煉焦生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的多層性能評估策略
陳鑫，李鵬程，吳敏，雷琪
（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083）
摘 要：針對煉焦生產(chǎn)過程分層遞階智能集成控制系統(tǒng)，提出一種多層性能評估策略。討論了由煉焦過程經(jīng)濟性能、焦?fàn)t加熱燃燒控制系統(tǒng)性能和專家分析模塊三部分組成的多層性能評估策略的結(jié)構(gòu)、功能和所用技術(shù)；用焦炭產(chǎn)量預(yù)測模型、煉焦過程能耗預(yù)測模型、基于模型預(yù)測控制的性能評估方法以及專家分析方法買現(xiàn)了煉焦生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的多層性能評估。所提出的性能評估策略成功應(yīng)用于煉焦生產(chǎn)全流程智能集成優(yōu)化控制仿真實驗平臺上，取得了明顯的應(yīng)用成效。
關(guān)鍵詞：性能評估；經(jīng)濟性能；預(yù)測控制
中圖分類號：tp 277 文獻標(biāo)識碼：a
1、引言
工業(yè)過程通常具有較大慣性、強非線性、時變等特性，針對工業(yè)過程的控制系統(tǒng)在運行的初期一般具有良好的性能，但是隨著時間的推移其性能會逐漸下降。因此需要對控制系統(tǒng)的性能進行連續(xù)在線評估，以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的性能維護和運行優(yōu)化。
自20世紀(jì)80年代末hams提出了基于最小方差控制的性能評估方法以來，控制系統(tǒng)性能評估成為控制領(lǐng)域重要的研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了多種評估技術(shù)。國內(nèi)的研究主要包括基于人工智能的評估方法、使用過程拓撲技術(shù)的控制回路性能評估。基于系統(tǒng)辨識的多變量系統(tǒng)評估、使用擴展區(qū)域性能指標(biāo)評估控制系統(tǒng)等。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究相對較少，但也提出了利用最小方差基準(zhǔn)評價多變量控制系統(tǒng)性能、以及多擾動動態(tài)下的pid控制回路性能評價標(biāo)準(zhǔn)等多種技術(shù)。
這些方法能夠?qū)崿F(xiàn)對底層單回路控制系統(tǒng)性能評估，為控制系統(tǒng)的整定和維護提供有效的指導(dǎo)。然而，由于缺乏針對專用控制層運行性能和全局經(jīng)濟性能的工業(yè)過程控制性能評估方法，無法滿足企業(yè)對控制系統(tǒng)綜合性能評估的需求。因此建立一種全局的、針對多層次控制系統(tǒng)的性能評估策略，具有重要的意義。
本文針對多層次廠級控制系統(tǒng)，即分層遞階智能集成控制系統(tǒng)，綜合企業(yè)經(jīng)濟性能指標(biāo)、專用控制系統(tǒng)性能指標(biāo)和專家分析方法，提出一種多層性能評估策略，并通過煉焦生產(chǎn)全流程智能集成優(yōu)化控制實驗平臺檢驗了該評估技術(shù)的有效性。
2 多層性能評估策略
本文設(shè)計一個工業(yè)過程多層性能評估方案，它由3個部分組成，分別是經(jīng)濟性能評估模塊、專用控制系統(tǒng)性能評估模塊和綜合決策模塊。
首先，分析廠級控制系統(tǒng)可檢測到的與工廠經(jīng)濟效益相關(guān)聯(lián)的變量，將變量分為兩類：一類是涉及工廠產(chǎn)出的變量；另一類是涉及工廠消耗的變量。以兩者之比作為經(jīng)濟性能指標(biāo)來衡量企業(yè)的經(jīng)濟收益情況；然后，對專用控制系統(tǒng)的性能進行評價，檢查系統(tǒng)跟隨優(yōu)化設(shè)定值的運行情況；最后，以經(jīng)濟性能指標(biāo)和專用控制系統(tǒng)運行性能指標(biāo)為輸入，通過綜合決策模塊，利用一些決策分析方法得出多層廠級控制系統(tǒng)的運行性能。
該多層性能評估策略評價廠級控制系統(tǒng)的多個層次，從橫向反映了廠級控制系統(tǒng)各層的運行性能。同時，通過對多層次指標(biāo)的融合，從縱向反映了各指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而客觀準(zhǔn)確地評價出整個控制系統(tǒng)的運行性能。
3煉焦生產(chǎn)過程控制多層性能評估
煉焦生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，實際工藝中涉及多個過程，如配煤過程、焦?fàn)t加熱燃燒過程、作業(yè)與調(diào)度等，具有強非線性、大時滯等特點。目前，國內(nèi)外研究主要是獨立地考慮各個過程的控制問題，并且集中在配煤控制、焦?fàn)t加熱燃燒過程控制和焦?fàn)t作業(yè)計劃這3個方面。由于缺乏全流程的關(guān)聯(lián)設(shè)計，過程控制與決策大都停留在單元自動化水平，眾多的生產(chǎn)狀態(tài)信息通常缺乏有效的集成而分散于各局部生產(chǎn)過程，從而影響整個煉焦生產(chǎn)的綜合生產(chǎn)目標(biāo)。
針對這種情況，針對煉焦過程使用一種基于分層遞階結(jié)構(gòu)的智能集成控制系統(tǒng)。8j，實現(xiàn)對煉焦生產(chǎn)過程的全流程協(xié)調(diào)控制。該智能集成控制系統(tǒng)包括全局優(yōu)化層、專用控制層和基礎(chǔ)自動化層，其中，專用控制層包括3個子系統(tǒng)分別是配煤優(yōu)化控制系統(tǒng)、焦?fàn)t加熱燃燒控制系統(tǒng)和多座焦?fàn)t作業(yè)與優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。
但是，由于專用控制層各系統(tǒng)缺乏定期的維護，其 |
