中国石化集团南京化学工业有限公司 江苏省南京市 210048
摘要：本文介绍了离子膜装置自控率低下，对每个回路问题针对性分析通过对各回路控制器的优化及PID参数在线整定，进行自控平稳率的监控，报警及操作记录监控，大幅度提高了装置自控率和平稳率，离子膜装置达到实时自控率≥96%目标，成功解决了装置自控率低的问题，提升了装置运行的稳定性、安全性，保障了产品质量，可以实现节能降耗。
关键词：自控率；PID；优化
1. 概述
离子膜装置主要生产工艺是对合格一次盐水通过电解槽电解，产生的氯气、氢气经氯氢处理送往下游使用，离子膜装置是氯碱系统龙头装置，氯气、氢气品质对下游产品质量至关重要。南化公司离子膜装置采用 honeywell PKS的DCS系统进行集中控制，控制回路共有74个，投自动的有55个回路，没有进行自控系统优化前自控率75%左右。
2.存在的问题
目前现状是控制回路自控率低下，达不到中石化总部下发的《炼化企业装置自控提升管理要求》（中国石化炼设函（2018）144号）的要求，实时自控率≥96%。
2.1有许多回路采用手动调节，控制效果不佳
离子膜装置有19个回路处于手动状态，测量值波动范围比较大。如脱氯塔入口 PH 值控制 AC82312 控制回路，无法投用自动控制，PH 控制波动较大，始终处于来回震荡状态无法维持稳定，需要操作人员持续观察以及调整，劳动强度较大。
2.2 部分自动控制回路，控制效果不好
离子膜装置有55个回路处于自动状态，但控制的测量参数波动范围比较大，导致控制阀门不停的开关。如脱氯塔 T310 塔釜液位 LC82310为自动控制，由于参数设置不合理，导致液位出现震荡形波动，波动范围为 57%-65%。
2.3操作工操作难度，操作强度较大
由于当前装置自控率不高、PID 投入自动的运行效果不好、装置波动频繁，导致装置操作比较困难，操作工操作难度较大。现场表现为操作工在一定程度上无能为力。例如：离子膜装置 PH 值控制，无法投用自动，该装置三处 PH 控制均需要操作人员手动调整，控制波动较大，难以达到指标要求。
2.4 装置运行不平稳，报警比较频繁
由于装置手动控制回路多，自动控制回路控制效果不佳，装置运行不平稳，报警值设置不合理，报警比较频繁，日报警次数达到203.1次/日。
3.原因分析
3.1回路 PID 控制的形式单一
现场控制回路无论是温度、流量、液位还是压力，也不管对象的具体特点，PID 具有较固定的形式，如采用标准的PID 控制算式，而实际上，对象的特性有差异，响应时间有差异，其 PID 控制的形式也应该是有差异的，而目前的组态方式没有体现这一差异。
3.2 PID 参数的设置很不合理
现场回路在投用时P、I、D 参数也进行了整定，但由于各种原因，整定结果不合理，例如很多回路积分作用过强，同时微分作用很弱，造成了回路的较大波动。另外，装置中部分回路的 PID 参数基本没有太大的变化，几乎都是 DCS 默认值。更有很多的温度回路还是操作工手动控制，对于如何整定才能得到更理想的结果，操作工、技术人员难以找到更为行之有效的办法。
4. 技术方案
针对装置中控制回路的现状以及我们总结出的症结，仔细分析、研究之后，制订自控系统优化实施的总体技术方案如下：
（1）根据液位、压力、流量、温度等不同对象的不同特点，选定合适的 PID 控制器类型；
（2）针对特定回路，选定相应的控制器类型，根据对象的具体特点，用预测、内模等先进控制算法去整定 PID 的参数，使对象稳定、响应速度快、控制精度高；
（3）在（1）和（2）的基础上按照全流程自动的思想完善 DCS 的控制回路，进行全流程的协调与优化；
（4）对装置实施自控平稳率监控、报警及操作记录监控。
5.实施方法
为保证装置安全生产，在线实施自控系统优化的过程中遵循下面的方法：
（1）真实、准确获取对象特性，且不对生产现场产生影响和干扰，经过仔细的分析，根据现场的实际情况，采用闭环阶跃辨识为主的方式（有控制器存在）。该方式下保证了辨识信号对生产的影响最小，辨识输入信号为给定值的小阶跃，根据对象输出跟踪给定值阶跃变化的过程就可以准确得到对象的特性。
（2）合理选用控制形式
根据不同的被控对象（如温度、流量、压力、液位）及相同对象的不同特性（如液位对象容量的大小差异），选择合适的控制方式（如有的选用 PI控制、有的选用 PID控制）。
（3）整定优化PID 参数
用先进控制的思想去整定控制器的 PID 参数，使常规 PID 控制具有响应速度快、抗干扰性强、装置控制平稳等先进控制的特点。
（4）要尽量符合现场操作工的操作习惯
只有符合现场操作习惯的技术，才能更容易得到生产现场的认可，应用成功的可能性才会更高。优化后工艺参数的给定值及阀位等和以前有较大差别，容易造成操作工暂时难以适应，这时采用分几步走、逐步调整到位的策略，最终保证效果和目标，但又符合操作工的习惯
6．实施效果
6.1 自控率大幅度提高
离子膜装置有装置优化后实时自控率达到 96％以上，如果下游装置没有负荷波动，自控率从75%提升到100%。
6.2回路控制效果大幅度改善
PID 控制器参数优化后，装置回路控制效果大幅度改善，如：
1）脱氯塔 T310 塔釜液位 LC82310
脱氯塔 T310 塔釜液位 LC82310 原为自动控制，由于参数设置不合理，导致液位出现震荡形波动，波动范围为 57%-65%，经过 PID优化后，脱氯塔液位波动范围变小，基本维持在设定值±0.2%，既稳定了淡盐水回收流量，又提升了脱氯塔淡盐水的脱氯效果。
2）氢气洗涤塔 T551 塔釜液位 LC85451
氢气洗涤塔 T551 塔釜液位 LC85451 原为自动控制，由于参数不合适，导致塔釜液位测量值遇到干扰时，产生震荡波动，消除波动的能力较差，消除扰动回到稳定状态耗费时间较长，影响洗涤塔的洗涤效果，经过参数优化后，洗涤塔液位波动减小，测量值曲线平稳，抗干扰能力增强，提升了氢气的洗涤质量问题。
3）脱氯塔入口 PH 值 AC82312
优化前该 PH 无法投用自动控制，PH 控制波动较大且调整较为频繁。经过组态方案修改以及参数优化后，已投用 PH 值自动控制，能够实现该 PH 值的平稳控制，并且在出现外界干扰的时候能够及时产生作用进行调节，控制效果大幅提升，降低了操作人员劳动强度。
6.2 操作工劳动强度大幅度降低，装置报警大幅度减少
装置投入了高水平自动、自控率大幅度提升、控制效果大幅改善以后，装置报警显著减少，装置操作平稳，操作工操作强度大幅度降低，操作工可以把更多的精力投入到技术以及应付装置事故状态（高水平以后，事故状态也得以大幅度降低）。报警次数由以前542次/天，减少到71.2次/天，减少了86.86%。
随着装置自控率、平稳率的提高，装置报警大大减少，同时操作人员劳动强度也大幅度降低，操作次数也在大幅下降，操作次数由以前154次/天，减少到52.8次/天，减少了65.71%。
6.3装置运行平稳可靠，平稳率大幅度提高
所有回路都高质量自动运行，保证了回路调整的合理、柔和，保证了装置运行平稳可靠、高质量长时间的运行。对比2018年和2019年6-10月份平稳率，装置平稳率大幅提高。下图为公司平稳率考核系统中今年离子膜装置与去年同期相比的平稳率情况。
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7.结论
通过对各回路控制器的优化及PID参数整定，进行自控平稳率的监控，报警及操作记录监控，大幅度提高了装置自控率和平稳率，离子膜装置达到实时自控率≥96%目标，成功解决了装置自控率低的问题，提升了装置运行的稳定性、安全性，保障了产品质量，长周期运行可以实现节能降耗。
作者简介：
张荣生（1970年1月），男，江苏宝应人，中国石化集团南京化学工业有限公司工程师，工程师。