管式加热炉冗余调炉决策支持系统

摘要

管式加热炉是石油化工企业中最普遍的一种设备，管式加热炉每年消耗大量能源的同时也排出了很多废气，近几年来，随着国家和人民对节能减排，减少污染的重视，对管式加热炉生产过程的在线监测与优化控制的研究也已经提到了越来越重要的位置。
　　 管式加热炉的生产过程是一个多变量的、时变的、非线性很强的生产过程，采用普通的PID控制算法很难达到较好的控制效果，因此，本文从现有技术与工业现场的实际情况出发，确定了本系统的总体规划。本系统由温度、烟气采集子系统、基于经验的调炉建议子系统和基于模型的调炉建议子系统组成。
　　 温度与烟气采集子系统由单片机系统，温度传感器和气体分析仪组成，单片机系统是本采集系统的核心控制单元，通过RS-485总线与温度传感器通讯，将温度信号采集到单片机内，气体分析仪的输出信号是0-5V的电压信号，单片机通过AD采集模块对气体信号进行采集，最后通过RS-232总线将采集到的温度与气体信息传递给PC机，完成数据采集与传递的任务。
　　 由于管式加热炉工作过程十分复杂，影响热效率的因素很多，论文在充分研究了这些因素的相互关系与对加热炉燃烧的影响，以及现场工程技术人员实际调炉工作的基础上，进行了基于经验的调炉建议子系统设计。选定Visual Basic6.0与Access作为调炉建议子系统的开发工具，设计了管式加热炉调炉决策支持系统的整体界面，构建完成了基于经验的调炉建议子系统。
　　 本文根据管式加热炉控制系统的需求，研究了基于模型的调炉建议子系统，以GPC广义预测控制算法作为核心算法。根据已建立的管式加热炉模型对本系统进行了仿真实验研究。本文采用Visual Basic6.0与Matlab作为开发工具，Visual Basic6.0作为前台界面，Matlab作为后台计算工具，通过Visual Basic6.0与Matlab混合编程技术来完成前台与后台的数据传递功能，并对计算数据进行分析，最后给出调炉建议。
　　 本文根据系统特点，建立了两种调炉建议子系统的切换条件，以便基于模型的调炉建议子系统得到完善后，应用到实际工作中去，实现对两种调炉建议子系统的切换。本条件通过对烟气氧含量的判定来决定所采用的调炉子系统，如果氧含量小范围波动则采用基于模型的调炉系统，如果氧含量大范围波动则采用基于经验的调炉系统。