管式加热炉远程智能监测系统

摘要

管式加热炉是石化企业炼油厂的主要生产设备，主要用于气体或液体原料的加热，在生产过程中燃料消耗占炼油成本的绝大部分。因此，提高管式加热炉的热效率，对加热炉进行节能降耗优化，是降低生产成本的重要手段。但目前对管式加热炉的烟气检测还是采用便携式烟气分析仪进行人工检测，通过这种方式取得的烟气数据必然存在一定的滞后性，难以实现稳定地保持加热炉运行在高燃烧效率状态的要求。
　　 针对石化企业管式加热炉在线监控及优化控制的需要，本课题采用可编程序控制器作为整个系统的主控单元，控制在线烟气分析仪对加热炉的烟气（氧气、一氧化碳和二氧化硫）进行在线采集及分析，然后通过ZigBee无线通信方式将烟气数据传送到中控室工控机进行组态监控。应用组态软件开发设计组态监控画面，并将监控画面进行Web发布，实现对管式加热炉燃烧状态的远距离监控。
　　 为了达到在线优化的目的，本课题提出了管式加热炉冗余调炉决策系统，包括基于规则库的控制策略和基于模型的控制策略。并通过加热炉炉况分析系统判断加热炉的运行状况，当加热炉处于平稳运行状态时应用基于模型的控制策略，当在加热炉处于非平稳运行状态时应用基于规则库的控制策略。
　　 基于规则库的调炉策略借鉴了专家系统的思想，以现场技术人员的知识和经验为基础建立规则库，决策系统应用采集到的数据对加热炉的运行状况进行推理，得出调炉建议。
　　 基于模型的调炉策略则是以管式加热炉的数学模型为基础。但由于管式加热炉的模型很难通过机理建模的方法进行建立，本文通过数值建模的方法，应用支持向量机的算法建立管式加热炉的模型。并利用现场采集的数据对模型进行验证，表明该模型短期预测精度较高。再应用广义预测控制算法(GPC)提高调炉决策系统的控制精度。由于加热炉数学模型的建立及广义预测算法都需要大量的计算，本文采用Matlab软件后台处理复杂的数学计算问题，将得出的调炉决策在组态界面进行显示，从而实现基于模型的控制策略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 管式加热炉概述

1．2 管式加热炉在线监测及控制系统的发展现状

1．3 课题的研究目的和意义

1．4 课题主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 总体方案设计

2．1 系统的总体框图

2．2 管式加热炉烟气采集系统设计方案

2．3 管式加热炉冗余调炉决策系统设计方案

2．4 本章小结

第三章 管式加热炉烟气采集系统

3．1 数据采集单元的设计

3．1．1 监测点及监测参数的确定

3．1．2 硬件选择

3．2 无线通信系统设计

3．2．1 ZigBee技术与Mesh网络

3．2．2 ZigBee模块与可编程序控制器的通信设置

3．2．3 ZigBee模块与上位机组态软件的通信设置

3．3 系统监控界面

3．3．1 监控界面的功能与要求

3．3．2 监控界面的设计与实现

3．4 本章小结

第四章 基于支持向量机的管式加热炉数学建模

4．1 支持向量机简介

4．1．1 分类超平面

4．1．2 核函数

4．2 基于ε-SVR算法的预测数学模型

4．3 基于遗传算法的参数寻优

4．4 基于支持向量机的管式加热炉模型建立及实验仿真

4．4．1 数据预处理

4．4．2 仿真结果

4．5 本章小结

第五章 管式加热炉的广义预测控制

5．1 广义预测控制概述

5．1．1 广义预测控制基本算法

5．1．2 丢蕃图方程的求取

5．2 管式加热炉预测模型线性化

5．3 实验仿真

5．4 本章小结

第六章 管式加热炉冗余调炉决策系统设计

6．1 两个调炉子系统切换条件选择

6．2 基于规则库的调炉策略

6．3 基于模型的调炉策略

6．3．1 基于OPC技术的Matlab与组态王的通信

6．3．2 基于模型的调炉策略流程

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢