油气电加热设备温度预估控制系统设计与实现

摘要

在油气储运过程中，油气需要加热以便于输送，但是加热系统往往具有滞后特性。由于纯滞后的存在，使得系统的超调量变大，调节时间变长，滞后过程因此被公认为较难控制的对象。但是时滞系统广泛存在于现代的工业过程中，同时也是控制理论应用的一个重要领域，因此研究时滞系统有很重要的意义。由于时滞环节所固有的特性决定了其控制的复杂性，因此本文提出了油气电加热设备优化调度方法和采用广义预估控制方法在油气电加热设备温度控制中的应用。
　　 首先，介绍了油气电加热设备的工艺要求以及流程，油气电加热设备中电加热元件运行寿命基本相同，在不满负荷运行的情况下，有的一直运行，有的闲置，造成电加热元件整体寿命降低。在本文运用优化控制原理建立了电加热元件循环工作的方法，用可编程控制器S7-200实现电加热元件的调度控制，提高了油气电加热设备的整体寿命。
　　 其次，研究和探讨了油气电加热过程的数学模型建立，由于系统过于复杂，所以对该系统进行分块建模，采用能量转换、热量传递模块的建模。预测控制是以各种不同的预测控制模型为基础，根据预估控制原理以及递推最小二乘法的应用条件，采用在线滚动优化指标和反馈自校正策略，力求有效地克服被控对象的不确定性、迟滞和时变等因素的动态影响，从而达到预期的控制目的--参考轨迹输入，通过递推最小二乘法对建立的数学模型进行回归分析，并使系统具有良好的鲁棒性和稳定性。
　　 最后，论文结合油气电加热设备加热的工作特点和现场实际情况，设计出了一套合理的油气电加热设备温度自动控制方案。采用西门子的S7-200PLC组成一个完整的油气电加热设备的温度控制系统，对产品进行实际调试。
　　 通过在涠洲6-8平台项目中实际应用，由于本文建立的模型和实际系统模型一致，油气电加热设备出口温度平稳；同时解决了系统多棒工作时间不相同的问题，增加了油气电加热设备的工作寿命，得到了客户的好评。因此，此系统有一定的实用价值。