專利名稱：內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精餾塔的動(dòng)態(tài)建模領(lǐng)域，特別提出內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè) 器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
精餾過程是化工過程中的一種核心過程，精餾塔是其中的一個(gè)關(guān)鍵單元。長(zhǎng)久以 來(lái)，精餾塔因?yàn)楦吆哪?，低能效的問題成為國(guó)際精餾領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。精餾塔具有十分復(fù)雜 的強(qiáng)非線性特征，尤其是內(nèi)部熱耦合精餾塔，其簡(jiǎn)化非線性建模非線性動(dòng)態(tài)過程觀測(cè)器設(shè) 計(jì)成為一種世界性難題。傳統(tǒng)的復(fù)雜機(jī)理模型盡管能夠精確的觀測(cè)精餾塔的各種狀態(tài)變量，但復(fù)雜的機(jī)理 模型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致模型在線求解效率太低，不能直接應(yīng)用于控制器設(shè)計(jì)當(dāng)中。而基于階躍脈沖 響應(yīng)辨識(shí)的近線性模型盡管具有較快的求解速度，但狀態(tài)變量觀測(cè)精度太低，甚至顯著偏 離真實(shí)值。實(shí)現(xiàn)內(nèi)部熱耦合精餾塔的高效率高精確度的非線性觀測(cè)器對(duì)于該塔的控制設(shè)計(jì) 節(jié)能研究等方面起著至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度觀測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)變量測(cè)量精度太低、效率 低的不足，本發(fā)明提供一種觀測(cè)精度高、效率高的內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng) 及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)，包括與內(nèi)部熱耦合精餾塔直接連接 的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和DCS系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)智能 儀表與存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)相連，所述的上位機(jī)包括用以預(yù)測(cè)內(nèi)部熱耦合精餾塔將 來(lái)時(shí)刻的溫度分布的觀測(cè)器，所述觀測(cè)器包括溫度分布函數(shù)擬合模塊，用以采用歷史數(shù)據(jù) 庫(kù)中的各塊塔板溫度Ti擬合溫度分布函數(shù)，并將擬合參數(shù)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式
(1)(2)得到
_7] 其中，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，η為塔底編號(hào)， 為第i塊塔板處預(yù)估溫度， Tfflin,r> Tfflaxjr, kr, Tfflinjs, Tfflaxjs, ks為擬合參數(shù)，Sr, Ss分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段 液溫度分布曲線的位置；將來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度預(yù)測(cè)模塊，用以根據(jù)當(dāng)前溫度數(shù) 據(jù)以及溫度分布函數(shù)預(yù)測(cè)將來(lái)時(shí)刻的溫度變化趨勢(shì)，該模塊包括以下兩部分①?gòu)臍v史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取溫度測(cè)量值Ti (k)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻溫度分布曲線位置變化速度，并將曲線位置變化速度存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(3)_(11)得到 Vf = V1+Lf
(9) dt㈨=.
I-VfYf (k) - LnXn (k) + Lf_xXf_x (k) + FZf](a -1)(1 + e
W—”
HPa(T-TmmJkse
-kAi-sS)
Σ
InlO
T+ c-ab
0
1
1 1
T T
丄i、丄i+f-
其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，P為精餾塔壓強(qiáng)，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)， 分別為第i塊塔板和第i+f-Ι塊塔板的溫度，Qi (k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板之間 的熱耦合量，UA為傳熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛熱，Vp Vf分別為 塔頂和進(jìn)料板處的汽相流率，Lf_i、Ln分別為第f-Ι塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量， Zf為進(jìn)料組分濃度，Ti (k)、Xi (k)、Yi (k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫度、液相輕組分濃 度和汽相輕組分濃度，Xf^1 (k)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-Ι塊塔板和塔底的液相輕組分
dS dS。
濃度，Y1GihYfGO分別為k采樣時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度，〒(幻、—^(k)
atdt
分別為k采樣時(shí)刻精餾段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度； ②從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取溫度分布曲線位置變化速度數(shù)據(jù)，溫度分布函數(shù)擬合參
數(shù)，采樣周期δ并計(jì)算下一時(shí)刻波形位置以及下一時(shí)刻溫度分布，采用式(12)_(15)得
到
(14)
JCI
at
Ss(k + \) = Ss(k) + ^(k)x0 at
2 3 1 1
/V /V
l + e
-kr(i—Sr(k+V))
i = 1,2,
地
7
TXk+ \) = Tmm^si = f ， f + 1 ， ……，η (15)其中，δ為采樣周期，Sr(k),Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲 線位置，S,(k+l)、Ss(k+l)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，+ 為 k+Ι采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值；溫度預(yù)測(cè)誤差補(bǔ)償模塊，用以從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)測(cè)值， 計(jì)算預(yù)測(cè)誤差，修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(16) (17)得到Ti(U) = TXk)-T1(U) i = 1,2, ......，η(16)f{^k + l) = TXk + !)+ Ti(Ji)I = 1,2,......，η(17)其中， (幻為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值，r,(k)為k 采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差，^伙+ 1)為k+Ι采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值；作為優(yōu)選的一種方案所述的上位機(jī)還包括人機(jī)界面模塊，用以設(shè)定采樣周期，顯 示觀測(cè)器輸出的將來(lái)時(shí)刻溫度預(yù)測(cè)值和當(dāng)前時(shí)刻溫度測(cè)量值。一種內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性過程觀測(cè)系方法，所述的觀測(cè)方法包括以下步 驟1)確定采樣周期，并將相對(duì)揮發(fā)度α，安東尼常數(shù)a、b、C、保存在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng) 中；2)檢測(cè)k采樣時(shí)刻精餾塔壓強(qiáng)P，以及各塔板溫度Ti,計(jì)算液相輕組分濃度值，采 用式⑶得到
Tj+c a 其中，下腳標(biāo)i為塔板編號(hào)，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，η為塔底編號(hào)，Xi為第 i塊塔板的液相組分濃度，P為精餾塔壓強(qiáng)，Ti為第i塊塔板的溫度，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、 b、c為安東尼常數(shù)；3)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中獲取k采樣時(shí)刻溫度的測(cè)量值，擬合k采樣時(shí)刻的溫度分布 函數(shù)如式(1) (2) 其中， 為第i塊塔板處預(yù)估溫度，Tfflinjr, Tfflaxjr, kr, Tfflinjs, Tfflaxjs, ks為擬合參數(shù)，Sr, Ss分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段液溫度分布曲線的位置；4)計(jì)算k采樣時(shí)刻的溫度分布曲線位置變化速度，并將曲線位置變化速度存儲(chǔ)到 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(4)-(11)得到
T",、 a Xik) Q,(k) = UA(T,-T,+f_,)i = 1,2,……，f_l (5)
V1 = F(I-Q)(6)Ln = Fq(7) Vf = V1+^!(9)
其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)，Ti JJf1分別為 第i塊塔板和第i+f-Ι塊塔板的溫度，Qi (k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板之間的熱耦合量，UA 為傳熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛熱，VpVf分別為塔頂和進(jìn)料板處 的汽相流率，Lf_i、Ln分別為第f-Ι塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量，Zf為進(jìn)料組分濃 度，Ti (k)、Xi (k)、Yi (k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫度、液相輕組分濃度和汽相輕組分 濃度，Xm (k)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-Ι塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，Y1 (k)、Yf (k)
分別為k時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度，、分別為k采樣時(shí)刻精餾
atat
段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度；5)預(yù)測(cè)k+Ι采樣時(shí)刻的溫度分布，從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取曲線位置變化速度數(shù)據(jù)， 溫度分布函數(shù)擬合參數(shù)，采樣周期值，采用式(12)-(15)得到
其中，δ為采樣周期，民(k)、Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲 線位置，S,(k+l)、Ss(k+l)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，+ 為 k+Ι采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值；6)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)測(cè)值，計(jì)算k采樣時(shí)刻的溫度預(yù) 測(cè)誤差過程如式(16)V1(U) = T1(U)-T1(U)I = 1,2,……，η(16)其中，為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值，r,(k)為k 采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差7)修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(17)得到f{tk + l) = TXk + !)+ Ti(Ji)I = 1,2, ......，η(17)
其中，fp + l)為k+Ι采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值。進(jìn)一步，所述的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為DCS系統(tǒng)中存儲(chǔ)裝置，控制站讀取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示 觀測(cè)器工作過程狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1.基于內(nèi)部熱耦合精餾塔的機(jī)理模型以及傳熱 傳質(zhì)原理建立了高精度的內(nèi)部熱耦合精餾塔的簡(jiǎn)化非線性動(dòng)態(tài)模型，能夠準(zhǔn)確跟蹤反應(yīng)內(nèi) 部熱耦合精餾塔的溫度分布變化的非線性特征，比傳統(tǒng)辨識(shí)模型更為精確；2.在確保溫度 觀測(cè)器跟蹤高精度效能的情況下，能夠同時(shí)保持較快的在線求解速度，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)理 模型。


圖1是內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是上位機(jī)觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)方法的原理圖。圖3是內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖具體說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1參照?qǐng)D1、圖2和圖3內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)系統(tǒng)包括與內(nèi) 部熱耦合精餾塔1直接連接的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表2和DCS系統(tǒng)13，所述DCS系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置 4控制站5和上位機(jī)6，所述現(xiàn)場(chǎng)智能儀表2與存儲(chǔ)裝置4、控制站5和上位機(jī)6通過現(xiàn)場(chǎng)總 線和數(shù)據(jù)接口 3依次相連；所述的智能儀表用以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)模塊7的功能即檢測(cè)得到精餾塔 的溫度、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)接口用以實(shí)現(xiàn)I/O模塊8的功能即數(shù)據(jù)的輸入輸出。所述的上位機(jī)6包括用以預(yù)測(cè)內(nèi)部熱耦合精餾塔將來(lái)時(shí)刻的溫度分布的觀測(cè)器， 所述的觀測(cè)器包括溫度分布函數(shù)擬合模塊9、將來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度預(yù)測(cè)模塊11 和溫度預(yù)測(cè)誤差補(bǔ)償模塊10。所述的溫度分布函數(shù)擬合模塊9，采用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的各塊塔板溫度Ti擬合溫度 分布函數(shù)，并將擬合參數(shù)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(1) (2)得到 其中，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，η為塔底編號(hào)， 為第i塊塔板處預(yù)估溫度， Tfflin,r> Tfflaxjr, kr, Tfflinjs, Tfflaxjs, ks為擬合參數(shù)，Sr, Ss分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段 液溫度分布曲線的位置。所述的將來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度預(yù)測(cè)模塊11，根據(jù)當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)以及溫度 分布函數(shù)預(yù)測(cè)將來(lái)時(shí)刻的溫度變化趨勢(shì)，該模塊包括以下兩部分①?gòu)臍v史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取溫度測(cè)量值Ti (k)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻溫度分布曲線位置變化 速度，并將曲線位置變化速度存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(3)_(11)得到
其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，P為精餾塔壓強(qiáng)，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼 (Antonie)常數(shù)，Hfl分別為第i塊塔板和第i+f_l塊塔板的溫度，Qi (k)為k采樣時(shí)刻 第i塊塔板之間的熱耦合量，UA為傳熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛 熱，V1, Vf分別為塔頂和進(jìn)料板處的汽相流率，Lf_” Ln分別為第f-Ι塊塔板和塔底的液相流 率，H為持液量，Zf為進(jìn)料組分濃度，Ti (k)、Xi (k)、Yi (k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫 度、液相輕組分濃度和汽相輕組分濃度，Xf-Jk)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-Ι塊塔板和塔 底的液相輕組分濃度，Y1 (k)、Yf (k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度，
^-{k)、分別為k采樣時(shí)刻精餾段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度。 atat②從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取溫度分布曲線位置變化速度數(shù)據(jù)，溫度分布函數(shù)擬合參 數(shù)，采樣周期并計(jì)算下一時(shí)刻波形位置以及下一時(shí)刻溫度分布，采用式(12)_(15)得到 ^ + = ^ +i = L2,……，f-1(14)+ = += f+l，……，η(15)其中，δ為采樣周期，δ為采樣周期，Sr(k),Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提 餾段溫度分布曲線位置，sr(k+l)、Ss(k+1)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲 線位置，+ 為k+Ι采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)。所述的溫度預(yù)測(cè)誤差補(bǔ)償模塊10，從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)
11測(cè)值，計(jì)算預(yù)測(cè)誤差，修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(16) (17)得到Ti(U) = TXk)-T1(U) i = 1,2, ......，η(16)f{^k + l) = TXk + !)+ Ti(Ji)I = 1,2, ......，η(17)其中， (幻為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值，r,(k)為k 采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差，^伙+ 1)為k+1采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值。所述的上位機(jī)包括人機(jī)界面模塊12，用于設(shè)定采樣周期，顯示觀測(cè)器輸出的將來(lái) 時(shí)刻溫度預(yù)測(cè)值和當(dāng)前時(shí)刻溫度測(cè)量值。實(shí)施例2參照?qǐng)D1、圖2和圖3，一種內(nèi)部熱耦合精餾塔的溫度非線性過程觀測(cè)方法，所述的 觀測(cè)方法包括以下步驟1)如圖3模塊14確定采樣周期，并將相對(duì)揮發(fā)度α ,Antonie常數(shù)a、b、C、保存 在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中；2)如圖3模塊15檢測(cè)k采樣時(shí)刻精餾塔壓強(qiáng)P，以及各塔板溫度Ti,計(jì)算液相輕 組分濃度值，采用式(1)得到 其中，下腳標(biāo)i為塔板編號(hào)，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，η為塔底編號(hào)，Xi為第 i塊塔板的液相組分濃度，P為精餾塔壓強(qiáng)，Ti為第i塊塔板的溫度，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、 b、c為安東尼(Antonie)常數(shù)；3)如圖3模塊16從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中獲取k采樣時(shí)刻溫度的測(cè)量值，擬合k采樣時(shí) 刻的溫度分布函數(shù)如式(1) (2)
(2)其中， 為第i塊塔板處預(yù)估溫度，Tfflinjr, Tfflaxjr, kr, Tfflinjs, Tfflaxjs, ks為擬合參數(shù)，Sr, Ss分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段液溫度分布曲線的位置；4)如圖3模塊17計(jì)算k采樣時(shí)刻的溫度分布曲線位置變化速度，并將曲線位置變 化速度存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(4)_(11)得到 Qi (k)=UA(Ti-Ti^1):
V1 =F(l-q)
Ln =Fq
Z/-if-iQAk) =Σ ‘ i = l 乂
Vf =V、 j _ HH,產(chǎn)吃其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼(Antonie)常數(shù)，1\、 Ti+fl分別為第i塊塔板和第i+f-Ι塊塔板的溫度,Qi (k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板之間的熱 耦合量，UA為傳熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛熱，Vp Vf分別為塔頂 和進(jìn)料板處的汽相流率，Lf_i、Ln分別為第f-Ι塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量，Zf為 進(jìn)料組分濃度，Ti (k)、Xi (k)、Yi (k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫度、液相輕組分濃度和 汽相輕組分濃度，Xh (k)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-Ι塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，
Y1GOjfGO分別為k采樣時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度，#(幻、孕㈨分別為
atat
k采樣時(shí)刻精餾段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度；(5)如圖3模塊18預(yù)測(cè)k+Ι采樣時(shí)刻的溫度分布，從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取曲線位置 變化速度數(shù)據(jù)，溫度分布函數(shù)擬合參數(shù)，采樣周期值，采用式(12)_(15)得到
其中，δ為采樣周期，民(k)、Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲 線位置，S,(k+l)、Ss(k+l)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，+ 為 k+Ι采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值；6)如圖3模塊19從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)測(cè)值，計(jì)算k采樣 時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)誤差過程如式(16) 其中， (幻為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值A(chǔ) (k)為k采 樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差；7)如圖3模塊20修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(17)得到 其中，^伙+ 1)為k+Ι采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值。所述的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為DCS系統(tǒng)中的存儲(chǔ)裝置4，所述的DCS系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接口 3， 存儲(chǔ)裝置4，控制站5，其中控制站可以讀取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示觀測(cè)器工作過程狀態(tài)。上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)，包括與內(nèi)部熱耦合精餾塔直接連接的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和DCS系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)相連，其特征在于所述的上位機(jī)包括用以預(yù)測(cè)內(nèi)部熱耦合精餾塔將來(lái)時(shí)刻的溫度分布的觀測(cè)器，，所述觀測(cè)器包括溫度分布函數(shù)擬合模塊，用以采用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的各塊塔板溫度Ti擬合溫度分布函數(shù)，并將擬合參數(shù)存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(1)(2)得到i＝1，2，……，f-1 (1)i＝f，f+1，……，n (2)其中，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，n為塔底編號(hào)， 為第i塊塔板處預(yù)估溫度，Tmin，r、Tmax，r、kr、Tmin，s、Tmax，s、ks為擬合參數(shù)，Sr、Ss分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段液溫度分布曲線的位置；將來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度預(yù)測(cè)模塊，用以根據(jù)當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)以及溫度分布函數(shù)預(yù)測(cè)將來(lái)時(shí)刻的溫度變化趨勢(shì)，該模塊包括以下兩部分①?gòu)臍v史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取溫度測(cè)量值Ti(k)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻溫度分布曲線位置變化速度，并將曲線位置變化速度存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(3)-(11)得到i＝1，2，……，n (3)i＝1，2，……，n (4)Qi(k)＝UA(Ti-Ti+f-1)i＝1，2，……，f-1 (5)V1＝F(1-q) (6)Ln＝Fq (7)Vf＝V1+Lf-1(9) 其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，P為精餾塔壓強(qiáng)，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)，Ti、Ti+f1分別為第i塊塔板和第i+f-1塊塔板的溫度，Qi(k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板之間的熱耦合量，UA為傳熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛熱，V1、Vf分別為塔頂和進(jìn)料板處的汽相流率，Lf-1、Ln分別為第f-1塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量，Zf為進(jìn)料組分濃度，Ti(k)、Xi(k)、Yi(k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫度、液相輕組分濃度和汽相輕組分濃度，Xf-1(k)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-1塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，Y1(k)、Yf(k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度， 分別為k采樣時(shí)刻精餾段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度；②從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取溫度分布曲線位置變化速度數(shù)據(jù)，溫度分布函數(shù)擬合參數(shù)，采樣周期δ并計(jì)算下一時(shí)刻波形位置以及下一時(shí)刻溫度分布，采用式(12)-(15)得到i＝1，2，……，f-1 (14)i＝f，f+1，……，n (15)其中，δ為采樣周期，Sr(k)、Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，Sr(k+1)、Ss(k+1)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置， 為k+1時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值；溫度預(yù)測(cè)誤差補(bǔ)償模塊，用以從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)測(cè)值，計(jì)算預(yù)測(cè)誤差，修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(16)(17)得到i＝1，2，……，n (16) i＝1，2，……，n(17)其中， 為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值，ri(k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差， 為k+1采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值。FDA0000022887210000011.tif,FDA0000022887210000012.tif,FDA0000022887210000013.tif,FDA0000022887210000014.tif,FDA0000022887210000015.tif,FDA0000022887210000016.tif,FDA0000022887210000021.tif,FDA0000022887210000022.tif,FDA0000022887210000023.tif,FDA0000022887210000024.tif,FDA0000022887210000025.tif,FDA0000022887210000026.tif,FDA0000022887210000027.tif,FDA0000022887210000028.tif,FDA0000022887210000029.tif,FDA0000022887210000031.tif,FDA0000022887210000032.tif,FDA0000022887210000033.tif
2.如權(quán)利要求1所述的觀測(cè)器系統(tǒng)，其特征在于所述的上位機(jī)還包括人機(jī)界面模塊， 用以設(shè)定采樣周期，顯示觀測(cè)器輸出的將來(lái)時(shí)刻溫度預(yù)測(cè)值和當(dāng)前時(shí)刻溫度測(cè)量值。
3.—種如權(quán)利要求1所述的內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性過程觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的溫度 非線性觀測(cè)方法，其特征在于所述的觀測(cè)方法包括以下步驟1)確定采樣周期，并將相對(duì)揮發(fā)度α，安東尼常數(shù)a、b、c、保存在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中；2)檢測(cè)k采樣時(shí)刻精餾塔壓強(qiáng)P，以及各塔板溫度Ti,計(jì)算液相輕組分濃度值，采用式 ⑶得到 其中，下腳標(biāo)i為塔板編號(hào)，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，η為塔底編號(hào)，Xi為第i塊 塔板的液相組分濃度，P為精餾塔壓強(qiáng)，Ti為第i塊塔板的溫度，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c 為安東尼常數(shù)；3)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中獲取k采樣時(shí)刻溫度的測(cè)量值，擬合k采樣時(shí)刻的溫度分布函數(shù) 如式(1)⑵ 其中，7；為第i塊塔板處預(yù)估溫度，Tmin, r、Tmax, r、kr、Tmin, s、Tmax, s、ks為擬合參數(shù)，Sr, Ss分 別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段液溫度分布曲線的位置；4)計(jì)算k采樣時(shí)刻的溫度分布曲線位置變化速度，并將曲線位置變化速度存儲(chǔ)到歷史 數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，采用式(4)-(11)得到 其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)，凡、別為第i 塊塔板和第i+f-Ι塊塔板的溫度,Qi (k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板之間的熱耦合量，UA為傳 熱速率，q為進(jìn)料熱狀況，F(xiàn)為進(jìn)料流率，λ為汽化潛熱，Vp Vf分別為塔頂和進(jìn)料板處的汽 相流率，Lf_i、Ln分別為第f-Ι塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量，Zf為進(jìn)料組分濃度， Ti (k) ,Xi (k) ,Yi (k)分別為k采樣時(shí)刻第i塊塔板溫度、液相輕組分濃度和汽相輕組分濃度， Xm (k)、Xn(k)分別為k采樣時(shí)刻第f-Ι塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，Y1GO、Yf (k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂和進(jìn)料板處的汽相輕組分濃度，、分別為k采樣時(shí)刻精餾 段和提餾段的溫度分布曲線位置變化速度；5)預(yù)測(cè)k+Ι采樣時(shí)刻的溫度分布，從歷史數(shù)據(jù) 庫(kù)中獲取曲線位置變化速度數(shù)據(jù)，溫度分布函數(shù)擬合參數(shù)，采樣周期值，采用式(12)_(15) 得到 其中，5為采樣周期，民(k)、Ss(k)分別為k采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，S,(k+l)、Ss(k+l)分別為k+1采樣時(shí)刻精餾段、提餾段溫度分布曲線位置，+ 為k+1 時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值；6)從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前溫度測(cè)量值，以及預(yù)測(cè)值，計(jì)算k采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)誤 差過程如式(16) (16)其中， (幻為k采樣時(shí)刻精餾段或提餾段的第i塊塔板溫度的預(yù)測(cè)值，r,(k)為k采樣 時(shí)刻第i塊塔板的溫度預(yù)測(cè)誤差7)修正溫度預(yù)測(cè)值，采用式(17)得到 (17)其中，f如+ 1)為k+Ι采樣時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)修正值。
4.如權(quán)利要求3所述的溫度非線性觀測(cè)方法，其特征在于所述的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為DCS 系統(tǒng)中存儲(chǔ)裝置，控制站讀取歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示觀測(cè)器工作過程狀態(tài)。
全文摘要
一種內(nèi)部熱耦合精餾塔溫度非線性觀測(cè)系統(tǒng)，包括與內(nèi)部熱耦合精餾塔直接連接的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和DCS系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)相連，所述的上位機(jī)包括用以預(yù)測(cè)內(nèi)部熱耦合精餾塔將來(lái)時(shí)刻的塔板溫度分布的觀測(cè)器，所述的觀測(cè)器包括溫度分布函數(shù)擬合模塊、將來(lái)時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔塔板溫度預(yù)測(cè)模塊和溫度預(yù)測(cè)誤差補(bǔ)償模塊。本發(fā)明也提供了內(nèi)部熱耦合精餾塔的非線性溫度觀測(cè)方法。本發(fā)明能夠有效快速的在線預(yù)測(cè)內(nèi)部熱耦合精餾塔將來(lái)時(shí)刻的溫度變化，準(zhǔn)確地反應(yīng)內(nèi)部熱耦合精餾塔的強(qiáng)非線性動(dòng)態(tài)特性。
文檔編號(hào)B01D3/14GK101879378SQ20101021458
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉興高, 周葉翔 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)