PID 性能评估与整定系统在大型烯烃厂的应用.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：性能评估与整定系统在大型烯烃厂的应用范宝宝，丁钉，刘文烈（国家能源集团宁夏煤业公司烯烃一分公司，宁夏银川 ；浙江中智达科技有限公司，浙江杭州 ）摘要：对 性能评估与整定系统在某烯烃公司的运用情况进行了介绍。通过对各控制回路的性能评估，一张表就知晓几千个回路的运行情况，对平稳率不好的回路进行自整定，实现了自控率、平稳率、仪表和阀门运行情况的实时统计和分析，显著提高了装置的自控水平和管理效率。关键词：评估与整定、自控率、平稳率、烯烃厂中图分类号：；文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；概述某烯烃公司各生产装置 系统为多个厂商提供，装置运行过程中存在回路参数不能自动统计、监视、参数不准确、人工整定的 参数非最优等问题，往往不能及时适应工况的变化。目前全厂 控制回路缺少有效的总体监控手段，管理、维护人员缺乏有效的工具，使得回路性能监测统计的工作量大，回路的维护成本较高，需要通过 通讯协议建立一套 性能监视评估与回路整定系统。目前全厂约 个控制回路需要进行回路的性能评估，监控 运行状态，并解决因工况变化、阀门磨损等原因造成的 性能下降，被迫退出自动控制的问题，实时对 参数进行整定优化。目前，装置自控率低，仅达 ，影响装置的平稳运行，使得能耗物耗超高。回路性能评估和整定的需求分析）随着烯烃厂的不断发展，生产线逐渐扩建，引入了多家 系统。这导致了控制回路数量的增加和系统规模的扩大，从而给基础自动化管理带来了挑战。目前，烯烃厂共使用了霍尼韦尔、浙江中控和艾默生三家不同厂家的 系统，总控制回路数约为 个。由于 厂家众多、控制回路复杂，加之有限的管理人员，使得整个生产系统的自控率和平稳率尚未达到理想状态。）控制回路，数量庞大，使得对各回路的运行健康状况难以全面掌握。目前，各装置的控制回路工作状态仅停留在定性判断阶段，缺乏具体的量化管理。当生产出现问题时，控制领域缺乏有效的排查手段。）由于 系统的多样化，对运维工程师的业务技能提出了更高的要求，同时也增加了对人员数量的需求。由于不同 系统的 参数特性和性能表征存在差异，需要仪表工程师具备更广泛和娴熟的业务技能以满足生产装置的要求。然而，目前厂内能够应对多种 系统的运维工程师数量有限，大多数工程师仅熟悉单一的 系统。此外，由于岗位人员配置的精简要求，运维人员数量不足，工作量较大，对员工的稳定性造成压力。）基础回路控制管理面临挑战。由于装置众多、工艺复杂以及精通多类型 系统的工程师稀缺，许多装置的控制回路长时间处于无人监管状态。具体运行情况只有运行的工艺班组知晓详情，相关管理人员难以掌握全厂的回路信息。缺乏合适的监管统计工具使得整个系统运行效率低下，监管不到位和问题查找困难的现象突出，精细化和数字化管理的实施面临阻碍。）参数整定困难。由于控制回路数量庞大，当仪表或阀门问题导致 参数不能满足当前生产状态时，需要耗费大量时间找出问题所在并快速重新整定 参数。这些工作不仅难度大，而且不一定能得到妥善解决。回路整定评估与整定解决策略 回路的性能评估性能要求：年 月云南化工 第 卷第 期 ，为保证实际生产的平稳进行，对 控制器的以下几个指标进行监控：平稳率、自控率、有效自控率、饱和率、好值率、稳定率、准确率、快速率、非线性度。另外，为了便于管理，需要有详细的评估报告，基本回路统计功能，对比功能。软件功能：为了解决企业在 基础自动化上的数字管理瓶颈，烯烃厂引用了中智达科技有限公司的 性能评估软件，各回路放置在对应装置下，可以批量导入导出。在进行评估时也可以选择对部分选中回路进行评估或者对所有回路进行评估。装置评估页面显示了该装置下的控制回路投用情况并据此进行分类统计，具体分为性能总览、故障回路汇总以及回路评估报告 个部分。性能总览页面展示了该装置下各控制回路的投用分布以及性能分布以及装置最近一段时间的自控率和性能评分趋势，除此之外还展示了自控率统计最高的前 个回路以及回路故障分类统计结果。在故障回路汇总界面软件会列举出该装置目前存在的问题并根据具体问题给出原因以及建议，并以饼图的形式展现出来，见图 。图 性能总览页面展示回路评估报告界面可以查看该装置下所有回路的分析报告，点击蓝色位号可以查看单个回路的详细评估与诊断报告。在性能评估报告中，导航树下显示 控制器回路的分组：如一个化工厂下分有几个车间，每个车间下分有几个装置，每个装置有几十个 回路。评估报告可以在总厂的总览页面观察该厂所有 回路的综合指标性能，同样支持按照车间或者装置，查看该车间或者该装置的整体综合性能指标。在详细报告中，可以查看具体回路的详细评估与诊断报告，见图 。图 回路评估报告界面 回路的参数整定通过不同 控制系统的 接口软件将控制回路相关信息传入到浙江中智达软件的 性能评估与整定系统服务器中 ，利用 回路整定优化系统 年 月云南化工 第 卷第 期 ，对回路进行整定优化，并实时监控自控率和平稳率。对于性能较差的回路，则需要在 整定工具中通过辨识得到准确的过程模型后再整定 参数。选择较好的过程数据进行辨识得到较为准确的模型后再进行 参数整定可以提高控制器整定参数的效果。回路整定参数设置界面如图 所示，包含回路信息、回路整定参数设置、阀位配置和被控制变量设置四个模块。图 回路整定参数设置界面回路整定参数设置，可以选择历史数据、自定义或者自定义模型选项。若选择历史数据，使用的是前一天时至 时的历史数据，采样周期及降采样系数使用默认设置即可；若选择自定义，可根据历史趋势，选择合适的时间段进行设置；若选择自定义模型，可以自行计算模型增益、模型时滞、时间常数后进行设置。设置完采样周期及降采样系数后即可点击整定按钮生成整定报告。整定报告页面显示已辨识得到的模型参数和 参数。模型参数包括模型增益、模型时滞和时间常数，这部分支持用户自行创建、更新模型，整定结果按照不同 系统进行设定。参数包括比例系数、积分系数和微分系数，其中比例系数为放大倍数，积分系数的单位为分钟，微分系数的单位为分钟，用户可根据不同的 系统自行进行转化；并将最终用户确定应用的参数应用于回路整定中。图 为液位回路参数整定后的整定报告。图 液位回路 参数整定报告 性能评估和参数整定应用效果 性能评估效果展示图 为 控制器性能评估软件报告截图。通过这个评估报告，可以清晰地看到 控制器在不同工作条件下的运行情况，以及其参数输出的表现。报告中包含了各种性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等，这些都是评估 控制器性能的重要依据。评估报告中还提供了对 控制器参数的调整建议。这些建议旨在优化控制系统的响应速度和动态性能，使系统在面对不同的工作条件时都能保持稳定的输出。年 月云南化工 第 卷第 期 ，此外，报告还针对超调和振荡问题进行了深入分析，并给出了相应的解决方案。这有助于提高控制系统的品质，使其在面对复杂的工作环境时仍能保持稳定和高效。最后，报告还对系统的稳态误差进行了评估，并提出了相应的调整方案。通过这些调整，可以显著提高控制精度，使输出更接近设定值，从而满足生产过程中的各种需求。图 性能评估报告展示 年 月云南化工 第 卷第 期 ，参数整定效果展示烯烃厂对装置的回路进行性能评估与整定，找到回路当前存在的问题并对问题进行针对性的解决，优化现有回路参数，提高回路的平稳率。此外对于一些之前投用自动后波动较大、不满足工况需求的回路进行诊断分析，优化并改善 控制器的性能，使其满足生产工况的需求，并以此提升车间 回路的自控率。图 和图 为车间自控率和平稳率系统上线前和上线后的统计对比图。图 车间自控率和平稳率系统上线前情况图 车间自控率和平稳率系统上线后情况通过评估软件找出病灶所在，在优化过后，自控率由 提升至 ；回路的平稳率从 提升至 ，效果提升明显。详细对比图如图 和图 。图 回路 整定前运行情况图 回路 整定后运行情况使用 性能评估与诊断软件对 回路进行分析后，找出该回路存在的问题并优化。最终使得该回路测量值标准差从 降至 ，降幅高达 。从此可以看出 性能评估与诊断对于发 年 月云南化工 第 卷第 期 ，现 控制回路存在的问题并优化问题起到重要作用，可以有效提升回路的自控率、平稳率。对装置进行了 参数整定后，装置的自控率和平稳率提升了到 以上，综合自动化水平得到显著提高。不仅可以节约劳动力，降低人力成本，同时在节能减耗方面也有了显著提升。项目上线运行后，具体使用效果总结如下：）回路评估与整定优化系统实现对不同厂家 系统共约 个回路的性能进行监测、评估、统计、参数整定工作。）性能评估系统自动采集 回路的生产运行数据，自动实时统计监控 回路的自控率、平稳率等信息，能够查询 年内任意时间段、任意单元、任意回路的自控率、控制平稳率，并能够进行自控率、控制平稳率的排序和评比。）实现 参数自整定功能，系统自动分析 回路过程数据，针对动态特性的变化不断自动更新性能基准，保证监控与诊断功能的长期有效运行及控制器性能的实时监控，在回路特性变化时给出合理建议的 参数，实现回路控制的自适应性，使控制器处于高性能运行状态。）能够评估分析 回路的运行性能，给出优、良、中、差、无评级等评级，快速发现 回路存在的性能问题，通过图表分析法直观、形象的综合分析影响回路性能问题的原因，给出评估建议。）软件提供控制器回路性能稳定性、准确率、快速性、平稳率、饱和率、控制偏差分析、振荡指数、非线性指数、粘滞指数、阀门行程等回路性能指标。）性能评估与制定软件通过评估能够发现阀门粘滞、过程扰动、回路耦合、分布式振荡等故障并推送解决故障建议。）性能评估与整定软件能够同集团智慧化平台对接和数据上传，可在智慧化平台随时查看各单元控制回路自控率和平稳率等相关参数。结语烯烃厂的 性能评估与整定系统上线后，实现了多种类型 的数据汇集与转发，为厂级大规模 性能评估与整定提供了强有力的支持。该系统具有以下优势：）数据汇集与转发。系统能够整合不同 系统的数据，实现数据的统一管理和分析，为生产决策提供可靠的数据支持。）大规模 性能评估。系统能够对大规模的 回路进行性能评估，帮助企业了解各回路的运行状况，及时发现和解决潜在问题。）高效参数整定。通过对 参数的整定，系统能够显著提高自控率和回路平稳率，从而提升综合自动化水平，降低操作劳动强度。）报表生成与分析。系统能够实时生成各种报表，帮助用户了解控制性能的评级，及时发现性能不佳的控制回路，提升维护的及时性和有效性。）提升产品质量与降低能耗。通过对 参数整定后，自控率由 提升至 ；回路的平稳率从 提升至 ，效果提升明显，大大提高了综合自动化水平，降低操作劳动强度，改善主要工艺指标的平稳性通过优化控制性能，系统能够提升产品质量，同时降低能耗，提高企业的经济效益。）减少事故风险。通过对控制回路的实时监测与评估，系统能够及时发现潜在的问题，减少事故的发生，确保生产的稳定运行。综上所述，烯烃厂的 性能评估与整定系统为企业带来了诸多实际效益：提高工作效率、优化产品质量、降低能耗和减少事故风险。这一系统的应用真正实现了“安、稳、长、满、优”的稳定运行目标，为企业创造了长期的经济价值。参考文献：戴连奎 过程控制工程 版 北京：化学工业出版社 ：孙林军 智能 控制研究 杭州：浙江工业大学，邹丹丹 热工过程 控制系统性能评估、振荡诊断及优化方法研究 南京：东南大学，：收稿日期：作者简介：范宝宝（），男，宁夏银川人，工程师，主要从事化工装置自控系统及现场仪表设计、安装维护工作。：