加热炉支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析.pdf

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1、１２３２化工自动化及仪表第４１卷加热炉支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析罗雄麟叶松涛许锋（中国石油大学自动化研究所，北京１０２２４９）摘要由于加热炉支路平衡控制是一个带约束的多变量强耦合的控制问题，具有非线性、大滞后及强干扰等的特点，多偏差法的多层串级控制结构会增加系统的复杂性和不确定性。针对上述问题提出了一种改进的多偏差控制方案，通过舍去流量控制回路，避免了回路过多造成的系统稳定性变差的问题，简化了控制结构，改善了控制性能。关键词支路平衡控制流量控制回路加热炉多偏差动法中图分类号ＴＨ８６５文献标识码Ａ文章编号１０００３９３２（２０１４）１１

2、１２３２０４加热炉是炼油厂和石油化工企业中的常见装在实际的动态调节过程中，总流量波动较大，缺少置，通常也是其最大的能耗装置。待处理的原油对流量波动的强制性限制和控制保证。分配至多个分支管路中后，在加热炉中加热到一笔者针对多偏差控制方法结构复杂、控制效定温度，然后再被输送到其他装置继续做进一步果不佳及系统稳定性差等问题，通过简化流量控处理。由于燃料燃烧情况变化、送风量不均匀、火制结构，提出了一种改进的多偏差动平衡控制方嘴的调整、炉管内结焦及管外灰垢等问题，导致各案，该方法通过舍去底层的流量控制回路从而使支路出口温度不同。为了保证加热炉的安全、平

3、得闭环结构更加简单，控制器数目减少一半，同时稳、高效运行和后续工艺的平稳操作，需要施加控取得了良好的控制效果。通过引入总流量偏差［１，２］制，使加热炉多支路的出口温度保持一致。量，将多个支管作为一个整体来处理，在实现支路由于加热炉支路平衡控制是一个带约束的多出口温度平衡的同时保证了总流量的稳定。变量强耦合的控制问题，还具有非线性、大滞后及１多偏差动法及其存在的多层串级问题干扰频繁等特点，使得传统的控制方式难以获得多偏差动法的系统结构如图１所示，以４支［３，４］满意的控制效果，而包括预测控制、自适应控路加热炉为例，各个支路的流量为ｆ，出口温度为ｉ［

4、５］［６］制和鲁棒控制在内的先进控制在实施中又Ｔ，温度偏差为ｅ，出口温度平均值为Ｔ，流量ｉｉｍｅａｎ［７，８］过于复杂。多偏差动法通过将多个支路作为偏差分别为Δｆ，各支路流量的初始值为ｆ，Ｇ（ｓ）ｉｓｉｉ一个整体来处理，把一个多变量强耦合的过程控和Ｃ（ｓ）分别代表支路及其控制器的传函，总流ｉ制问题转化成了几个单回路控制问题，实现支路Ｎ量Ｆ＝∑ｆ，其中ｉ＝１，２，…，Ｎ（Ｎ＝４）。因Ｔ＝ｉｍｅａｎｉ＝１的均衡控制，在实际中得到广泛应用，但其缺点依Ｎ旧明显。要实现偏差控制方法，每支路都是依靠∑ＴｉＮＮｉ＝１、ｅ＝Ｔ－Ｔ，故Ｅ＝∑ｅ＝∑Ｔ－ｉｉｍｅａｎ

5、ｉｉ由３个闭环回路构成的多层串级控制。而对于加Ｎｉ＝１ｉ＝１热炉支路平衡控制这样一个带约束的多变量强耦ＮＴｍｅａｎ＝０。若Ｎ个支路的主控制器相同（均为合的控制问题，过多闭环回路组成的串级控制不Ｃ２），则Ｎ个支路的流量偏差之和为：Ｎ仅不易获得良好的控制效果，而且增加了系统的ｄ∑Δｆｉ＝ＫＰＥ＋ＫＩ∫Ｅｄｔ＋ＫＤｄｔＥ＝０ｉ＝１不确定性和复杂性，控制时容易引起系统波动甚至不稳定。此外，基于机理的多偏差动法虽然最终能够达到将总进料流量保持在常值的目的，但收稿日期：２０１４０４２８第１１期罗雄麟等．加热炉支路平衡控制中流量控制回路的取舍分析１２３３图

6、１多偏差法的网络连接结构Ｎ若保证Ｎ个支路的主控制器相同（均为ＰＩＤ∑Ｔｉｉ＝１０），那么Ｎ个支路的流量偏差之和总是为零，从平均温度为Ｔ＝，其中ｉ＝１，２，…，Ｎ（Ｎ＝ｅｍａｎＮ而实现了在保证总流量不变的前提下，调节各支４）。支路平衡处理器与分支管路的网络连接结路出口温度以达到加热炉各支路出口温度平衡。构图如图３所示，温度设定值Ｔ由ＰＣ计算得出尽管多偏差动法易于实现且能取得不错的控并通过网络接口实时传输给ＤＳＣ，其中处理器输制效果，但仍有不足之处：Ｎａ．在多支路情况下，每一支路的温差调节都∑Ｔｉｉ＝１出为Ｔ＝＋ｋ（Ｆ－Ｆ），则各支路偏差ｅ＝ｓｐｉ

7、是依靠３个闭环回路来实现均衡控制的。复杂且Ｎ多层的串级控制结构会使系统稳定性下降，动态（Ｔｍｅａｎ－Ｔｉ）＋ｋ（Ｆｓｐ－Ｆ）。调节速率变慢，增加了系统的不确定性和复杂性。ｂ．基于机理的多偏差动法稳态时能保证总进料流量的稳定，但在实际动态调节过程中，总流量会产生较大波动，该现象会对生产的安全和装置的高效运行产生不利影响，而该控制方案对此缺少必要的控制。２多层串级问题的改进方案为解决上述问题，提出舍去流量闭环回路的图２改进后的多偏差差动法控制系统框图串级控制结构，直接利用温差来调节阀位以实现支路出口温度平衡。改进后的多偏差动法采用串级控制结构，具有串

8、级控制改善对象的动态特性、抗干扰能力强等优点，其系统原理如图２所示。以４支路加热炉为例，其中各个支路的流量为ｆ，ｉ出口温度为Ｔ，温度偏差