文/馬英

1 軟件系統(tǒng)開發(fā)

所開發(fā)的軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由以下主要部分組成：

1.1 模擬數(shù)據(jù)庫

采用數(shù)據(jù)接口技術(shù)和位數(shù)映射技術(shù)，建立了DCS系統(tǒng)和上位機軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道。它是軟件計算的實時數(shù)據(jù)源，也是軟件系統(tǒng)計算結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲庫。

1.2 質(zhì)量指標(biāo)軟測量系統(tǒng)

利用基于模型的軟測量技術(shù)，可以實時在線檢測和顯示生產(chǎn)過程中無法直接測量的與操作控制相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)和部件。本項目涉及的指標(biāo)包括聚合物分子鏈長度分布、聚合度、pH值、總固含量、剩余單體和硫丁腈鈉濃度等。

1.3 生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)

充分發(fā)揮動態(tài)數(shù)據(jù)庫和在線統(tǒng)計計算功能，完成在線原材料能耗統(tǒng)計、成本核算等。通過人機界面進(jìn)行工藝分析、調(diào)整和調(diào)度決策，完成日、班、期歷史數(shù)據(jù)的報表均值和統(tǒng)計分析，是工程師和操作工進(jìn)行工藝分析、調(diào)整和調(diào)度決策的有用工具。

1.4 故障診斷與報警系統(tǒng)

除了預(yù)測軟測量值和中間計算值的超限故障外，還應(yīng)根據(jù)車間要求開發(fā)聚合釜入口八股流率故障診斷預(yù)報系統(tǒng)。

1.5 人機友好界面開發(fā)

根據(jù)上述系統(tǒng)的接口要求和工藝人員的軟件操作要求，開發(fā)了本項目的人機友好接口。除主界面外，還有聚合、單關(guān)、清洗、故障診斷和統(tǒng)計管理界面。每個界面都配有相應(yīng)的操作功能，如參數(shù)設(shè)置、曲線顯示等。

2 模型的開發(fā)

過程建模是控制論研究的基礎(chǔ)，也是數(shù)字信息處理技術(shù)和過程分析的基礎(chǔ)。它涉及多個領(lǐng)域的知識，是系統(tǒng)開發(fā)的創(chuàng)新和難點。本項目涉及的主要數(shù)學(xué)模型有：

2.1 聚合釜模型

采用改進(jìn)的宏觀動力學(xué)模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和回歸模型的方法，建立了三種聚合反應(yīng)器的混合模型。為了提高模型的精度，通過實驗研究得到了p-h值與亞硫酸鹽濃度與操作條件之間的實時定量關(guān)系。從DCS輸入數(shù)據(jù)收集，處理，和亞硫酸濃度p H回歸模型（模型1），反應(yīng)熱量模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（模型2 ～ 4），和過程的模型參數(shù)k1、k2、k3和聚合物總p，最后使用丙烯腈聚合動力學(xué)模型，上網(wǎng)轉(zhuǎn)化率和聚合物的平均分子量。

2.2 汽提塔模型

汽提塔是一種復(fù)雜的蒸餾塔。采用嚴(yán)格的機理模型方法，結(jié)合裝置的工程結(jié)構(gòu)，分別建立了單塔模型。

2.3 水洗機模型

該機本質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)真空過濾機。針對過濾過程的復(fù)雜性，將機理與回歸相結(jié)合，建立了真空旋轉(zhuǎn)洗滌機的半機理回歸模型。

2.4 高剪切溶解器和消泡塔模型

采用機理分析方法，建立了高剪切溶解器和消泡塔的機理模型。

3 質(zhì)量指標(biāo)在線檢測軟件系統(tǒng)

利用現(xiàn)代控制理論中的估計技術(shù)，在線檢測整個過程各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量指標(biāo)，開發(fā)了在線運行的計算機工程軟件系統(tǒng)。涉及裝置輸出（主導(dǎo)）變量和選擇的輔助變量圖1所示，生產(chǎn)過程中工藝操作人員所關(guān)心的質(zhì)量指標(biāo)都已在內(nèi)。

在軟測量儀器的編程與實現(xiàn)過程中，嵌入了誤差處理、尺度變換、瞬時輸入變量按時間分布加權(quán)處理、動態(tài)滑動處理和軟測量結(jié)果平均處理。為了適應(yīng)對象的時變、工況或負(fù)荷變化，模型在系統(tǒng)使用過程中需要有一定的泛化。為了保證檢測精度，有必要對模型進(jìn)行校正。參數(shù)估計模塊根據(jù)需要對模型參數(shù)進(jìn)行估計、存儲和修改。

4 故障診斷系統(tǒng)

聚合釜在聚合生產(chǎn)過程中是工藝絲錐的來源、關(guān)鍵設(shè)備和產(chǎn)品。聚合反應(yīng)機理復(fù)雜，影響因素多，操作難度大。故障診斷尤其重要根據(jù)工廠的要求,故障診斷和報警系統(tǒng)聚合釜進(jìn)料流率是發(fā)達(dá),和水箱的液位之間的關(guān)系模型提供原材料和實際流量建立了通過使用基于解析模型的故障診斷方法。由于原料的投料條件不同，系統(tǒng)實現(xiàn)的難點是根據(jù)各自的投料條件建立合適的模型同時，由于液位計液位波動測量誤差較大，采用數(shù)據(jù)處理技術(shù)對輸入液位數(shù)據(jù)和輸出偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的滑動平均和毛刺去除處理。

5 生產(chǎn)管理軟件

圖1：軟測量系統(tǒng)輸入輸出表

聚合生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，完成實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計計算和數(shù)據(jù)存儲，最后自動生成班次報表、日報表和一段時間的平均報表。它不僅取代了繁瑣的人工數(shù)據(jù)和手工計算,但也反映了生產(chǎn)信息及時和相關(guān)的重要數(shù)據(jù),為工程技術(shù)人員提供重要的決策信息和管理,觀察和掌握設(shè)備的操作,為生產(chǎn)經(jīng)營決策提供強有力的支持,實現(xiàn)企業(yè)利益與軟件技術(shù)的提高。

6 系統(tǒng)軟件程序結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的語言平臺和功能，總體結(jié)構(gòu)大致可分為三個模塊：后臺軟測量模型計算模塊、前臺界面顯示（動態(tài)數(shù)據(jù)顯示、報警顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲顯示、參數(shù)設(shè)置等）模塊和中間數(shù)據(jù)庫模塊。根據(jù)系統(tǒng)的軟測控和現(xiàn)場工藝人員的要求，整個系統(tǒng)的人機界面由六個部分組成：

（1）聚合過程中軟測量界面；

（2）單工序軟測量接口；

（3）用于水洗、溶解和消泡過程的軟測量接口；

（4）故障診斷系統(tǒng)接口；

（5）參數(shù)設(shè)置界面；

（6）管理窗口。

各子界面具有實時曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢和顯示功能。

7 結(jié)束語

綜上所述，聚合全自動化系統(tǒng)是在設(shè)備現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，數(shù)據(jù)通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)傳輸，將企業(yè)運營、過程控制和運營管理作為一個整體。以數(shù)據(jù)和模型為核心，利用上位機軟測量、優(yōu)化和故障診斷技術(shù)，形成設(shè)備信息集成系統(tǒng)，對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理，開發(fā)工程應(yīng)用軟件。