针对快速变化系统的预测控制系统及其控制方法与流程

本技术应用于针对工况快速变化的工艺过程的控制系统，尤其涉及针对快速变化系统的预测控制系统及其控制方法。

背景技术：

常规控制系统中，控制逻辑通常是固定的，每个控制回路都是固定的，当工艺系统发生变化时，只是控制参数调整，控制回路本身没有变化，即控制逻辑不变。对于一般工艺系统的运行是没有问题的。但是，工艺系统运行的控制是基于对系统工艺参数进行检测，并由控制逻辑分析计算，给出指令反馈，驱动调节手段来完成，当工艺系统本身工况快速变化，当调节手段还未发挥作用时，系统的工况就可能发生变化，造成调节手段失效或引起系统震荡，使系统不能稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供针对快速变化系统的预测控制系统及其控制方法，要解决现有技术常规控制系统不能有效完成调节工作的技术问题；并解决现有技术的调节手段易于失效的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

针对快速变化系统的预测控制系统，其特征在于：包括现场设备、控制系统和用于现场设备和控制系统之间进行信号传输的信号电缆；

所述控制系统包括io卡件、dpu控制器、控制策略选择器和控制策略转换器，所述io卡件用于采集现场设备信号的并把采集的信号输送至dpu控制器，所述dpu控制器用于对io卡件采集的信号进行分析，并把分析结果传输至控制策略选择器，所述控制策略选择器用于根据系统变化级别和分类针对性编写不同的控制策略，且根据dpu控制器传输的信号选择合适的控制策略，并传输至控制策略转换器，所述控制策略转换器将控制策略转换为控制系统内部的控制逻辑并驱动现场设备运行。

进一步优选地，所述现场设备包括测量仪表、执行机构和工艺设备。

进一步地，所述测量仪表包括温度测量计、压力测量计、液位传感器和水流量传感器。

进一步地，所述执行机构包括开关、阀门和调节阀门。

进一步地，所述工艺设备包括泵和风机。

进一步地，所述系统变化级别为设备运行状态变化的变态方式的分级。

此外，所述系统变化级别分为设备运行状态变化慢、设备运行状态变化较慢、设备运行状态变化中、设备运行状态变化较快和设备运行状态变化快。

更加优选地，所述控制系统为dcs控制系统或plc控制系统。

针对快速变化系统的预测控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤一、程序固化：对整个快速变化系统的预测控制系统的进行延时估算，所述延时估算为对整个快速变化系统的预测控制系统的反应延时进行估算，对设备的的运行状态的变化进行分级，根据系统变化级别进而分类在控制策略选择器中针对性编写不同的控制策略，并将控制策略固化在控制策略转换器内；

步骤二、程序实现：所述现场设备的现场数据和现场设备的运行状态的数据传输至控制系统，所述控制系统的io卡件对数据进行采集后，传输至dpu控制器，dpu控制器对数据进行分析后传输至控制策略选择器，控制策略选择器选择合适的控制策略并传输至控制策略转换器，控制策略转换器将控制策略转换为控制系统内部的控制逻辑并驱动现场设备运行；

步骤三、程序运行循环：所述现场设备接收来自控制设备的运行后产生新的运行方式，新的运行方式产生新的运行数据并进入控制系统，再次执行步骤二，如此进入新的循环；

步骤四、系统修正：对步骤一中的延时估算的时间与快速变化系统的预测控制系统实际延时时间进行对比，分析对比后的数据结果并对控制策略进行修正。

进一步优选地，还包括步骤五，根据系统结果再次调整控制策略和参数，使其更完善的实现系统控制功能。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明只要对工艺系统熟悉并进行理论分析后即可在常规控制系统的基础上完成改造。本技术适应性强，可用于各种不同工艺流程的自动控制系统。

本发明不替换和修改原有控制系统，只针对工艺系统快速变化的工况进行特殊控制，所以安全性高，不会影响原有系统的稳定性和其他工艺特性。

本发明能够根据设备运行状态的状态变化进行快速反应，使整个系统能够快速达到新的平衡。

本发明具有安全、适用等特点，有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明针对快速变化系统的预测控制系统的结构示意图；

图2为本发明涉及的具体实施方式的控制策略与系统变化级别的对应图示。

附图标记：1-现场设备；2-控制系统；21-io卡件；22-dpu控制器；23-控制策略选择器；24-控制策略转换器；3-信号电缆；4-现场设备；41-测量仪表；42-执行机构；43-工艺设备。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

针对快速变化系统的预测控制系统，如图1所示，包括现场设备1、控制系统2和用于现场设备1和控制系统2之间进行信号传输的信号电缆3；

控制系统2包括io卡件21、dpu控制器22、控制策略选择器23和控制策略转换器24，io卡件21用于采集现场设备1信号的并把采集的信号输送至dpu控制器22，dpu控制器22用于对io卡件21采集的信号进行分析，并把分析结果传输至控制策略选择器23，控制策略选择器23用于根据系统变化级别和分类针对性编写不同的控制策略，且根据dpu控制器22传输的信号选择合适的控制策略，并传输至控制策略转换器24，控制策略转换器24将控制策略转换为控制系统2内部的控制逻辑并驱动现场设备1运行。

现场设备4包括测量仪表41、执行机构42和工艺设备43；测量仪表41包括温度测量计、压力测量计、液位传感器和水流量传感器；执行机构42包括开关、阀门和调节阀门；工艺设备43包括泵和风机；系统变化级别为设备运行状态变化的变态方式的分级；系统变化级别分为设备运行状态变化慢、设备运行状态变化较慢、设备运行状态变化中、设备运行状态变化较快和设备运行状态变化快；控制系统2为dcs控制系统或plc控制系统。

针对快速变化系统的预测控制系统的控制方法，包括以下步骤

步骤一、程序固化：选定工艺系统，对工艺系统的工艺参数进行分析，对整个快速变化系统的预测控制系统的进行延时估算，延时估算为对整个快速变化系统的预测控制系统的反应延时进行估算，对设备的的运行状态的变化进行分级，根据系统变化级别进而分类在控制策略选择器中针对性编写不同的控制策略，每种分级对应一种控制策略，并将控制策略固化在控制策略转换器24内；

步骤二、程序实现：现场设备1的现场数据和现场设备的运行状态的数据传输至控制系统2，控制系统2的io卡件21对数据进行采集后，传输至dpu控制器22，dpu控制器22对数据进行分析后传输至控制策略选择器23，控制策略选择器23选择合适的控制策略并传输至控制策略转换器24，控制策略转换器24将控制策略转换为控制系统2内部的控制逻辑并驱动现场设备1运行；

步骤三、程序运行循环：现场设备1接收来自控制设备2的运行后产生新的运行方式，新的运行方式产生新的运行数据并进入控制系统2，再次执行步骤二，如此进入新的循环；

步骤四、系统修正：对步骤一中的延时估算的时间与快速变化系统的预测控制系统实际延时时间进行对比，分析对比后的数据结果并对控制策略进行修正。

步骤五，根据系统结果再次调整控制策略和参数，使其更完善的实现系统控制功能。

表1.传统控制策略与本发明的优劣对比

具体实施例

在“二级循环无浆池双循环脱硫除尘超低排放”技术中，采用了无浆池双循环脱硫系统，与常规单塔双循环和双塔双循环脱硫工程相比，最显著的区别就是没有二级塔浆池或浆液缓冲箱，仅用集液管作为收集浆液的装置，因集液管存液量小，缓冲能力有限，对运行的稳定性和系统的快速反应能力要求非常高。在此控制系统的设计过程中，使用了针对快速变化系统的预测控制，将系统分为“慢、较慢、中、较快、快”五个情况考虑，如图2所示，图中液位快速升高对应的是“快”，液位正常变化对应的是“中”，液位快速下降对应的是“快”，分别对应系统负荷变化引起的烟气量变化时，脱硫补充水量与烟气带液量不匹配而引起的集液管液位变化。在设定集液管液位高中低位设定的同时首次引入了“变化率”的概念，使系统针对不同工况能够快速反应，根据工艺系统在“慢、较慢、中、较快、快”五个不同工况所应采取的应对措施设计控制策略于常规控制逻辑一起编入dcs控制系统中命名，每种工况变化对应一种控制策略，在图2中，例如液位快速升高对应对应的是降低补水间隔，调节附属系统，液位正常变化对应的控制策略是常规控制策略，液位快速下降对应的是增开补水门，调整系统出力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。