化工过程控制目标和集中分散控制系统解析

王 战

（荆楚理工学院，湖北当阳 444100）

化工过程控制目标和集中分散控制系统解析

王 战

（荆楚理工学院，湖北当阳 444100）

为了解决化工生产的安全问题，采取构建过程块分散控制系统，以实现多变量系统的集中控制，降低化工生产的安全隐患，使得化工生产的安全性得以保证。针对化工生产集中分散控制系统关键技术与功能实现，做了简单的论述。

化工生产；过程控制目标；集中分散控制；解析

化工过程控制主要运用计算机技术，在化工过程管理系统中引入控制系统，建成集中分散控制系统，以提高生产的效率与安全性。化工过程控制中，若能够实现集中分散控制系统，则能够确保控制系统运行的安全性，而建立集中分散系统无疑是最佳选择。

1 化工过程控制目标概述

化工过程控制目标是实现集中控制计算机，确保各项操作与监视功能得以保证，集中分散控制系统，则是运用控制系统优势，以及模拟仪表优势等，使得控制系统运行的安全性得以保证。集中控制主要是利用操作变量，来控制被控变量，具有较强的控制性能，能够有效的解决多变量系统控制问题。集中控制设计具有难度，而且不容易维护。集中分散控制系统，则将多变量系统进行分解处理，转化为多个子系统，设计PID控制器，设计与调试较为简单，但是系统内部的耦合性较差，难以实现集中控制目标。目前多使用过程块分散控制系统，集成集中控制与分散控制系统优势，以达到集中控制目标。

2 化工集中分散控制系统中应用的技术

化工分散控制系统中，主要应用以下关键技术：

1）分散型集中控制技术。该技术主要是利用4级分布式设计结构，使用分级阶梯结构，按照化工生产装置布局情况，划分功能单元。集中控制是通过构建完善的系统整体，基于通信网络，集成各功能模块，利用过程控制网络，则能够实现数据传输，利用操作站，则可以实现数据显示、操作与报警功能等。

2）工业自动化控制技术。过程块分散控制系统，基于反馈控制原理，遵循PID控制规律，对系统获取的输出量，以及设定量误差等，进行比例处理与微积分处理等，再将处理结果作为系统控制量，完成电路转换工作，或者将其作为控制信号执行控制，修正控制误差，进而实现集中控制目标。

3）图形化组态。过程块分散控制系统中，使用的图形化编程语言主要是C语言，在此基础上进行系统语言开发，使用图标、术语、文本替换等，不仅能够提高工作效率，还能够确保程序可视化的实现。基于系统设计要求，借助系统软件与硬件的支持，采用系统组态，运用计算、绘图等功能，预先组织硬件设备与软件系统，以确保系统功能得以实现。利用集散控制系统的操作界面以及系统结构，实现化工过程集中控制，以及数据通信与集中显示。

3 化工分散控制系统功能的实现

3.1 明确集中控制目标函数与运行条件

化工控制过程块分散控制系统功能的实现，要确定系统过程控制目标函数，明确操作限制条件。在制定标准控制结构之前，则需要确定操作目标，以及产品质量与安全因素等。化工生产较为复杂，需要控制的对象较多，在进行系统设计时，则就可以将目标函数定义成为本函数，记为J，在某时期内要持续稳定，但是J是不固定的，其受到市场环境以及产品价格等因素的影响，将会发生极大的转变。系统操作限制条件，则主要是为了确保化工产品质量以及化工生产的安全性的基础控制目标，限制条件受到设计强度因素，以及尺寸大小因素等的影响，因此在设计的过程中要重点考虑。

3.2 自由度分析

化工过程控制设计主要是考虑化工生产的整体，为构建系统操作单元，提供操作策略与建议，化工过程控制设计，需要进行自由度分析，在过程中，设计人员需要进行可自由操作个数统计，极易独立操纵变量统计，最后提出操纵变量，举例来讲若缓冲罐液位稳态效应低，则需要进行调控，因此会消耗一定的稳态自由度。分析自由度的过程中，还需要测定条件中的维度，以便能够快捷选择被控变量。被控变量作为系统分层梯阶控制结构内被控变量，是设计过程中需要重点考虑的需要设定点的变量。使用被控变量，则需要分化被控变量，将其分为自主优化被控变量部分以及积极约束相关变量部分。需要注意的是除了分析自由度，还需要进行变量配对，合理选择是否使用MPC控制方式，在配对的过程中，设计人员可以按照VI-EID配对准则，借助相关分散控制结构法，来选择配对方案。

3.3 建立控制回路

确定系统控制回路以及二级控制变量时，设计人员可以根据直观测量的特性，以及化工生产工艺过程特性等，来确定控制回路。通常系统常规控制层，其主要功能是简化并且监督系统控制层的控制任务，同时控制系统底层的扰动，系统常规控制层与底层之间主要是通过串级的控制方式，来实现系统交互。化工过程控制系统中，常规控制回路是不可或缺的手段，对于规模相对较小的控制过程，则可以将常规控制以及监督控制相互结合，以确保控制回路的功能得以实现。基于设计的系统控制结构，来决定是否使用RTO优化层，因为部分系统不使用RTO优化层，也能够实现自主优化，但是部分系统控制结构差异，则必须要设置RTO优化层，以确保系统控制结构能够进行自主优化。

4 结束语

化工过程控制较为复杂，基于BRG引入了相对增益来选择块分散控制系统，能够确保化工过程分散控制系统结构设计的合理性以及科学性。目前化工过程多采用块分散系统，利用PID控制器等，使得化工生产控制系统功能得以实现。

[1] 袁未未，许锋，罗雄麟.过程块分散控制系统结构设计[J].计算机与应用化学，2016，（10）：1096-1102.

[2] 刘雨波，罗雄麟，许锋.分布式预测控制全局协调及稳定性分析[J].化工学报，2013，（4）：1318-1331.

Analysis of Chemical Process Control Objectives and Concentrated Decentralized Control System

Wang Zhan

In order to solve the safety problem of chemical production，we adopt the decentralized control system of the construction process to realize the centralized control of the multivariable system and reduce the security risk of the chemical production，so that the safety of the chemical production can be ensured.Aiming at the key technology and function realization of decentralized control system of chemical production.

chemical production；process control objectives；centralized decentralized control；analysis

TP273

A

1003-6490（2017）01-0120-02