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申请/专利权人：福建德尔科技股份有限公司

摘要：一种用于三氟甲烷制备的精馏控制系统及其控制方法，包括：温度传感模块：通过不同类型的传感器采集精馏塔内部温度以满足不同精度要求的温度数据采集；温度变送模块：将温度数据转换为范围在4‑20mA电流信号输入到数据采集中心；数据整合中心：分别对采集的精馏塔内部温度数据、压力数据实时数据收集处理；电磁阀模块：通过开关量控制器实现对多种电磁阀开关量输入调节；数据接口模块：数据整合中心输出的信号以及开关量控制器输出的电磁阀工作状态信号通过传输协议发送到控制终端。本发明实现对精馏过程全方位监控，增加了系统自动化控制程度，提高了工作效率，具有精度高，操作简便，便于扩展等优势。

主权项：1.一种用于三氟甲烷制备的精馏控制方法，其特征为：该方法基于用于三氟甲烷制备的精馏控制系统；该系统具体包括如下内容：温度变送模块：采用不同类型的单路温度变送模块将采集到的温度数据转换为范围在4-20mA电流信号输入到数据采集中心；数据整合中心：分别对采集的精馏塔内部温度数据、压力数据实时数据收集处理；温度传感模块：采用不同类型的传感器采集精馏塔内部温度以满足不同精度要求的温度数据采集；数据接口模块：数据整合中心输出的信号以及开关量控制器输出的电磁阀工作状态信号通过传输协议发送到控制终端；电磁阀模块：通过开关量控制器实现对多种电磁阀开关量输入调节；选取N路继电器输出口与精馏塔连接的多路控制电磁阀串联来控制冷凝后的馏分能够通过不同的电磁阀分离;选取第N+1路继电器输出口作为回流比时间控制开关，与外接的电磁铁串连，控制回流液的流量；选取第N+2路继电器输出口与固态继电器和加热设备串联，通过调节固态继电器输出的通断时间占空比来调节加热装置供电电压值，以达到控制加热温度的目的：当达到液泛温度时，调节加热装置的电压以降低塔内温度；当温度和压力超过安全界限时，系统自动发送指令，关闭加热装置的电磁阀；此外，用户直接通过界面操作，手动干预各个电磁阀的开闭，N1自然数；该控制终端实现账户管理模块，采集数据显示模块和开关量控制模块；所述账户管理模块包括账户数据管理、工作站以及通信模块设置；每个工作站对应多套精馏塔；账户数据管理设定每套设备的工作状态，并利用通信模块对数据整合中心和开关量控制器与控制终端之间通信状态进行修改；数据采集显示模块对采集的多路输入信号进行显示、绘图，并实现当前数据与历史数据曲线的比较，账户对显示曲线进行注释，对采样率、绘图坐标、校正公式进行自定义，对历史数据进行选择保存，以满足精馏塔不同状态下对数据显示的要求；所述开关量控制器包括电磁阀控制、报警和自动断电保护；账户数据管理设置多个电磁阀开闭条件，当精馏塔达到液泛温度首先启动报警警示，其次，若精馏塔仍持续升温达到设定的极限温度时将采取自动断电进行保护；当所述数据接口模块为串口转换端子时，控制终端通过通信控件对串口进行设置：波特率设置为57600，数据格式是16进位，1个停止位，无奇偶校验位，软件程序采用事件驱动模式；当所述数据接口模块为无线传输端口模块时，精馏现场数据通过无线传输设备发送至控制终端的通信线路选择优先级为：Wi-Fi线路＞5G线路；当Wi-Fi信号和5G信号同时存在时，优先选择Wi-Fi线路进行通信；当检测不到Wi-Fi信号或Wi-Fi信号强度弱、有5G信号时，优先选择5G线路进行通信；当5G线路进行通信时检测到Wi-Fi信号强度强时，则切换到Wi-Fi线路进行通信；该方法包括如下步骤：步骤1：实现对精馏段温度预测估计负反馈控制：通过温度传感模块采集的精馏段温度信号通过温度变送器回馈到预测控制器中并与控制终端给定的温度设定值求和组成一阶惯性滞后环节，该预测控制器根据求和结果将控制命令传输给PID控制器，该PID控制将所述控制命令与采集的回流流量输出信号进行求和后对电磁阀调节从而组成惯性环节；所述精馏段温度预测估计负反馈控制包括预测估计、控制、校正环节；在每一个采样时刻未来个时刻的期望输出值与预测输出值所构成的偏差向量与动态向量点乘,从而得到该时刻的控制增量，当到下一个采样时刻,首先测定温度控制系统的实际输出,并与原来预测的该时刻的温度值进行比较，算出预测误差，将这一误差与校正向量相乘后,再通过校正输出预测的输出值；经校正的预测的输出值进行移位后设定为该时刻的预测初值；如果把新的时刻重新定义为时刻,则温度对象的预测初值的前个分量将与期望输出一起参与新时刻的控制增量的计算；步骤2：实现对提馏段温度预测估计级联控制：提馏段温度控制采用温度控制环、流量控制环双闭环控制策略，其中，温度控制负反馈环作为外环，以塔釜温度检测值作为反馈值，其目的是为了克服过程参数的动态变化对提馏段温度的影响，采用温度模糊控制器，实时计算使得提馏段温度保持恒定的流量设定值；流量控制负反馈环作为内环，根据外环计算的流量设定值和实际流量检测值计算流量偏差，以偏差为输入信号，利用流量控制器实时调节蒸汽管路电磁阀门，从而改变再沸器的加热量，能够及时地克服蒸汽压力的波动，使提馏段温度稳定在设定值；利用前馈补偿控制器对流量环的阀门下发量进行前馈补偿，从而达到稳定提馏段温度的目的；精馏过程引入进料量、进料浓度、进料温度和进料状态的前馈控制，同时考虑进料温度对提馏段的影响存在一定的持续性，采取同时对进料温度的当前温度和上一周期温度进行补偿的控制策略；采用参数自整定模糊PID温度控制方法对精馏过程参数具有较强的适应能力，能够根据过程参数动态变化在线调整PID控制的参数，使控制系统仍然保持良好的性能；提馏段模糊PID控制器步骤如下:（1）提馏段模糊PID控制器的目标要求是通过调整再沸器的加热量来保持提馏段温度稳定在设定值，从而保证产品纯度指标，因此选择模糊控制器的输入是提馏段温度偏差和偏差变化率，以控制器的三个参数作为输出；（2）确定模糊变量集合同时考虑精度和计算代价，选择和的模糊变量的词集为7个：（3）定义隶属度函数：考虑到控制目标是让提馏段温度稳定在设定值，为了防止阀门的过频操作，对于温度偏差采用梯形隶属度函数；由于温度是滞后的，希望能从变化率中得到趋势，，的隶属度函数都采用了三角形隶属函数；（4）根据在精馏过程中提馏段温度偏差及其变化率对应不同的和，将PID参数的整定原则归纳如下：当的绝对值较大时，取较大的与较小的，使系统具有较好的跟踪性能，同时为避免出现较大的超调，应对积分作用加以限制，取;当的绝对值处于中等大小时，为使系统响应超调较小，应取小些，此情况下，的取值对系统响应影响较大，的取值要适当；当的绝对值较小时，为使系统具有较好的稳定性，与均应取大些，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，即的绝对值较小，取中等大小；的绝对值较大，取小值；步骤3：实现对精馏塔塔顶压力的控制：采用带有多级冷凝器的内回流间歇加压精馏装置，通过改变塔顶冷凝器换热面积和冷却水量的方式达到控制塔压的目的；所述多级冷凝器采用串联方式连接，每级冷凝器都有一个冷却水进口阀门单独控制；当系统压力受外界因素扰动时，通过增加单级的冷却水量，或者增加一个换热器稳定系统压力；采用内回流结构，为了测定塔顶蒸汽的温度，塔顶设置结构为：两个冷凝器之间是由短管连接的，采用“一根、两根、一根”结构的排列方式以防止气体路线短路；蒸汽走壳程，冷却水走管程；每一级冷凝器进水口都有独立的开关控制，冷却水来自自来水，温度传感器不直接接触回流的液体，测量的只是上升的蒸汽温度，而同时采出口也能采出回流的液体；用换热器面积和冷却水量同时作为操作变量的方案对压力的调节更加敏感，能更快使压力回到规定压力；当目标压力较低时，采用双变量调节方法来提高过程压力控制的灵敏性；步骤4：对精馏过程实时动态监测：精馏过程中操作条件对应一定的塔顶、塔底采出液浓度；当学习过程将操作条件作为输入变量，并将塔顶、塔底采出液浓度作为输出变量进行训练后，输入变量和输出变量之间存在一定的函数关系，构建两个结构相同的网络B1与B2；解析两个网络的权、阈值计算出每个输入变量对输出变量的函数关系变化，检测故障和分离变量；诊断过程如下：首先根据网络要求选择操作变量，获取现场数据的实测值和网络B1输出值，比较实测值和网络输出值的偏差是否在阈值范围内，该步骤也是故障检测过程；正常工况下，网络的训练输出值保持稳定，但与训练数据有差异，将输出值与样本的残差作为诊断响应阈值；网络工作时，预测值与实测值的偏差小于阈值，表明系统运行正常，只需继续保持监控；否则表明系统发生了故障，此时网络B2启动，通过自适应拟合，使预测值和实测值的偏差重新回到允许范围内；通过解析网络B1和B2的权值和阈值，可对输入变量进行故障相关性排序，分离出能用于诊断故障的变量；在完成对工况的检测后，开始对2个网络进行结构解析；在进行故障检测时，将输入变量经由网络B2自适应拟合后输出，其预测值与实测值的偏差重新回到阈值范围内.对网络进行结构解析，得到输入变量的比重值，排序得到列表，通过列表比较确认异常工况，并对引起异常工况的变量分别作故障发生前后的响应曲线。

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