專利名稱：一種聚乙烯生產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工領(lǐng)域的聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)，特別地，涉及一種聚乙烯生 產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
近二十年來，中國石油化學(xué)工業(yè)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。以處于石油化工生
產(chǎn)鏈末端的合成樹脂為例，到2007年底，合成樹脂生產(chǎn)規(guī)模居世界第二位，需 求規(guī)模居世界第一位，成為名副其實(shí)的世界生產(chǎn)大國、消費(fèi)大國、進(jìn)口大國， 其中聚乙烯樹脂占到合成樹脂總量的5成左右。因此，聚乙烯生產(chǎn)過程和裝置 是石油化工企業(yè)中最普遍和最重要的裝置之一。
聚乙烯樹脂的生產(chǎn)工藝有許多種，但不管何種工藝，其生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備操 作都是通過集散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)于幾乎全部的石油化工生產(chǎn)裝 置，DCS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、工藝流程顯示、過程趨勢顯示、基礎(chǔ)控制系 統(tǒng)組態(tài)、邏輯控制、回路控制和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，成為直到上世紀(jì)末石油 化工行業(yè)的首選主控設(shè)備，其裝機(jī)也涵蓋了超過95%的國內(nèi)聚乙烯生產(chǎn)過程。
隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和日益走向工業(yè)應(yīng)用，聚乙烯生產(chǎn)過程 開始追求節(jié)能降耗、安全平穩(wěn)、排產(chǎn)靈活、操作最優(yōu)、質(zhì)量卡邊的運(yùn)行操作模 式，由此而產(chǎn)生的工藝建模技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、故障診斷技術(shù)、專家系統(tǒng)技 術(shù)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)、牌號(hào)切換技術(shù)、質(zhì)量控制技術(shù)等各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)為上述 需求提供了可能。然而，由于DCS系統(tǒng)本身在使用目的上的不同和功能設(shè)計(jì)上 的限制，由各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)所生成的專用控制模塊基本上無法直接嵌入到 DCS系統(tǒng)中加以實(shí)施。因此，很久以來研究者們就在探討、設(shè)計(jì)一種以DCS為 基礎(chǔ)、能夠直接安裝在DCS之上的上位機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)。 迄今為止，已經(jīng)有幾種基于不同技術(shù)原理的方案見諸報(bào)道，但在功能上都存在 這樣或那樣的不足
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚乙烯生產(chǎn)過程的多功 能運(yùn)行監(jiān)控方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種聚乙烯生產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法，該方法首先組裝監(jiān)控系統(tǒng)， 安裝操作系統(tǒng)并在OPC接口機(jī)中安裝監(jiān)控系統(tǒng)與DCS的數(shù)據(jù)接口軟件；打通 OPC接口機(jī)與DCS的數(shù)據(jù)鏈路；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫通訊 接口模塊；打通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與0PC接口機(jī)的數(shù)據(jù)鏈路；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建庫；組態(tài) 監(jiān)控畫面；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝先進(jìn)監(jiān)控功能模塊，操作站、監(jiān)視站中安裝人 一機(jī)交互模塊；檢查整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通情況和整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)監(jiān)控功 能模塊的運(yùn)行情況；在線采集聚乙烯裝置的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)DCS系統(tǒng)在線采集 聚乙烯裝置的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過OPC接口機(jī)傳送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；分析采 集的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)試模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)；確定模型參數(shù)、控 制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)；調(diào)用先進(jìn)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行 監(jiān)控的過程中實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和控制策略；并對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)監(jiān)控及裝置運(yùn)行 的安全維護(hù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果
(1) 本發(fā)明的方法解決了現(xiàn)存DCS系統(tǒng)無法直接實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)的 缺陷，為聚乙烯生產(chǎn)裝置提供了一種新型的、集成多種技術(shù)的多功能運(yùn) 行監(jiān)控方法。本發(fā)明的方法不僅可應(yīng)用于聚乙烯生產(chǎn)過程，也可應(yīng)用于 其它以DCS系統(tǒng)作為主控設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)過程。
(2) 所選用的硬件設(shè)備全部為市場上常見的通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，不僅現(xiàn)場實(shí)施方 便，而且備品備件容易，避免了專用設(shè)備價(jià)位高、供貨不及時(shí)或自組裝 設(shè)備可靠性差、通用性差的缺點(diǎn)，為設(shè)備更換、系統(tǒng)升級(jí)帶來便利。
(3) 采用機(jī)理分析和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的混合建模方式，既區(qū)別于單純的機(jī)理 建模又不同于單純的數(shù)據(jù)建模；機(jī)理建模部分包括聚合動(dòng)力學(xué)模型、能 量平衡模型、質(zhì)量平衡模型、相平衡模型和專用物性數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)建模 部分采用多元統(tǒng)計(jì)理論與技術(shù)和大量的現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)。
(4) 本發(fā)明的方法突破了傳統(tǒng)的單一設(shè)備故障診斷概念，把關(guān)鍵變量評(píng)估、 設(shè)備維護(hù)計(jì)劃管理和應(yīng)急預(yù)案管理等納入到同一個(gè)功能框架下，完善了 聚乙烯裝置運(yùn)行的安全監(jiān)控能力。


圖1為聚乙烯生產(chǎn)過程多功能運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的聚乙烯生產(chǎn)過程多功能運(yùn)行監(jiān)控方法依托Intemet網(wǎng)絡(luò)連結(jié)的三層 體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。監(jiān)控系統(tǒng)由OPC接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作站 組和監(jiān)視站組構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為OPC接口機(jī)連接于生產(chǎn)現(xiàn)場的DCS系 統(tǒng)，為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器從OPC接口機(jī)中取得數(shù) 據(jù)，操作站組和監(jiān)視站組則通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可讀取數(shù)據(jù) 庫服務(wù)器中數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。OPC接口機(jī)是本發(fā)明中與DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的數(shù) 據(jù)接口設(shè)備，它通過DCS數(shù)據(jù)電纜與DCS系統(tǒng)連結(jié)。根據(jù)不同類型的DCS系 統(tǒng)，OPC接口機(jī)可以有不同選型。有些類型的DCS， OPC接口機(jī)是直接集成在 DCS的工程師站中，而另外一些類型的DCS， OPC接口機(jī)往往是一臺(tái)單獨(dú)的運(yùn) 行設(shè)備。在實(shí)際實(shí)施方案設(shè)計(jì)中，可以按照所要連結(jié)的DCS類型的不同選用OPC 接口機(jī)。作為本發(fā)明的核心，大部分先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。通 常，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是一臺(tái)高性能的、達(dá)到防爆防塵標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，如惠普服 務(wù)器、戴爾服務(wù)器等。操作站、監(jiān)控站等等是最上層的監(jiān)控工作站，本方法中 所有人一機(jī)交互操作和信息顯示都在這些監(jiān)控工作站中實(shí)現(xiàn)，并且可以視聚乙 烯生產(chǎn)過程的流程規(guī)模不同和現(xiàn)場技術(shù)人員運(yùn)行操作習(xí)慣設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)。通 常，操作站、監(jiān)視站的選型為達(dá)到防爆防塵標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，最好配置 觸摸屏。
本發(fā)明提出的聚乙烯生產(chǎn)過程多功能運(yùn)行監(jiān)控方法集成在上述硬件設(shè)備 中。OPC接口機(jī)中配置與DCS的數(shù)據(jù)接口，以實(shí)現(xiàn)與DCS的雙向數(shù)據(jù)通訊。 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中包含四個(gè)主要的功能模塊先進(jìn)監(jiān)控功能模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模 塊、數(shù)據(jù)庫通訊接口模塊和人一機(jī)交互操作模塊。其中，先進(jìn)監(jiān)控功能模塊是 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的信息流樞紐。先進(jìn)監(jiān) 控功能模塊中實(shí)現(xiàn)聚乙烯生產(chǎn)過程的工藝建模技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、故障診斷 技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)、牌號(hào)切換技術(shù)、質(zhì)量控制技術(shù)等各種先 進(jìn)監(jiān)控技術(shù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊采用成熟的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，如Aspen Tech的 Infoplus.21、 Oil System的PI、 Honeywell的PHD等，具體選擇往往取決于使用 者對(duì)某個(gè)產(chǎn)品的熟悉程度或日后維護(hù)的方便性。數(shù)據(jù)庫通訊接口模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫與OPC接口機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。人一機(jī)交互操作模塊主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng) 的所有人一機(jī)交互操作和信息顯示，即可采用通用的Web瀏覽器技術(shù)開發(fā)，也可以選用成熟的組態(tài)界面軟件(如Intellution的FIX、 Wonderware的InTouch、 SIMATIC的WinCC)，還可以選用數(shù)據(jù)庫中自帶的配套組件(如Infoplus.21的 Process Explore、 PI的Process Book)。
本發(fā)明提出的聚乙烯生產(chǎn)過程多功能運(yùn)行監(jiān)控方法，其技術(shù)核心體現(xiàn)在數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器的先進(jìn)監(jiān)控功能模塊中，涵蓋聚乙烯生產(chǎn)過程運(yùn)行、操作、計(jì)量、 計(jì)劃調(diào)度、安全維護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的多種先進(jìn)監(jiān)控功能。本模塊根
據(jù)其功能又劃分為4個(gè)子系統(tǒng)聚乙烯過程模型化系統(tǒng)、聚乙烯過程先進(jìn)控制 系統(tǒng)、過程最優(yōu)化系統(tǒng)、裝置安全維護(hù)系統(tǒng)。其中，聚乙烯過程模型化子系統(tǒng) 包含ll項(xiàng)功能熔融指數(shù)模型(功能l，計(jì)算反應(yīng)器當(dāng)前的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)熔融 指數(shù)，包括瞬時(shí)值和平均值)、流量補(bǔ)償計(jì)算模型(功能2，對(duì)部分流量檢測值 進(jìn)行壓力補(bǔ)償計(jì)算)、密度模型(功能3，計(jì)算反應(yīng)器當(dāng)前的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)密度， 包括瞬時(shí)值和平均值)、反應(yīng)器流化氣速計(jì)算模型(功能4，計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)
氣體流化速度的當(dāng)前值， 一般，為保持正常反應(yīng)狀態(tài)，流化氣速應(yīng)處于一個(gè)合
適的范圍之內(nèi))、產(chǎn)率計(jì)算模型(功能5，計(jì)算反應(yīng)器當(dāng)前產(chǎn)率，為改變負(fù)荷時(shí) 的產(chǎn)率控制提供支持)、反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率計(jì)算模型(功能6，計(jì)算表征反應(yīng)器運(yùn)行 效率的重要指標(biāo)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，為反應(yīng)器操作優(yōu)化提供決策支持)、露點(diǎn)計(jì)算模型 (功能7，反應(yīng)器冷凝操作模式下計(jì)算極限進(jìn)料溫度和冷凝分率，保持反應(yīng)器安 全操作狀態(tài))、反應(yīng)器安全操作溫度模型(功能8，計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)部最大的安全 操作溫度)、催化劑加料速度計(jì)算模型(功能9，計(jì)算當(dāng)前產(chǎn)率目標(biāo)下催化劑的 進(jìn)料量和平穩(wěn)進(jìn)料速度，并用于產(chǎn)率控制的內(nèi)回路被控變量)、反應(yīng)器校正物位 模型(功能10，計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)部當(dāng)前反應(yīng)產(chǎn)物的累計(jì)量，應(yīng)保持在一定范圍內(nèi) 以保障反應(yīng)過程的長期穩(wěn)定操作)、流程模擬計(jì)算模型(功能ll，為聚乙烯生產(chǎn) 過程提供的一套在線流程模擬專用模型，包括聚合動(dòng)力學(xué)模型、能量平衡模型、 質(zhì)量平衡模型、相平衡模型和專用物性數(shù)據(jù)集)；聚乙烯過程先進(jìn)控制子系統(tǒng)包 括9項(xiàng)功能反應(yīng)器溫度控制(功能12，聚乙烯生產(chǎn)過程的主要被控變量)、硅 膠活化控制(功能13，催化劑配置的間歇控制過程，包括硅膠活化器的溫度曲 線精確控制和流化氣流量跟蹤控制)、熔融指數(shù)控制(功能14，聚乙烯生產(chǎn)過程 兩個(gè)最主要的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)之一，受多個(gè)過程變量影響且作為控制指標(biāo)的 熔融指數(shù)不可在線測量，具有典型的多變量非線性控制特征)、氫氣乙烯比值控 制(功能15，是影響熔融指數(shù)的最主要可操作變量，作為熔融指數(shù)控制的內(nèi)回 路施加控制作用)、密度控制(功能16，聚乙烯生產(chǎn)過程兩個(gè)最主要的產(chǎn)品質(zhì)量 控制指標(biāo)之一，受多個(gè)過程變量影響且作為控制指標(biāo)的密度不可在線測量，具 有典型的多變量非線性控制特征)、丁烯乙烯比值控制(功能17，是影響密度的最主要可操作變量，作為密度控制的內(nèi)回路施加控制作用)、產(chǎn)率控制(功能18，
表征聚乙烯過程生產(chǎn)負(fù)荷的主要變量，當(dāng)需要調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)可借助產(chǎn)率控制，
操作變量一般是催化劑進(jìn)料量)、己烯乙烯比值控制(功能19，與丁烯乙烯比作 用相似，在某些產(chǎn)品牌號(hào)下工具單體采用己烯而非丁烯)、催化劑加料速度控制 (功能20，控制催化劑進(jìn)料量進(jìn)而控制產(chǎn)率的主要手段， 一般通過調(diào)節(jié)催化劑 進(jìn)料泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn))；過程最優(yōu)化子系統(tǒng)包括7項(xiàng)功能動(dòng)態(tài)最優(yōu)設(shè)定點(diǎn)求解(功 能21，對(duì)工藝設(shè)計(jì)確定的若干穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)工況和生產(chǎn)目標(biāo)進(jìn)行 動(dòng)態(tài)再求解，確保裝置生產(chǎn)在最優(yōu)狀態(tài)，如反應(yīng)器溫度、壓力、產(chǎn)率等等)、配 方管理及維護(hù)(功能22，對(duì)裝置眾多的產(chǎn)品配方進(jìn)行管理及維護(hù)，如增加配方、 刪除配方、修改配方等)、牌號(hào)最優(yōu)切換策略(功能23，進(jìn)行牌號(hào)切換前求解并 確定實(shí)施牌號(hào)切換的最優(yōu)操控策略，如操作變量的變化順序、演變曲線、變化 幅度、目標(biāo)值等)、最優(yōu)排產(chǎn)與調(diào)度(功能24，多牌號(hào)單生產(chǎn)線生產(chǎn)的排產(chǎn)與調(diào) 度方案、多牌號(hào)多生產(chǎn)線生產(chǎn)的排產(chǎn)與調(diào)度方案)、過渡態(tài)最優(yōu)控制策略(功能 25，主要是指牌號(hào)切換、裝置開車、裝置停車、負(fù)荷大幅度變化、部分設(shè)備故 障這幾種情況下的過渡態(tài)控制策略)、最優(yōu)質(zhì)量分析與決策(功能26，以產(chǎn)品熔 融指數(shù)和密度作為質(zhì)量指標(biāo)，根據(jù)一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量分析情況，對(duì)全 流程操作進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和決策支持)、在線流程模擬(功能27，借助流程模擬模 型進(jìn)行關(guān)鍵生產(chǎn)單元的模擬計(jì)算和預(yù)測分析，幫助現(xiàn)場技員作出決策)；裝 置安全維護(hù)子系統(tǒng)包括6項(xiàng)功能關(guān)鍵設(shè)備故障診斷(功能28，對(duì)裝置的關(guān)鍵 設(shè)備如反應(yīng)器、精餾塔、壓縮機(jī)、造粒機(jī)等進(jìn)行故障檢測與診斷)、關(guān)鍵變量平 穩(wěn)性評(píng)估(功能29，對(duì)聚乙烯裝置運(yùn)行的關(guān)鍵位號(hào)、關(guān)鍵指標(biāo)操作進(jìn)行平穩(wěn)性 評(píng)價(jià)與考核)、過程運(yùn)行品質(zhì)在線監(jiān)控(功能30，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)理論建立裝置運(yùn)
行品質(zhì)的總體評(píng)價(jià)模型，并進(jìn)行在線監(jiān)控，考察諸如平穩(wěn)性、優(yōu)化性、操控裕 度、狀態(tài)演變趨勢、潛在故障、裝置監(jiān)控程度等等)、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃管理(功能 31，對(duì)裝置總體和各主要設(shè)備的小修、中修、大修，對(duì)備品備件、維護(hù)人力安 排，對(duì)開、停車計(jì)劃等進(jìn)行管理和協(xié)調(diào))、安全操作溫度控制(功能32，按照最 大安全溫度模型計(jì)算結(jié)果，對(duì)反應(yīng)器操作溫度實(shí)時(shí)安全約束)、安全運(yùn)行應(yīng)急預(yù) 案管理(功能33,對(duì)裝置緊急狀態(tài)下的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行管理)。
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加 明顯。
本發(fā)明的聚乙烯生產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法，包括以下步驟
第一步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線及三層網(wǎng)絡(luò)連通，安裝操作系統(tǒng)
按照?qǐng)D1所示進(jìn)行布線及網(wǎng)絡(luò)連通；在前述的OPC接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作站、監(jiān)視站等設(shè)備上，都需安裝操作系統(tǒng)，如Windows 2000/XP。 第二步OPC接口機(jī)中安裝監(jiān)控系統(tǒng)與DCS的數(shù)據(jù)接口軟件 在OPC接口機(jī)中安裝與配置監(jiān)控系統(tǒng)與DCS的數(shù)據(jù)接口軟件是打通數(shù)據(jù)鏈
路的最重要的一步。本案例中選用Honeywell TPS的OPC Server作為接口軟件 第三步打通OPC接口機(jī)與DCS的數(shù)據(jù)鏈路
在DCS上通過在線組態(tài)設(shè)置一個(gè)虛擬測試點(diǎn)，利用一些商品化的OPC測試 工具對(duì)該虛擬測試點(diǎn)進(jìn)行雙向的讀、寫測試。如果讀、寫都成功，則進(jìn)行下一 步；否則，返回上一步對(duì)數(shù)據(jù)接口軟件重新安裝或設(shè)置，直到數(shù)據(jù)鏈路打通為 止。
第四歩數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫通訊接口模塊 本案例中使用的是Aspen Tech的Infoplus.21實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其配套的接 □ CIM-IO。
第五步打通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與OPC接口機(jī)的數(shù)據(jù)鏈路
按照第三步中OPC Server的配置結(jié)果對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的CIM-IO進(jìn)行配置， 觀察數(shù)據(jù)庫中點(diǎn)的通訊情況并運(yùn)用數(shù)據(jù)庫自帶的通訊測試工具進(jìn)行測試，直到 數(shù)據(jù)庫與OPC接口機(jī)連通為止。
第六步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建庫
根據(jù)聚乙烯裝置的DCS檢測位點(diǎn)和控制位點(diǎn)的設(shè)置，分別建立檢測點(diǎn)子庫 和控制點(diǎn)子庫；根據(jù)先進(jìn)監(jiān)控功能模塊的功能設(shè)計(jì)，分別建立模型計(jì)算點(diǎn)子庫 和安全監(jiān)控點(diǎn)子庫。另外，還要給予配方管理、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃、應(yīng)急預(yù)案等的 信息和數(shù)據(jù)必要的庫空間。
第七步組態(tài)監(jiān)控畫面
本案例中的人一機(jī)交互操作模塊采用數(shù)據(jù)庫配套的Process Explore,該組件 的安裝已經(jīng)在第四步完成，剩下的工作是根據(jù)工藝流程和功能設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)控畫 面組態(tài)。
第八步數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝先進(jìn)監(jiān)控功能模塊
在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝先進(jìn)監(jiān)控功能模塊，包括模塊中33種功能的全部或 部分(可選)。安裝完畢后修改配置文件，填入數(shù)據(jù)庫的邏輯名和數(shù)據(jù)庫、歷史 庫安裝路徑等信息，重啟即可。
第九步操作站、監(jiān)視站中安裝人一機(jī)交互模塊
在操作站、監(jiān)視站中重做第四步的安裝工作，只不過選項(xiàng)僅僅為Aspen Process Explorer —項(xiàng)。安裝完畢后重啟，并檢查操作站、監(jiān)視站與數(shù)據(jù)庫服 務(wù)器的數(shù)據(jù)連通狀態(tài)。第十步檢査整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通情況
將第七步完成的監(jiān)控畫面拷貝到操作站、監(jiān)視站中合適的目錄下，啟動(dòng)其 中任一個(gè)具有現(xiàn)場檢測點(diǎn)的畫面，如果隨著裝置的運(yùn)行在操作站、監(jiān)視站看到 的檢測點(diǎn)變化準(zhǔn)確無誤，則表明從DCS歷經(jīng)OPC接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，再到 操作站、監(jiān)視站，數(shù)據(jù)的"讀"通道是暢通的。同理，啟動(dòng)其中任一個(gè)具有現(xiàn) 場控制點(diǎn)的畫面(前提是這個(gè)控制點(diǎn)允許進(jìn)行寫入試驗(yàn)，如果裝置正常運(yùn)行過
程中不允許在任何一個(gè)控制點(diǎn)上做試驗(yàn)，則可在DCS中建立虛擬測試點(diǎn)，如第 三步)，如果在操作站、監(jiān)視站上寫入的數(shù)據(jù)能夠在DCS上準(zhǔn)確無誤地顯示， 則表明從操作站、監(jiān)視站，歷經(jīng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、OPC接口機(jī)，再到DCS，數(shù)據(jù) 的"寫"通道是暢通的。如果數(shù)據(jù)的任一走向或雙向不通，則需進(jìn)一步檢査上 述幾步的安裝和設(shè)置，以確保雙向暢通。
第十一步檢査整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)監(jiān)控功能模塊的運(yùn)行情況
為監(jiān)視和管理整個(gè)先進(jìn)監(jiān)控功能模塊的運(yùn)行，特別設(shè)置了監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行任 務(wù)管理器。運(yùn)用該管理器，既可以在線査看每個(gè)功能任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常， 也可以隨時(shí)停止、暫停、重啟任一功能任務(wù)的運(yùn)行。
第十一步在線采集聚乙烯裝置的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)
一般，每個(gè)牌號(hào)的正常運(yùn)行數(shù)據(jù)需連續(xù)48小時(shí)以上(數(shù)據(jù)庫采集周期10 30秒可設(shè)，下同)并保存在數(shù)據(jù)庫中；不同牌號(hào)的切換操作數(shù)據(jù)需至少一個(gè)完 整的切換周期(常規(guī)牌號(hào)約6 10小時(shí)不等，并且遍歷所有慣常切換順序裝置 的開車過程運(yùn)行數(shù)據(jù)(持續(xù)約15小時(shí)以上)保存在數(shù)據(jù)庫中；裝置的正常停車 過程運(yùn)行數(shù)據(jù)(持續(xù)約20小時(shí)以上)保存在數(shù)據(jù)庫中。
每個(gè)牌號(hào)的運(yùn)行數(shù)據(jù)由現(xiàn)場DCS系統(tǒng)通過OPC接口機(jī)傳送至數(shù)據(jù)庫服務(wù) 器儲(chǔ)存，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以將數(shù)據(jù)采集工作分期、分批進(jìn)行，即事先規(guī)劃好數(shù) 據(jù)采集的類型、工藝特征、采集周期、工藝點(diǎn)統(tǒng)計(jì)等等，但采集時(shí)間表不定， 實(shí)際運(yùn)行中碰到哪種類型就采集哪種類型，直到所有規(guī)劃的數(shù)據(jù)集齊全為止
第十二步分析采集的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)試模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參
數(shù)
根據(jù)上一步采集的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)用聚乙烯過程模型化子系統(tǒng)提取采集 到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，這個(gè)子系統(tǒng)為聚乙烯生產(chǎn)過程提供的一套在線流程模擬專用模 型以及生產(chǎn)過程中需要用到的各種其它模型，主要包括熔融指數(shù)模型、產(chǎn)率計(jì) 算模型、反應(yīng)器安全操作溫度模型、催化劑加料速度計(jì)算模型、流程模擬計(jì)算 模型。數(shù)據(jù)進(jìn)入模型化子系統(tǒng)后，系統(tǒng)將根據(jù)對(duì)每一批數(shù)據(jù)的分析結(jié)果結(jié)合系 統(tǒng)原有的模型對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使模型與實(shí)際工況更加匹配。該子系統(tǒng)通過對(duì)多批數(shù)據(jù)的分析和處理，多次調(diào)試并確定模型參數(shù)、控制 參數(shù)，直到滿足使用要求和精度為止。此項(xiàng)工作可視數(shù)據(jù)采集的具體情況，分 期、分批進(jìn)行。
第十三步確定模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)
根據(jù)上一步模型化子系統(tǒng)調(diào)試的所得的一些模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參 數(shù)，全面觀察和分析整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)監(jiān)控功能運(yùn)用這些參數(shù)的運(yùn)行效果，參 照模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的偏差以及根據(jù)模型進(jìn)行控制的效率高低，從中選取一 組最佳的模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)，按照該最佳選擇更新系統(tǒng)，確認(rèn)該 模型的參數(shù)。至此，監(jiān)控模型及其參數(shù)被確定。
第十四步調(diào)用先進(jìn)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控
先進(jìn)控制系統(tǒng)控制功能包括反應(yīng)器溫度控制、硅膠活化控制、熔融指數(shù) 控制、氫氣乙烯比值控制、密度控制、丁烯乙烯比值控制、產(chǎn)率控制、己烯乙 烯比值控制、催化劑加料速度控制。
反應(yīng)器溫度控制是聚乙烯生產(chǎn)過程的主要被控變量，系統(tǒng)通過對(duì)生產(chǎn)裝置 冷卻系統(tǒng)的控制來調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)的溫度；熔融指數(shù)和密度控制控制作為聚乙烯 生產(chǎn)過程兩個(gè)最主要的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)，均不可在線測量，需要依賴乙烯過 程模型化子系統(tǒng)所建立的模型來間接測量及控制；氫氣乙烯比值控制和丁烯乙 烯比值控制則是影響熔融指數(shù)和密度的最主要可操作變量，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)分別 提氣體的控制閥來實(shí)現(xiàn)比值控制；產(chǎn)率控制是表征聚乙烯過程生產(chǎn)負(fù)荷的主要
變量，系統(tǒng)通過控制催化劑的進(jìn)料量來控制產(chǎn)品的產(chǎn)率。
此功能涉及了聚乙烯生產(chǎn)需要控制的多各方面。本系統(tǒng)的控制也要依賴聚 乙烯過程模型化子系統(tǒng)所建立的模型。
第十五步對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控的過程中實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和控制策略
過程最優(yōu)化子系統(tǒng)的運(yùn)行可以確保裝置生產(chǎn)在最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)最 優(yōu)設(shè)定點(diǎn)求解通過對(duì)工藝設(shè)計(jì)確定的若干穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)工況和生 產(chǎn)目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)再求解，確保裝置生產(chǎn)點(diǎn)的最優(yōu)化；在生產(chǎn)裝置進(jìn)行牌號(hào)切換
或者裝置開、停車時(shí)，系統(tǒng)提供最優(yōu)切換策略，對(duì)操作變量的變化順序、演變
曲線、變化幅度、目標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算控制，找到切換的最優(yōu)路徑；最優(yōu)質(zhì)量分析 與決策，以產(chǎn)品熔融指數(shù)和密度作為質(zhì)量指標(biāo)，根據(jù)一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì) 量分析情況，對(duì)全流程操作進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和決策支持；當(dāng)現(xiàn)場人員需要對(duì)生產(chǎn) 裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整或者優(yōu)化時(shí)，本子系統(tǒng)提供的在線流程模擬功能可以 借助流程模擬模型進(jìn)行關(guān)鍵生產(chǎn)單元的模擬計(jì)算和預(yù)測分析，幫助現(xiàn)場技術(shù)人 員作出決策；第十六步對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)監(jiān)控及裝置運(yùn)行的安全維護(hù)
利用裝置安全維護(hù)子系統(tǒng)可以對(duì)聚乙烯裝置運(yùn)行的關(guān)鍵位號(hào)、關(guān)鍵指標(biāo)操 作進(jìn)行平穩(wěn)性評(píng)價(jià)與考核，以及運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)理論建立裝置運(yùn)行品質(zhì)的總體評(píng) 價(jià)模型平穩(wěn)性、優(yōu)化性、操控裕度、狀態(tài)演變趨勢、潛在故障、裝置監(jiān)控程度 等。遇到緊急情況是該系統(tǒng)能保證實(shí)施預(yù)定的緊急預(yù)案，保證生產(chǎn)安全。
權(quán)利要求
1. 一種聚乙烯生產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟(1)組裝監(jiān)控系統(tǒng)，安裝操作系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由OPC接口機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作站組和監(jiān)視站組組成。OPC接口機(jī)與生產(chǎn)現(xiàn)場的DCS系統(tǒng)相連，，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與OPC接口機(jī)相連，操作站組和監(jiān)視站組通過工業(yè)以太網(wǎng)連接與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連。各設(shè)備安裝操作系統(tǒng)，并在OPC接口機(jī)中安裝監(jiān)控系統(tǒng)與DCS的數(shù)據(jù)接口軟件。(2)打通OPC接口機(jī)與DCS的數(shù)據(jù)鏈路。(3)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫通訊接口模塊。(4)打通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與OPC接口機(jī)的數(shù)據(jù)鏈路。(5)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建庫。(6)組態(tài)監(jiān)控畫面。(7)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中安裝先進(jìn)監(jiān)控功能模塊，操作站、監(jiān)視站中安裝人—機(jī)交互模塊。(8)檢查整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連通情況和整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)監(jiān)控功能模塊的運(yùn)行情況。(9)在線采集聚乙烯裝置的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)DCS系統(tǒng)在線采集聚乙烯裝置的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過OPC接口機(jī)傳送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。(10)分析采集的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)試模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。(11)確定模型參數(shù)、控制參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。(12)監(jiān)控站組調(diào)用先進(jìn)控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控的過程中實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和控制策略。監(jiān)控站組監(jiān)控生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)及裝置安全運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚乙烯生產(chǎn)過程的多功能運(yùn)行監(jiān)控方法，該方法依托Internet網(wǎng)絡(luò)連結(jié)的三層體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明在實(shí)施、應(yīng)用上具有組網(wǎng)簡單和升級(jí)、互連、更新、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備選型通用、標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明解決了當(dāng)前聚乙烯生產(chǎn)裝置缺乏全方位運(yùn)行監(jiān)控手段的問題和DCS系統(tǒng)無法直接實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)的缺陷，并且就體系結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型而言，可方便地推廣應(yīng)用于其它類型的工業(yè)裝置。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101430555SQ200810163149
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者劉育明, 葉魯彬, 吳雪峰, 麗 杜, 軍 梁, 王文慶, 蔣斌波 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)