用层次分析法建立被评监控系统评价指标的判断矩阵，确定加热炉监控水平 指标的权向量A ;
[0011] 4)通过对加热炉监控系统运行数据的统计分析，逐个量化评价指标集U中的各个 评价指标U i，得到评价值ri，建立评价指标关系矩阵R ;
[0012] 5)将权向量A与评价指标关系矩阵R进行合成，得到综合评价结果向量B ;
[0013] 6)对综合评价结果向量B进行综合分析，得到总体的综合评判分值，对比步骤1) 给出的控制性能等级评判标准的评判值V，判定被评价加热炉控制系统性能等级。
[0014] 步骤1)所述的加热炉控制系统性能等级评判标准分为：好、一般和差三个等级， 其中，评判值V设定如下：
[0015] 好的评判值V = 0. 75?1，一般的评判值V = 0. 4?0. 75,差的评判值V = 0? 0· 4。
[0016] 其特征在于，步骤2)所述的加热炉监控系统控制效果的评判值标准，是针对加热 炉监控系统的18个指标，建立评价指标集U = Iu1, u2, U3......u18} = {炉膛温度监测、燃料 气压力监控、燃料气温度监控、燃料气热值监控、热空气流量监控、炉膛负压监控、氧含量监 控、一氧化碳监控、排烟温度监控、鼓风机出口压力监控、引烟机出口压力监控、烟道挡板开 度监控、支路进料流量监控、支路进料温度监控、支路进料辅助控制、物料出口温度控制、炉 管表面温度监测、火焰监控}。
[0017] 步骤3)是通过对加热炉监控系统运行数据的统计分析，逐个量化评价指标集U中 的各个评价指标U i，建立评价指标关系矩阵R，合成综合评价结果向量，得到评判值V，确定 加热炉监控系统的性能等级。
[0018] 步骤4)还根据加热炉监控系统评价指标集中的不同属性，将评价指标Ui分为单 纯监测和控制两个部分，量化各个评价指标U i。
[0019] 单纯监测部分评价指标的评价值ri确定方法：
[0020] (1)评价值A取值范围0彡A彡1 ;
[0021] (2)通过统计分析现场仪表运行数据，求出稳定负荷下各指标Ui的均值和标准差 以及最大值和最小值，做出U i对应的偏差数据的频度直方图；
[0022] (3)对应相应的直方图，若所述的直方图形状近似正态分布，则0. 6彡&彡1，评价 值^的值根据所述直方图的峰度确定，峰度值kurtosis = 3时为正态分布，若峰度值< 3， 则取0· 9彡&彡1 ;若峰度值>3,则取0· 6彡&〈0· 9 ;
[0023] (4)对应相应的直方图，若所述的直方图分散，则取& = 0 ;
[0024] (5)对于炉膛温度值方差，统计分析温度传感器同一时间段的样本值的方差，若相 近，则0.9彡&彡1 ;
[0025] (6)评价指标Ui下有多个传感器时，则取平均值作为ri的具体值。
[0026] 控制部分评价指标的评价值1^确定方法：控制回路未投用的，^值取零；控制回路 投用的，控制回路的评价值^是通过最小方差法得到的，定义 ri= Ilmv, Jlmv是最小方差控 制基准。
[0027] 步骤5)是利用加权平均M( ·，Θ )模糊合成算子将权向量A与评价指标关系矩 阵R组合成得到各被评实物的综合评价结果向量B = A · R。
[0028] 本发明的一种加热炉监控系统评价方法，显著优点是确定了评价加热炉监控系统 性能等级基准，借鉴模糊综合评价法的理念，有针对性地确定了反映加热炉监控系统水平 的18个综合评价指标，采用层次分析法对指标的权重进行确定；根据加热炉监控系统评价 指标的不同属性，将评价指标分为单纯监测和控制两个部分，通过对加热炉监控系统运行 数据的统计分析，采用不同方法逐个量化每个评价指标，建立评价指标关系矩阵，排除了人 为因素导致的偏差，增加了评价的准确性和可操作性。本发明针对加热炉特性，建立加热炉 监控系统评价指标集，提高了加热炉监控系统评价的准确性，通过量化评价指标，提高了加 热炉监控系统综合评价的可操作性。本发明的方法设计合理，实用性强，为加热炉监控系统 的稳定运行提供了很好的技术和数据支持，为进一步加热炉监控系统参数整定、系统稳定 等的分析提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是本发明方法的流程图；
[0030] 图2是本发明加热炉监控系统评估评价层次图；
[0031] 图3是本发明加热炉监控系统量化单项监测指标曲线图；
[0032] 图4a是本发明加热炉监控系统量化单项控制的一个控制器运行数据变化的自相 关图；
[0033] 图4b是本发明加热炉监控系统量化单项控制的一个控制器运行数据变化的偏相 关图；
[0034] 图5是本发明中确定权重的图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合实施例和附图对本发明的一种加热炉监控系统评价方法做出详细说明。
[0036] 本发明的一种加热炉监控系统评价方法，根据炼化企业加热炉监控水平管理实际 状况，借鉴模糊综合评价法的理念，提出一种加热炉监控系统的评价方法，量化评价指标， 提高了评价的准确性和操作性。以此方法可对加热炉监控系统运行状况进行分析，对存在 的问题早识别，有利于及时提出行之有效的优化改进方案，以指导过程控制工程师和工艺 操作人员针对控制性能的潜在问题采取相应措施。经过在实际生产中的应用，表明本发明 的方法设计合理、可操作性强，适合推广应用。
[0037] 如图1所示，本发明的一种加热炉监控系统评价方法，具体包括如下步骤：
[0038] 1)确定评判加热炉控制系统性能等级评判标准的评判值V ;
[0039] 查阅国内外相关文献，炼化企业加热炉监控系统性能遵循正态分布规则，将所述 的加热炉控制系统性能等级评判标准分为：好、一般和差三个等级，其中，评判值V设定如 下：
[0040] 好的评判值V = 0. 75?1，一般的评判值V = 0. 4?0. 75,差的评判值V = 0? 0. 4 ;如下表1 :
[0041] 表 1
[0042]
【权利要求】
1. 一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 确定评判加热炉控制系统性能等级评判标准的评判值V; 2) 从加热炉本体、产品质量、安全H个方面确定评价加热炉监控系统的指标，建立加热 炉监控系统控制效果的评判值标准； 3) 利用层次分析法建立被评监控系统评价指标的判断矩阵，确定加热炉监控水平指标 的权向量A; 4) 通过对加热炉监控系统运行数据的统计分析，逐个量化评价指标集U中的各个评价 指标Ui，得到评价值建立评价指标关系矩阵R; 5) 将权向量A与评价指标关系矩阵R进行合成，得到综合评价结果向量B; 6) 对综合评价结果向量B进行综合分析，得到总体的综合评判分值，对比步骤1)给出 的控制性能等级评判标准的评判值V，判定被评价加热炉控制系统性能等级。
2. 根据权利要求1所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，步骤1)所述的 加热炉控制系统性能等级评判标准分为：好、一般和差H个等级，其中，评判值V设定如下： 好的评判值V= 0. 75?1，一般的评判值V= 0. 4?0. 75,差的评判值V= 0?0. 4。
3. 根据权利要求1所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，步骤2)所述的 加热炉监控系统控制效果的评判值标准，是针对加热炉监控系统的18个指标，建立评价指 标集U= {ui，U2，U3……UiJ= {炉膛温度监测、燃料气压力监控、燃料气温度监控、燃料气 热值监控、热空气流量监控、炉膛负压监控、氧含量监控、一氧化碳监控、排烟温度监控、鼓 风机出口压力监控、引烟机出口压力监控、烟道挡板开度监控、支路进料流量监控、支路进 料温度监控、支路进料辅助控制、物料出口温度控制、炉管表面温度监测、火焰监控}。
4. 根据权利要求1所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，步骤3)是通过 对加热炉监控系统运行数据的统计分析，逐个量化评价指标集U中的各个评价指标Ui，建立 评价指标关系矩阵R，合成综合评价结果向量，得到评判值V，确定加热炉监控系统的性能 等级。
5. 根据权利要求1所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，步骤4)还根据 加热炉监控系统评价指标集中的不同属性，将评价指标Ui分为单纯监测和控制两个部分， 量化各个评价指标Ui。
6. 根据权利要求5所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，单纯监测部分 评价指标的评价值确定方法： (1) 评价值r;取值范围0《r;《1 ; (2) 通过统计分析现场仪表运行数据，求出稳定负荷下各指标Ui的均值和标准差W及 最大值和最小值，做出Ui对应的偏差数据的频度直方图； (3) 对应相应的直方图，若所述的直方图形状近似正态分布，则0. 6《ri《1，评价值 的值根据所述直方图的峰度确定，峰度值kuKosis= 3时为正态分布，若峰度值《3,则 取0. 9《r;《1;若峰度值〉3,则取0. 6《ri<0. 9; (4) 对应相应的直方图，若所述的直方图分散，则取r, = 0 ; (5) 对于炉膛温度值方差，统计分析温度传感器同一时间段的样本值的方差，若相近， 则0. 9《r;《1 ; (6) 评价指标Ui下有多个传感器时，则取平均值作为的具体值。
7. 根据权利要求5所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，控制部分评价 指标的评价值r,确定方法；控制回路未投用的，r,值取零；控制回路投用的，控制回路的评 价值r,是通过最小方差法得到的，定义ri=nmY，是最小方差控制基准。
8. 根据权利要求1所述的一种加热炉监控系统评价方法，其特征在于，步骤5)是利用 加权平均M( ?，? )模糊合成算子将权向量A与评价指标关系矩阵R组合成得到各被评实 物的综合评价结果向量B=A?R。
【文档编号】G05B23/02GK104460653SQ201410594863
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】黄卫东, 李涛, 孙全胜, 李洪涛, 荆瑞静, 郭拂娟, 高丽岩, 张林浩, 李锐, 杨佩佩 申请人:中国石油化工股份有限公司