UCS在单塔汽提装置中的应用-中华塔器网

罗真，高智泉
(独山子石化公司炼油厂．新疆独山子833600)
单塔汽提装置是炼油厂的工业含硫污水处理装置。因为涉及到环保目标的实现，所以对工艺指标要求比较严格。该装置的规模是81个I／O点，具体如表1所列。

该装置以前是以二次表的形式进行单回路的控制。为优化控制方案，提高自动化程度，保障安全、稳定和长周期运行，提高经济效益，引进了UCS来实现主要工艺流程的DCS控制。
1 系统简介
UCS (Unsophisticated M odel and ComplexAlgorithm Control System)是先进的智能专家DCS，对于工业领域中常见的非线性、时变、大时滞、严重耦合、变结构等复杂的生产过程具有非常强的控制能力。由该技术构成的控制器具有非常强的实用性，使用者无需进行控制器设计、过程辨识也无需重新整定控制器参数就可以投用。它是集预估(对于纯滞后的环节，如温度、pH 值)、模糊、前馈、仿人智能、PID于一身的控制技术，具有非常好的鲁棒性、自适应性，为生产过程的平稳控制提供了最有力的控制工具。
在单塔汽提项目中，整个系统采用了5个ADAM一5511控制器来实现控制功能，如图1所示。
1．1 上位机的配置
1)硬件平台。只要是能运行WIN2000专业版的工业控制用PC机即可。即P200 MMX以上CPU，内存32 M 以上，硬盘2 G以上，具有以太网卡的PC机。可以说对于现在的硬件基础没有什么特殊要求。
笔者应用的是研华科技股份有限公司(以下简称研华)的工控机，其配置：CPU 为Intel公司的P4 2．8，内存512 M，硬盘容量为40 G，网卡为Link DFE530。
2)软件平台。操作平台：微软的WIN2000中文专业版。

     人机界面采用的是北京亚控的组态王V6．5，是一流的国产工业自动化通用组态软件。系统不但有流程图显示、控制组画面、过程报警、流量累积等DCS基本功能，还有历史趋势记录、实时数据上传、远程监控等扩展功能。
1．2 控制器
     采用研华的ADAM一5511。其结构紧凑，带基于Intel X86 CPU 连续的Datalight ROM—DOS。支持64点I／0，串行通讯。对于专业C／C++程序员，ADAM一5510系列应用程序可以被写和编译Turbo C，而且可以下载到ADAM一551O／5510M。由于研华的产品在国内外许多行业被广泛应用，其产品质量好，硬件品种齐全，无备品配件的后顾之忧。该项目中，共用了5个AI卡，6个RTD卡，1个TC卡，一个DI卡，5个AO卡。散布在5个控制器上。
1．3 通讯器
采用的ADAM一4520，实现ADAM一55 与上位机之间的RS一485到RS-232的协议转换。
2 算法简介
     从2O世纪5O年代末以来在时滞控制方面先后出现了基于模型的方法和无模型这两大类方法，基于模型的方法有Smith预估补偿控制、改进的Smith预估控制、多变量的Smith预估控制、最优控制方法、自适应控制、有限谱配置法、动态矩阵预报控制、预测控制、滑模变结构控制、鲁棒控制等。无模控制方法有模糊Smith，自适应模糊，模糊PID，模糊自整定，神经网络预估法，专家控制等。UCS是介于无模型和模型算法之间的一种综合控制思想。
2．1 控制机理
     UCS简单模型复杂控制算法，既然存在有模型和无模型两大类，而有模型则模型过于复杂，达不到商品的形式，无模型虽然简单，但实际应用的效果又不尽人意，如何解决这个问题，笔者下面涉及到的，既有“有模型”也有“无模型”，只是“有模型”让模型简单、通用万能，“无模型”则让算法复杂、实用，因此UMCA是通用简单模型复杂控制算法。
     而在这里生产过程又分为有纯滞后环节和无纯滞后环节二种类型，它们算法的根本区别：前者加入了一个通用模型；后者没有。而这个通用模型恰恰是为了纯滞后环节的生产过程而制定的，它是一个万能的模型。
2．2 数据校正
1)真值的超前校正。具有纯滞后环节的Y(是)
    是非常真实的，如何让真实值超前，笔者建立了如下数据校正。

有了上述2个预估值及超前值，从而实现了对真实值的预测控制，使原具有纯滞后环节的生产过程转化为没有纯滞后的生产过程。
2)预估值的真实化。生产过程数学模型的建立是非常复杂的，而且即使建立了数学模型，这个模型也不是万能的，测试的幅度大小都可能导致模型的改变，而如何把具有纯滞后环节的生产过程转化为无纯滞后环节的生产过程是人们要做的主要工作。但不论如何做，最终都是体现在阀门的开度大与小。例如预估补偿，它的前提是要求数学模型准确，又如预测控制，它要有预测模型，滚动优化，在线柔化和反馈校正。但最有影响的预测控制算法如：动态矩阵控制(DMC)、模型算法控制(MAC)都离不开对生产过程的测试。不测试就能建立模型，而这个模型是万能的，是通用的，也是人们理想中的。
为此笔者建立了如图3所示的通用模型——经过3次校正得出预估值δ(k)的模型，从而达到了预估的目的，而实施起来也非常方便、实用。

在常规控制系统中一般只有调整P，I，D的参数后才可能投用控制系统，但该控制系统本身也就决定了只能控制一般工况或一般场合，不适合有干扰和纯滞后环节，或者说一出现干扰，P，f，D三参数为了控制得更好就必须调整，而就PID算法本身对于实施控制就有着不可避免的负作用。在纯滞后环节的生产过程中就更显示出自身的不足，虽然可以使用微分，但从离散微分的形成，2y(k-1)- y(k)- y(k-2)就可以看出微分也没有多大的能力使具有纯滞后环节的对象能超前控制。因为PID中的微分是一阶微分超前，而在纯滞后时间r内是不起作用的。纯滞后补偿超前是多阶微分超前。
而简单模型复杂算法控制系统却截然不同，因为它本身虽然具有PID的形式，但已完全把PID不好的“遗传基因”全部剔除，使之对于生产进程出现的任何干扰能够自动地加以识别、不断根据生产过程的参数变化调整阀位输出，以适应干扰的变化，自适应性强。
对于具有纯滞后的环节生产过程，复杂算法已经使之控制自如。它可以把这种难以控制的生产过程当作没有纯滞后环节的生产过程来控制，这也是任何其他算法所不能比美的，也是复杂算法的精髓所在。简单地说，不论是具有纯滞后环节还是没有纯滞后环节的生产过程都一视同仁地当作没有纯滞后环节的生产过程进行控制，当然二种不同的生产过程其投入的控制系统和参数调整的多少也不同，但取得的效果非常好，达到了“傻瓜”的程度。
3 算法嵌入
算法是整个系统的灵魂，笔者采用的开发平台：Microsoft公司的VisualC++6．0中文版。程序(如图4所示)在上位机上编译、调试完成后下装到控制器中运行。
为了适应不同的运用场合，笔者将程序分成主程序和组态文件，主程序是通用的，组态文件针对每个控制器的插卡情况及要求的功能进行编写。
4 应用效果及结论
4．1 应用效果
1)该系统使难以控制的纯滞后环节的生产过程如同一般纯滞后环节的一样，充分显示出其优越性。

2)该系统的特点：具有简单的数学模型，而且该模型是通用的、简单的、万能的，通过实践检验的；它有复杂的算法，不同于PID，且保留了PID的优点、剔除了PID的缺点，既有仿人智能的PID，又有模糊控制的算法，鲁棒性强。
3)控制算法的参数虽然略多一些，但调试后可固定不变，在实际操作中易懂易用。
4)系统自投用以来，运行稳定，操作界面简单易用，能完成各种严格控制要求。提高了生产平稳率，大大降低了工作强度，受到工艺操作人员欢迎。
4．2 软硬件评价
在软件方面，首先，笔者选用了主流、先进的软件作为开发应用平台，给项目的顺利进展提供了可靠的保证；其次，通用化的设计思路大大减轻了组态工作量。
在硬件上，从研华工控机到ADAM-5511控制器，过硬的质量保证和良好的一致性是系统构成的稳定基础。当然，低速的串行通讯和非冗余的结构是这套小系统无法运用于大型场合的主要束缚。

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