范加強(qiáng)

摘要：石油樹脂生產(chǎn)中粘度是一個(gè)重要的質(zhì)量參數(shù)，反映石油樹脂產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。本文通過研究石油樹脂生產(chǎn)工藝及分析粘度與外界因素和現(xiàn)場(chǎng)工藝的關(guān)系，確定粘度檢測(cè)的輔助變量，建立數(shù)學(xué)模型。發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)儀表的二次功能，采集粘度檢測(cè)模型需要的輔助變量，通過大量數(shù)據(jù)結(jié)合加權(quán)最小二乘回歸法對(duì)運(yùn)算模型進(jìn)行參數(shù)校正。結(jié)果表明，通過儀表的二次功能構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能夠穩(wěn)定、快速、精確地實(shí)現(xiàn)石油樹脂粘度的在線檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：石油樹脂；粘度；二次表；數(shù)學(xué)模型；在線檢測(cè)

緒論

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，化工生產(chǎn)的自動(dòng)化是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。目前沒有成熟儀表硬件或無(wú)法通過相應(yīng)硬件實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，各廠家采用實(shí)驗(yàn)室離線化驗(yàn)手段檢測(cè)這些質(zhì)量參數(shù)。然而人工化驗(yàn)分析具有時(shí)間滯后性大、采樣周期長(zhǎng)、耗費(fèi)大量人力物力等限制，對(duì)于化工生產(chǎn)的指導(dǎo)性大打折扣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

針對(duì)這類控制問題，如石油樹脂粘度檢測(cè)，由于樹脂是高分子非牛頓流體，流動(dòng)受多種因素影響，其粘度無(wú)法通過現(xiàn)有儀表硬件在線檢測(cè)。通過對(duì)石油樹脂生產(chǎn)工藝的研究分析及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工況，分析待測(cè)變量樹脂粘度與其他輔助變量之間的關(guān)系，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，間接實(shí)現(xiàn)樹脂粘度的在線檢測(cè)。既然沒有儀表能夠直接在線檢測(cè)樹脂粘度，那么發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)儀表的二次功能，檢測(cè)與樹脂粘度有關(guān)的其他易測(cè)變量，再由數(shù)學(xué)模型將這些變量進(jìn)行處理運(yùn)算，計(jì)算得出樹脂粘度。

此方法充分利用了現(xiàn)場(chǎng)已有硬件的二次功能，減少現(xiàn)場(chǎng)硬件的大量安裝，并能夠?qū)崿F(xiàn)石油樹脂粘度的穩(wěn)定、快速、精確測(cè)量。對(duì)石油樹脂質(zhì)量控制及化工生產(chǎn)安全運(yùn)行有重要意義，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的自動(dòng)化。

1數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建原理

該數(shù)學(xué)模型基于軟測(cè)量推斷控制系統(tǒng)原理構(gòu)建，其基本思想是根據(jù)某種最優(yōu)準(zhǔn)則，選擇一組與主導(dǎo)變量有密切關(guān)系又容易測(cè)量的輔助變量，通過構(gòu)造某種數(shù)學(xué)關(guān)系，來(lái)估計(jì)主導(dǎo)變量。

數(shù)學(xué)模型構(gòu)建步驟為：選取輔助變量，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，數(shù)據(jù)處理，化驗(yàn)值參數(shù)校正，計(jì)算得出主導(dǎo)變量。

2樹脂粘度模型構(gòu)建

通過分析石油樹脂生產(chǎn)工藝和工況情況，選取質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度為輔助變量。

樹脂流體為非牛頓流體，其粘度n與質(zhì)量流量Q、水平差壓p、物料溫度T之間存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系。

選定輔助變量后，輔助變量的檢測(cè)可由現(xiàn)場(chǎng)已有的儀表硬件測(cè)量得出，由現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量流量計(jì)、差壓變送器、介質(zhì)溫度傳感器將測(cè)量的質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度信號(hào)輸入到粘度模型，經(jīng)模型計(jì)算得出樹脂粘度。

收集離線化驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)模型計(jì)算值對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校正。由于離線數(shù)據(jù)為人工取樣并于實(shí)驗(yàn)室人工化驗(yàn)得出。所以存在取樣誤差和讀取誤差以及化驗(yàn)儀器的噪音波動(dòng)誤差，甚至由于操作人員誤操作產(chǎn)生較大誤差，這些誤差會(huì)對(duì)校正結(jié)果產(chǎn)生影響，降低模型的準(zhǔn)確度，更嚴(yán)重的情況是模型根本就不能進(jìn)行在線估計(jì)和預(yù)測(cè)。針對(duì)這一問題，我們要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，用統(tǒng)計(jì)假設(shè)校驗(yàn)剔除含有顯著誤差的數(shù)據(jù)后，再采用平均濾波的方法去除隨機(jī)誤差。

3數(shù)學(xué)模型的校正

實(shí)際生產(chǎn)過程中，存在大量的影響因素，生產(chǎn)裝置操作條件、現(xiàn)場(chǎng)二次儀表檢測(cè)精度以及原料特性都會(huì)隨時(shí)間而變化，所以粘度模型不能一成不變，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件的變化，需要對(duì)粘度模型進(jìn)行在線校正。

數(shù)學(xué)模型校正部分可分為模型參數(shù)校正、模型輸出校正兩部分。

數(shù)學(xué)模型的輸出校正，可以提高檢測(cè)精度，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，各影響因素對(duì)數(shù)學(xué)模型計(jì)算誤差的積累，檢測(cè)精度會(huì)逐漸降低。當(dāng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算值偏離實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)值一定值時(shí)，再通過輸出校正的方式也達(dá)不到模型校正的結(jié)果。這時(shí)要重新利用大量實(shí)驗(yàn)室離線數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)校正，設(shè)置新的模型參數(shù)，從而達(dá)到穩(wěn)定、精確、快速的檢測(cè)主導(dǎo)變量，指導(dǎo)生產(chǎn)。

4模型運(yùn)行數(shù)據(jù)

選取輔助變量，構(gòu)建粘度模型，將模型計(jì)算值與離線化驗(yàn)值比對(duì)，模型計(jì)算值與化驗(yàn)值的曲線吻合，跟蹤趨勢(shì)良好。均方差為13.43，相對(duì)均方誤差為5.87%。

5結(jié)果分析

石油樹脂生產(chǎn)中粘度是反映產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，但由于技術(shù)原因無(wú)法由儀表硬件直接在線檢測(cè)得出。本文通過開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)儀表二次功能，以軟測(cè)量技術(shù)理論為指導(dǎo)，分析主導(dǎo)變量粘度與輔助變量質(zhì)量流量、水平差壓、物料溫度之間的關(guān)系構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并通過大量離線數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校正，得到粘度模型。能夠?qū)崿F(xiàn)石油樹脂粘度的穩(wěn)定、精確、快速的測(cè)量，為石油樹脂生產(chǎn)提供指導(dǎo)，進(jìn)一步推動(dòng)化工生產(chǎn)自動(dòng)化進(jìn)程。