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案例頻道1. 糠醛裝置加熱爐工藝簡介
糠醛裝置于1989年建成投產，采用了國內外先進的工藝技術，但隨著裝置的長周期開煉，裝置能耗、物耗逐年降低，收率、裝置負荷率逐年上升。裝置共有加熱爐兩具，主要為溶劑回收系統提供熱源。
1.1 爐-1為精制液加熱爐，介質是由萃取塔頂部經換熱器去爐-1加熱到215～
1.2 爐-2為抽出液加熱爐，是一、二段萃取塔底的抽出液合流經過換熱器一效蒸發、二效蒸發之后，從二效蒸發塔底抽出進入加熱爐，加熱至220～
1.3 爐-1、爐-2的溫度控制是裝置的重要控制回路。爐-1出口溫度控制為單回路控制，爐-2出口溫度控制為爐膛與爐出口溫度串級調節。
1.4 在廠內的瓦斯管網中，糠醛裝置為最下游，一旦瓦斯壓力波動受到干擾最大的就是這兩臺加熱爐的瓦斯壓力，最終將導致爐膛、爐出口溫度的波動。而且，當重整裝置產生的氫氣操作不穩定，氫氣進入瓦斯系統是，也將會引起瓦斯的熱值的變化，導致爐膛、爐出口溫度的波動。
2. 糠醛裝置面臨的主要問題
2.1 爐管結焦。由于爐管局部長期過熱，爐膛溫度高，爐出口溫度長期超溫，進料少或長時間不進料，以及進料量不穩等種種原因，導致爐管結焦嚴重。
2.2 爐出口溫度波動大。裝置的兩臺加熱爐的燃料大部分情況下是瓦斯，有時也會燒渣油。來自于總廠高壓瓦斯系統的瓦斯組成和壓力發生較大波動時，加熱爐的入爐瓦斯壓力也隨之波動，從而導致爐膛溫度的波動，最終導致出口溫度的波動。
2.3 油品變化。糠醛裝置對于加工原料的不同所生產的產品也不同，提降量頻繁，油品切換等等，都將引起爐膛和爐出口溫度的較大波動。
3. 裝置加熱爐控制系統的改造
針對糠醛裝置現狀和存在的問題，于2004年對糠醛裝置加熱爐爐溫自動控制系統提出改造。考慮到系統的精度、采樣周期、故障率和安全性等各項控制指標，達到改善加熱爐控制的目的，順應國際發展潮流和國內工業控制計算機行業發展的技術路線，決定選用無模型控制系統NMCS-6000。NMCS-6000控制器采用的硬件是研華的ADAM5511控制器，安裝MS WINDOWS2000操作系統；人機接口軟件采用亞控科技公司的“組態王”V6.5。
4. 無模型控制系統的特點
從50年代末以來，在時滯控制方面先后出現了基于模型的方法和無模型方法兩類，無模控制方法有模糊Smith、自適應模糊、模糊PID、模糊自整定、神經網絡預估法、專家控制等。無模型控制系統NMCS-6000 DCS正是具有這種控制算法的DCS，具有非常好的魯棒性、自適應性。其主要特點是：
4.1 調節迅速
無模型控制系統與常規控制系統的不同就是它的作用強，控制力度大，可以避免被控對象因波動慣性而出現大的偏差，保證受控對象保持在指標范圍內。
4.2 超前調節
無模型控制系統基于有效的預估算法，從而很有效地解決可控制系統的滯后性。尤其對爐溫控制回路的效果極其明顯。
4.3 綜合解決
無模型控制系統的另一大特點就是控制模型可大可小，不論是針對單個回路，還是將溫度、壓力、流量和液位都引入，無模型控制系統都將全面、有效地完成其控制。
5 系統簡介
5.1 系統配置
由于裝置使用上海福克斯波羅公司的SPEC-200電子組裝式儀表，整個控制系統的信號并不全是4～20mADC標準信號，溫度信號是非標準的毫伏信號，機柜內卡件與卡件、卡件與盤裝控制儀表、顯示儀表之間的信號傳遞是0～10VDC信號。因此，考慮如下配置，直接將無模型控制系統的控制回路聯接在原控制系統的輸出回路上進行切換。
5.2
本系統的硬件分為三部分：控制器、上位監控機及輸出信號切換開關。
其中上位機放在主控室的操作臺上，由UPS供電，電源與主操作臺共地。
三個控制器及通訊器安裝在無模型機柜內部，輸出切換開關在機柜正面。每個控制器都有一個CPU卡，還可在機板上安裝4個卡件。本系統有AI 和AO卡件，ADAM5017是8點AI卡件，每個控制器上一個，接受0-10V電壓信號；ADAM5024是4點AO卡件，每個控制器上一個，輸出0-10V電壓信號。
5.3 數據通訊
上位機是研華610H工控機，安裝MS WINDOWS 2000操作系統。它與ADAM5511控制器之間采用RS232串行通訊。
三個ADAM5511控制器之間用RS485連接，再由ADAM4520 RS485/232轉換器與上位機連接。
人機接口軟件是亞控科技公司的“組態王”V6.5。它有簡單易用的制圖工具，功能完善的工程管理，響應迅速的運行環境。還有過程報警、歷史記錄、報表、聯網等功能。
由此可見，無論硬件軟件都是相互獨立的產品，它們之間的接口都是開放的標準協議。
5.4 NMCS6000系統的硬件由三個控制器、上位機、輸出切換開關及相應的附件組成。
通訊接口示意圖
6 軟件設計
無模型控制器的上位機軟件采用的是北京亞控公司的組態王軟件V6.5。
6.1 組態王系統要求
硬件：奔騰PⅢ500以上IBM PC或兼容機
內存：最少64MB，推薦128MB
顯示器：VGA、SVGA或支持桌面操作系統的任何圖形適配器。要求最少顯示256色
鼠標：任何PC兼容鼠標
通訊：RS
并行口：用于插入組態王加密鎖
操作系統：Win2000/WinNT4.0（補丁6）/Win XP簡體中文版
6.2 組態王程序組成員
組態王程序組中包括三個文件夾和四個文件的快捷方式，內容如下：
組態王6.5：組態王工程管理器程序（ProjManager）的快捷方式，用于新建工程、工程管理等；
工程瀏覽器：組態王單個工程管理程序的快捷方式，內嵌組態王畫面開發系統（TouchExplorer），即組態王開發系統；
運行系統：組態王運行系統程序（TouchVew）的快捷方式。
信息窗口：組態王信息窗口程序（TouchVew）運行環境中才能運行；
幫助：組態王幫助文檔的快捷方式；
電子手冊：組態王用戶手冊電子文檔的快捷方式。
6.3 定義IO設備
組態王把那些需要與之交換數據的設備或程序都作為外部設備。外部設備包括：下位機（PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等），它們一般通過串行口和上位機交換數據；其他Windows應用程序，它們之間一般通過DDE交換數據；外部設備包括網絡上的其他計算機。
本項目中使用MODBUS RTU和組態王通信。MODBUS RTU可以為組態王提供數據。MODBUS RTU連接在計算機的COM1口。
定義IO設備
選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備\COM1”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，運行“設備配置向導”。
選擇“仿真PLC”的“串行”項，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”。
為外部設備取一個名稱，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”。
為設備選擇連接串口COM1，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”。
填寫設備地址，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”。
設置通信故障恢復參數（一般情況下使用系統默認設置即可），單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”。
檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。
設備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側看到新建的外部設備。在定義數據庫變量時，只要把IO變量連結到這臺設備上，它就可以和組態王交換數據了。
6.4 構造數據庫
數據庫是“組態王”軟件的核心部分，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發布指令送達生產現場。變量在畫面制作系統組態王畫面開發系統中定義，數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁，所有一切都是以實時數據庫為中介環節。
6.5 建立動畫連接
定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數據庫的數據變量之間建立一種關系，當變量的值改變時，在畫面上是以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由維護工程師通過圖形對象改變數據變量的值。
“組態王”提供21種動畫連接方式：
屬性變化 線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化
位置與大小 填充、縮放、旋轉、水平移動、垂直移動
值輸出 模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出
值輸入 模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入
特殊 閃爍、隱含
滑動桿輸入 水平、垂直
命令語言 按下時、彈起時、按住時
6.6 系統配置
6.6.1 配置\運行系統
此菜單命令是用于對運行系統外觀、定義運行系統基準頻率、設定運行系統啟動時自動打開的主畫面。
6.6.2 配置\報警配置
此菜單命令用于將報警和事件信息輸出到文件、數據庫和打印機中配置。
6.6.3 配置\歷史數據記錄
此菜單命令是用語對歷史數據記錄文件保存路徑和其它參數（如數據文件記錄時樹、記錄起始時刻、數據保存天數）進行配置。
6.6.4 配置\用戶配置
此菜單命令用于建立組態王用戶、用戶組，以及安全區配置。
6.7 糠醛裝置UCS控制系統
UCS為簡單模型復雜算法控制系統的縮寫（Uncomplicated Control System）。
6.7.1 UMCA控制器參數說明，改進PID算法參數
6.7.1.1 UMCA為簡單模型復雜控制算法的縮寫（Uncomplicated Model Complicated Control Algorithm）。
6.7.1.2 K0：反向區間（或反調區間）系數 這個參數就是我們常說的反調區間，我們說PID算式的不足之一是積分。積分在生產過程中的作用是百害而無一益，也就是說它除了有消除偏差的作用再也沒有其它用處，而反調區間恰恰給這個積分作用加以改善，在這個區間內，也就是Ⅱ、Ⅳ區我們把該積分算式改變符號使之稱為反調，從而保證了偏差在可能的范圍內盡量的小。
6.7.1.3 K1：智能權函數的系數 智能權函數具體的數學公式不能評出來，但該算式涉及到的變量可以表示出來。
en：偏差；△en：偏差的變化量
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號