经验空分自动变负荷程序的设计与实现

经验空分自动变负荷程序的设计与实现

摘要 简要介绍了经验空分变负荷程序的设计思路和天津盈达气体有限公司空分辅助加减负荷程序在Yokogawa CS3000控制系统上的组态和实现。

关键词 经验空分；变负荷；负荷速率；间隔时间

引言

经验空分变负荷程序的主要的作用就是将操作人员从频繁重复的手动开关各阀门的工作中解放出来，去更多的关注宏观工况的稳定、现场设备的点检确认、正常运转以及与用户的沟通工作，其设计组态和实现一定要以工艺管理和操作人员为主，仪表和控制系统组态人员为辅助。切不可认为该程序以仪表专业为主，对工艺参数设定要求不高。工艺方面需要选定空分各种典型负荷工况等级上重要空分参数控制点，并根据实际需要维护和输入五种或以上更多种工况点的参数；仪表组态人员职责在于正确理解工艺方面提出的工况参数和控制思路，建立经验变负荷所需要的程序设定接口，表达出工艺需要的稳定安全运行的组态程序。

1 人工手动变负荷操作

人工手动变负荷操作属于跟踪调节，为目前所有的制氧机操作人员所采用。根据外送氧气流量、管网压力以及用户反馈用量和检修情况，手动调节制氧机负荷工况与用户用量相适应，这个过程中既要保证用户使用压力，又要在用户用量减少的情况下减少低压或者中压氧气的放空量以节约能耗。在空分变负荷的过程中对操作人员的水平要求较高，既要保证用户用量与空分产出相适应，还需保证空分安全稳定运行及产品质量合格。

2 经验空分变负荷控制系统设计及应用

经验空分变负荷程序建立在现有DCS程序基础之上，需要工艺方面改进和优化现有工况控制程序，并提出空分五种以上负荷等级的重要参数设定或输出值数据表，仪表方面需要检查相关重要仪表和调节阀工作动作正常。控制组态方面将工艺提出的五种以上的工况参数形成折线对应关系并组态和试验程序。

经验空分变负荷程序读取现有DCS程序内的相关重要数据，并判断空分各个系统正常，然后比较操作人员根据管网和用户用量给定的空分目标氧气产出量与空分实际氧气出产量，两者必须形成一个不大于与固定动作时间相适应的加减负荷限定值的差值时，程序运行并判定加减负荷方向，在固定的分钟级的动作时间内按照数据表扫描运算并经过一定的间隔时间分段离散输出控制值，将各个控制参数设定值从当前值爬坡到目标氧气出产量对应的工况参数，当空分目标氧气产出量与空分实际氧气出产量两者相等时，程序等待。由此 实现在操作人员监视下的阶梯负荷参数调整，减轻了操作人员繁重的修改控制参数的操作，能够更加迅速地调整工况和降低空分能耗。当操作人员再次修改目标给定值后，程序继

续运行。在本程序中加入程序固定动作时间、每次加减负荷限定值以及动作间隔时间，目的在于减少操作人员参数不可控时间，使得每个动作间隔时间控制参数差别明显。可以随时根据用户用量情况改变加减负荷的方向，从而避免了在变负荷氧气出产量增减幅值很大时，连续动作时间长，操作人员失去控制权，空分工况稳定性难以保证的缺陷。

确定经验变负荷控制程序所需的相关重要控制参数并按工况形成折线对应关系，工艺操作人员先采取人工手动变负荷的方法，进行试验和调整，将工况按照负荷等级一一调整到正常稳定的工况状态，保证空分正常和产品纯度合格。

记录每个空分负荷工况下的相关重要参数，如进塔空气量或压力设定值、出塔低压氧气量、出塔低压污氮气量和压力设定值、主塔 V1、V3阀门输出开度、氩系统重要阀门控制值、氧压机导叶给定值，以及根据需要记录相关阻力、纯度等重要参数。

氧气出塔产量与其他控制参数按照上述对应图表形成折线对应关系。建立和保存折线数学模型，固定动作时间与当前氧气出塔产量和目标氧气出产量形成线性对应关系，每个间隔输出时间由程序计算并设定当前氧气输出量待设定值，并传递给折线数学模型。顺控程序在每个分钟级固定动作计时内，按照间隔输出时间选取折线上氧气出塔产量对应的其他控制参数设定值并输出。固定动作时间结束时，各个控制参数阶梯离散爬坡至目标氧气出塔产量对应的工况设定值上。

變负荷速率和范围限制直接关系到工况的稳定和负荷变动响应速度。一次性负荷变动太大，程序需要很长的时间才能将由当前负荷变动到目标负荷，该过程中操作人员对重要参数暂时失去有效的控制权，从而不利于工况的调节。基于最优化考虑，没有采取变负荷幅值与变负荷速率设定计算总爬坡时间的方式，而是采取以下方式。变负荷速率和范围限制主要是通过在程序中引入固定动作时间、一次加减负荷限定值以及离散间隔输出时间来实现的。加入固定动作时间的考虑为减少操作人员对重要参数的过长不可控时间，操作人员可以随时跟进用户用量情况改变加减负荷的方向，从而避免了在变负荷氧气出塔产量差值很大时，程序连续动作时间长，操作人员失去控制权，空分工况稳定性不能保证的缺陷。一次加减负荷限定值配合固定动作时间，两者相除便是变负荷速率，固定较短动作时间内变负荷速率过大，将使得空分工况恶化。离散间隔输出时间的作用是保证每个动作间隔时间控制参数差别明显，如果在较小的负荷变动内频繁输出控制值，控制值差别很小，而且增加程序的执行频次变得没有意义。

经验变负荷程序是按照阶梯式在固定动作时间内间隔输出离散控制值。在空分出现故障或者重要参数越限时，经验变负荷程序将自动退出，空分重新正常后根据需要可以手动投入。经验变负荷主程序架构在DCS上主要通过计算、顺控程序的方式表达和实现。

空分辅助加减负荷程序在Yokogawa CS3000控制系统上的组态和实现。