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基于WinCC和OPC的硫酸串酸多变量模型预测控制实现研究

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基于WinCC和OPC的硫酸串酸多变量模型预测控制实现研究

作者：胡兴亮昆明理工大学

学位级别：硕士

多变量模型预测控制在保证产品质量、提高产品产量、降低生产成本、减少环境污染等方面具有独特的优势,对企业提高经济效益,增强自身的竞争力都有极大的促进作用,已成为自动化领域研究的热点。在铜冶炼过程中,转炉、艾萨炉、电炉会产... 详细信息

多变量模型预测控制在保证产品质量、提高产品产量、降低生产成本、减少环境污染等方面具有独特的优势,对企业提高经济效益,增强自身的竞争力都有极大的促进作用,已成为自动化领域研究的热点。在铜冶炼过程中,转炉、艾萨炉、电炉会产生大量的烟气,由于烟气中含有大量的SO,如果直接排放,将会污染环境,而且还浪费了资源。为了保护环境和回收利用烟气中的SO资源,需要通过烟气制备硫酸工艺过程进行处理,一是可以获得重要的化工原料硫酸;二是可以净化尾气,实现达标排放,达到保护环境的目的。云铜硫酸分厂利用铜冶炼中烟气制备硫酸,其工艺采用稀酸洗涤、半封闭净化、二转二吸流程。由于铜冶炼烟气波动较大,给硫酸生产过程的控制造成一定的难度。本论文针对硫酸生产过程中干吸串酸具有强耦合、大滞后、干扰多的特点,选用应用广泛的预测控制技术中的动态矩阵控制DMC(Dynamic MatrixControl)作为其控制算法。首先在深入分析DMC控制原理以及获得干吸串酸模型的基础上,开发了VC下的串酸过程DMC算法软件并进行了仿真研究,验证了DMC算法具有较好的控制效果;为了更好的将该算法应用于工程实际,结合过程控制领域中另一项新技术——OPC(OLE for Process Control)技术的优势,又开发了基于OPC技术的VC客户端多变量模型预测控制算法模块,并实现了与WinCC6.0应用软件之间的数据通信。论文的研究具有较强的工程背景,所开发的应用软件人机交互友好,具有一定的实用性和推广价值。

关键词：硫酸串酸多变量模型预测控制 Visual C++仿真 OPC技术 WinCC6.0

基于模型预测控制的480 t/h循环流化床锅炉先进过程控制技术的应用

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自动化应用 2024年第15期65卷 114-118,122页

作者：张鹏军郑宏锋王开禹訾旭华解利军段锋内蒙古伊泰煤炭股份有限公司内蒙古鄂尔多斯017000 内蒙古伊泰煤基新材料研究院有限公司内蒙古鄂尔多斯017010 上海福克斯波罗有限公司北京分公司北京100102 内蒙古伊泰化工有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017400

循环流化床(CFB)锅炉因其燃烧适应好、燃烧效率高、负荷调节范围广、燃烧污染物排放量低等优点而被广泛应用。但由于循环流化床锅炉非线性、强耦合和大滞后严重,常规PID控制很难实现高效稳定的控制。针对循环流化床锅炉控制的复杂性,引... 详细信息

循环流化床(CFB)锅炉因其燃烧适应好、燃烧效率高、负荷调节范围广、燃烧污染物排放量低等优点而被广泛应用。但由于循环流化床锅炉非线性、强耦合和大滞后严重,常规PID控制很难实现高效稳定的控制。针对循环流化床锅炉控制的复杂性,引入模型预测先进控制技术,基于ARX模型与FIR模型,通过多变量控制矩阵模型实时对循环流化床锅炉状态进行动态预测和优化控制。经验证,该技术提高了装置的运行稳定性及锅炉的平均燃烧效率,使单位煤高压蒸汽产出率提升了0.6%,节约了能源消耗,减少了CO_(2)的排放。

关键词：循环流化床锅炉 APC先进控制 ARX模型 FIR模型多变量模型预测控制节能减排

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重油催化装置先进控制策略及应用

计算机与应用化学 2004年第1期21卷 55-59页

作者：房韡邱建章青红英杨富洲余致刚石油化工科学研究院北京100083 中国石化股份公司荆门分公司荆门448039

荆门80万吨/年重油催化装置使用了Honeywell 先进控制软件,将多变量模型预测控制(MPc)技术应用于工业重油催化裂化装置的过程控制,有助于提高装置的稳定操作以及优化操作。根据实际情况设计了反再控制器、分馏控制器、吸收稳定控制器,... 详细信息

荆门80万吨/年重油催化装置使用了Honeywell 先进控制软件,将多变量模型预测控制(MPc)技术应用于工业重油催化裂化装置的过程控制,有助于提高装置的稳定操作以及优化操作。根据实际情况设计了反再控制器、分馏控制器、吸收稳定控制器,确定了较为合理的控制策略,实践表明先进控制的应用取得了明显的经济效益。

关键词：重油催化裂化装置控制策略多变量模型预测控制在线工艺先进控制软件

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模型预测控制在钠氨合成工艺上的应用研究

化工自动化及仪表 2010年第10期37卷 33-36页

作者：宋成照杜方涛许向阳赵忠明北京理工大学自动化学院北京100081 阿拉善盟泰兴泰丰化工有限公司内蒙古乌海016040

基于钠氨合成连续化生产工艺,从化学反应机理出发,建立钠氨塔式反应器动态机理模型。并对模型进行动态分析,对多变量非线性模型进行集总化、线性化处理。推广单变量模型预测控制到多变量模型预测控制,对反应器温度进行控制。通过仿真比... 详细信息

基于钠氨合成连续化生产工艺,从化学反应机理出发,建立钠氨塔式反应器动态机理模型。并对模型进行动态分析,对多变量非线性模型进行集总化、线性化处理。推广单变量模型预测控制到多变量模型预测控制,对反应器温度进行控制。通过仿真比较,验证了MPC控制算法比PID控制具有更好的控制效果。

关键词：塔式反应器线性化多变量模型预测控制 PID

多变量预测控制在空分装置自动变负荷中的应用

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化工自动化及仪表 2009年第4期36卷 64-67,79页

作者：李华银赵均徐祖华浙江大学控制科学与工程系工业控制技术国家重点实验室杭州310027

针对空分装置变负荷过程的控制要求,提出一种实现自动变负荷功能的多变量预测控制策略。该策略以模型预测控制技术为核心解决了工艺参数间的强耦合问题,满足了大范围变负荷所引起的过程非线性控制要求,保证空分装置自动变负荷操作的品... 详细信息

针对空分装置变负荷过程的控制要求,提出一种实现自动变负荷功能的多变量预测控制策略。该策略以模型预测控制技术为核心解决了工艺参数间的强耦合问题,满足了大范围变负荷所引起的过程非线性控制要求,保证空分装置自动变负荷操作的品质与速度。详述了该策略的技术结构、工艺控制方案以及系统实施,实际运行情况表明了该策略的有效性。

关键词：自动变负荷空分装置多变量模型预测控制

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电热连续结晶机多变量预测控制算法研究

电热连续结晶机多变量预测控制算法研究

作者：王勇昆明理工大学

学位级别：硕士

多变量模型预测控制产生于20世纪70年代工业过程控制领域,经过30多年的发展,已经成为当今最受欢迎的先进控制算法并在实际工业应用中取得了丰硕的成果。电热连续结晶机自从投产以来至今仍然依靠人工操作和控制的半机械化态,导致产品的... 详细信息

多变量模型预测控制产生于20世纪70年代工业过程控制领域,经过30多年的发展,已经成为当今最受欢迎的先进控制算法并在实际工业应用中取得了丰硕的成果。电热连续结晶机自从投产以来至今仍然依靠人工操作和控制的半机械化态,导致产品的产量和质量的不稳定。电热连续结晶机的各段喷水量是影响槽内温度梯度的重要因素,而温度梯度保持在一定的范围又是保证产品质量的前提和关键。如果单纯的依靠工人的现场经验来调节喷水量势必导致自动化水平低下,生产效率不高,而且会造成能源消耗的增加。因此,本论文开展了基于动态矩阵控制(DMC)算法的电热连续结晶机温度梯度多变量模型预测控制研究。论文首先简述了多变量预测控制发展与应用,并分析了电热连续结晶机的工作机理和动态特性;在已经获得的电热连续结晶机的动态机理数学模型的基础上,进行了飞升曲线获取的试验,依次获得了结晶机各段温度的传递函数,进而得到了多变量预测控制中所需的预测模型(动态矩阵控制的传递函数矩阵);最后重点进行了电热连续结晶的多变量模型控制算法研究,并采用MATLAB7.8作为开发环境,对所研究的多变量模型预测控制算法进行了仿真研究,结果表明对电热连续结晶机实施预测控制的效果是令人满意的。本论文的研究具有一定的实用性,可对今后实现电热连续结晶机的自动化奠定一定的基础。

关键词：电热连续结晶机多变量模型预测控制 DMC 温度梯度 MATLAB仿真

燃烧后CO2捕集系统建模与优化控制技术研究

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燃烧后CO2捕集系统建模与优化控制技术研究

作者：张文钊兰州理工大学

学位级别：硕士

以CO为主的温室气体排放导致的全球气候变暖、海平面上升等一系列生态问题日益恶化,在节能减排、绿色发展的背景下,对依赖化石燃料发电的电厂采取碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术正成为一种有效... 详细信息

以CO为主的温室气体排放导致的全球气候变暖、海平面上升等一系列生态问题日益恶化,在节能减排、绿色发展的背景下,对依赖化石燃料发电的电厂采取碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术正成为一种有效的减排措施和技术。其中基于单乙醇胺溶剂(Mnoethanolamine,MEA)溶液的燃烧后CO捕集(Post-Combustion CO Capture,PCC)是公认的高效碳捕集技术之一。关于PCC系统的建模和优化控制的相关研究也日益成为热点,该系统有着非线性、大惯性、多变量间强耦合的特性,且操作运行成本和能耗较高。熟悉PCC系统的工艺流程、正确掌握PCC系统的动态特性变化规律,采用先进优化控制策略对保证系统灵活运行,进行节能减排,走绿色低碳的可持续发展道路具有重要意义。基于以上背景,本文主要研究内容包括:(1)根据PCC系统的动力学行为描述进行稳态设计,基于Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics软件搭建了完整的PCC系统模型。在此模型基础上,通过在典型工况点下进行烟气流量和烟气含量阶跃响应测试来获得输入输出实验数据,定性的分析了该系统的动态特性以及其主要变量间的变化规律。(2)针对因PCC系统受到烟气波动影响CO捕集效率的问题,本文提出了DMC-PID串级控制策略。首先利用输入输出数据实施子空间辨识法得到控制器设计的系统模型,然后在控制系统中使用PID控制器作为内环来快速消除烟气干扰,外环采用DMC控制器实现在约束条件下对贫液流量进行优化调节,实现PCC系统优化高效运行。通过仿真验证了DMC-PID串级控制策略应用到PCC系统时,在实现优化运行的情况下,具有超调量小、稳态误差小和反应时间短等良好的动态性能。(3)针对PCC系统的运行要求及其多变量间的耦合特性,本文对该系统应用多变量模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)策略,首先选择系统的三个典型工况点模型,并对每个线性化模型分别设计了不同的MPC控制器,然后以贫液流量和抽汽流量作为操作变量,通过仿真验证在烟气流量存在干扰的情况下,该系统完全能够满足对于CO捕集率和再沸器温度的约束和优化控制的要求。(4)针对PCC系统在大范围变工况运行条件下存在非线性较强的问题,本文在根据三个工况点设计的MPC控制器的基础上,构建了带有增益调度的模型预测控制(Gain Scheduling Model Predictive Control,GS-MPC)策略,通过仿真实验验证了GS-MPC控制可以获得比MPC更加优越的控制效果,实现了PCC系统三输入两输出的精确控制要求,提高了整个系统的运行性能。

关键词：燃烧后CO2捕集系统 Aspen Plus 动态矩阵控制多变量系统多变量模型预测控制增益调度模型预测控制

智能先进控制技术提升加热炉热效率的应用研究

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化工自动化及仪表 2023年第1期50卷 99-103,111页

作者：邹雄飞李青任玉龙陈跃谈浙江中智达科技有限公司中国石油兰州石化公司自动化研究院

针对炼化行业加热炉控制过分依赖人工操作和人工经验,控制稳定性、运行的经济性均无法保证的现状,以单个加热炉应用为背景,采用先进控制技术建立加热炉智能先进控制系统。实践证明:先进控制技术在加热炉中的应用效果显著,实现了提升加... 详细信息

针对炼化行业加热炉控制过分依赖人工操作和人工经验,控制稳定性、运行的经济性均无法保证的现状,以单个加热炉应用为背景,采用先进控制技术建立加热炉智能先进控制系统。实践证明:先进控制技术在加热炉中的应用效果显著,实现了提升加热炉热效率的目标,提高了装置效率和效益。

关键词：先进控制技术加热炉多变量模型预测控制智能专家控制软件模拟仪表热效率 “卡边”优化

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空分装置先进控制系统的开发与应用

化工自动化及仪表 2018年第10期45卷 751-756页

作者：于振华赵众朱磊北京化工大学信息科学与技术学院

针对某钢铁厂制氧车间KDONAR-24500/45000/800型空分装置的生产现状、存在问题与需求,在常规DCS控制的基础上开发并实现了自动变负荷先进控制系统。阐述空分装置先进控制系统的控制目标、控制策略、系统结构和控制方案。同时针对空分装... 详细信息

针对某钢铁厂制氧车间KDONAR-24500/45000/800型空分装置的生产现状、存在问题与需求,在常规DCS控制的基础上开发并实现了自动变负荷先进控制系统。阐述空分装置先进控制系统的控制目标、控制策略、系统结构和控制方案。同时针对空分装置先进控制的需求,开发了多变量先进控制软件。实际应用结果证实了该系统的可行性和有效性。

关键词：自动变负荷空分装置先进控制多变量模型预测控制需氧量变化