Method and apparatus for controlling a gas supply system

Abstract

The disclosure proposes a method and apparatus for controlling a gas supply system. The method includes detecting an operating status of a plurality of trains, and switching the control modes of the plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode in case that an abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, and switching the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode. The method quickly switches the control modes of the plurality of control loops in the system based on a feedforward control strategy. Fewer modular control strategies can simplify the amount of control code as much as possible to reduce the system load, and can be flexibly combined and duplicated without additional maintenance by instrument engineers.

Description

METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A GAS SUPPLY SYSTEMField of the Invention

[0001] The disclosure relates to system control, and more particularly, to a method, an apparatus and a computer storage medium for controlling a gas supply system, and a gas supply system including the apparatus.Background

[0002] Facilities and systems that provide stable and pure gas supply to factories, such as chemical, semiconductor, and pharmaceutical plants, usually use at least two trains operated in parallel according to production load and design requirements, where each of the trains shares the load of gas supply to improve the operating flexibility of the gas supply system. Each train may include compressors, turbines, etc.

[0003] As a normal system design, the control loop for air separation unit in the gas supply system uses traditional advanced process control methods and strategies based on minute-level. Under normal circumstances, the system control can gradually increase the gas production load from 0%to 50%by using a single train mode, but it is almost impossible for the control system to automatically adapt to a rapid reduction of production load revert from 100%to 50%in case that an abnormal operation occurs, such as, a compressor and / or a turbine of the single train trips. Due to the complexity of the gas supply system, system operators usually need to monitor dozens of or even more control loops to balance materials and cooling capacity to avoid risks of process safety and of product quality. In case of abnormal operation of equipment in a single train, the traditional DCS / PLC control configuration requires separate programming for each of control loops, which will take up a lot of system resources, and after each fine-tuning, it is necessary to modify the program or logic under the support of an instrument engineer. At the same time, the online download of the logic program also has safety and reliability risks. Even if a plurality of control loops are controlled simultaneously by increasing the number of operators, it is impossible to respond quickly and reliably.

[0004] Therefore, there is a need to improve the control scheme for the gas supply system in case of abnormal operation of trains operated in parallel.Summary

[0005] The disclosure aims to propose a method, an apparatus, and a computer storage medium for controlling a gas supply system, and a gas supply system including the apparatus, to solve at least one defect and problem existed in the control scheme for gas supply system mentioned above.

[0006] According to one aspect of the disclosure, a method for controlling a gas supply system is provided, the gas supply system comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, the method comprising: detecting an operating status of the plurality of trains; switching the control modes of the plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode, in case that an abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, wherein in the fault control mode, for each of the plurality of control loops, a control strategy corresponding to a control type of the control loop is selected based on the control type to adjust the process parameter (s) corresponding to the control loop; and switching the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode.

[0007] According to an embodiment of the disclosure, the control types of control loops include one-shot control, ramp control, and auxiliary control.

[0008] In the fault control mode, an original value, control requirement and auxiliary control requirement for the process parameter (s) corresponding to the control loops are obtained, and the control type of the control loop is determined based on the original value, control requirement and auxiliary control requirement, the control requirement includes at least a target value and adjustment time for the process parameter, and the auxiliary control requirement includes at least a second original value, a second target value and delay time for the process parameter corresponding to the control loops.

[0009] The control strategy corresponding to one-shot control further comprises: obtaining the original value and target value of the process parameter (s) corresponding to the control loop; and switching the control mode of the control loop from the normal control mode to one-shot control, wherein in the one-shot control, the process parameter is instantaneously adjusted from the original value to the target value.

[0010] The control strategy corresponding to auxiliary control further comprises: after adjusting the process parameter (s) corresponding to the control loop based on the control strategy corresponding to one-shot control, obtaining a second original value, a second target value and delay time for the process parameter (s) ; switching the control mode of the control loop from one-shot control to auxiliary control, wherein in the auxiliary control, the process parameter (s) is adjusted from the second original value to the second target value until the current value of the process parameter matches the second target value or the adjustment process has passed the delay time.

[0011] The control strategy corresponding to auxiliary control further comprises: calculating a difference between the second original value and the second target value; determining an adjustment direction for adjusting the process parameter based on the difference; adjusting the process parameter based on a preset adjustment velocity and the adjustment direction; stopping the adjustment process in case that the current value of the process parameter matches the second target value or the adjustment process has passed the delay time.

[0012] The control strategy corresponding to ramp control comprises: obtaining an original value, a target value and an adjustment time for the process parameter corresponding to the control loop; switching the control mode of the control loop from the normal control mode to ramp control, wherein in the ramp control, the process parameter is adjusted from the original value to the target value over the adjustment time.

[0013] Adjusting the process parameter from the original value to the target value over the adjustment time further comprises: calculating a difference between the original value and the target value; determining the adjustment velocity and the adjustment direction for adjusting the process parameter based on the difference and the adjustment time; and adjusting the process parameter based on the adjustment velocity and the adjustment direction.

[0014] Adjusting the process parameter from the original value to the target value over the adjustment time further comprises: adjusting the adjustment velocity based on the difference between the current value of the process parameter and the target value.

[0015] In addition, after the control process of the control loop is completed, the control process is recorded and / or stored.

[0016] The control requirement and auxiliary control requirement are determined based on at least one of the following: the topology and / or process of the gas supply system; historical control data and / or historical maintenance data of the plurality of control loops associated with the abnormal operation of at least one train; data input previously or in real time by an operator of the gas supply system.

[0017] In addition, the control requirement and auxiliary control requirement are obtained by using a human-machine interface.

[0018] Before selecting a control strategy corresponding to the control type of control loop to adjust the process parameter (s) corresponding to the control loop, incorrect detection results of the abnormal operation of at least one train caused by erroneous operation are screened out.

[0019] For each of the plurality of control loops, the process parameter (s) corresponding to the control loop is adjusted sequentially or in parallel.

[0020] After the control processes of all of the control loops are completed, it is detected whether the gas supply of the gas supply system reaches a set goal; the control modes of the plurality of control loops are switched from the fault control mode to the normal control mode in case that the gas supply reaches the set goal.

[0021] Further, the set goal is determined based on a load of gas supply of the gas supply system when the abnormal operation is detected.

[0022] According to another aspect of the disclosure, an apparatus for controlling a gas supply system is provided, the gas supply system comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, the apparatus comprising: a detection unit configured to detect an abnormal operation of at least one of the plurality of trains; a control unit configured to, in case that an abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, switch the control modes of the plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode, wherein in the fault control mode, for each of the plurality of control loops, a control strategy corresponding to the control type of the control loop is selected based on the control type to adjust the process parameter (s) corresponding to the control loop; and switch the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode.

[0023] According to an embodiment of the disclosure, the apparatus further comprises a human-machine interface. The control unit is further configured to perform the steps of the method as described above.

[0024] According to another aspect of the disclosure, a computer-readable storage medium is provided, on which a computer program is stored. The computer program includes executable instructions, when executed by a processor, causing the processor performing the method described above.

[0025] According to another aspect of the disclosure, an electronic device is provided, comprising: a processor; and a memory for storing executable instructions of the processor; wherein the processor is configured to execute the executable instructions to implement the method as described above.

[0026] According to another aspect of the disclosure, a gas supply system is provided, comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, and the apparatus as described above.

[0027] According to an embodiment of the disclosure, the gas supply system includes an air separation unit. The gas supply system further includes a plurality of compressors, precooling units, purification units, a plurality of cryogenic turbines, heat exchangers and cold boxes, wherein each of the plurality of trains includes at least one of compressors and cryogenic turbines.

[0028] The method, apparatus and system for controlling a gas supply system provided in the disclosure can, in case that the abnormal operation, such as, equipment tripping, of at least one of the plurality of trains operated in parallel, which causes an instant fluctuation of the delivery and processing volume of gas materials, is detected, quickly switch the control mode of the plurality of control loops in the system based on a feedforward control strategy. On the basis of meeting the fast response, the control type of the control loop is classified based on different control requirement for each of the control loops, and a modular control strategy corresponding to the control type is selected according to the control type to adjust a plurality of process parameters. The modular control strategy can simplify the amount of control code as much as possible to reduce the load of the control system, and can be flexibly combined and duplicated without additional maintenance by instrument engineers. The control parameters used in the modular control strategy can provide trend and operation information by operator from the historical information about the control data and maintenance data associated with the historical abnormal operation of the trains, based on the topology and process of the gas supply system in advance, so as to assist in determining the optimal control parameters. After the simplification of control code and presetting of the parameters, it is possible to perform multiple concurrent process control for the plurality of control loops. Parallel control can also reserve the processing capacity required for performing other important control functions by the controller. The introduction of a friendly human-machine interface (HMI) can further facilitate the data input by operators and vividly displaying of the control process.Brief Description of the Drawings

[0029] The above and other features and advantages of the disclosure will become more apparent by illustrating exemplary embodiments with reference to the attached drawings.

[0030] Figure 1 is a schematic structural diagram illustrating a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0031] Figure 2 is a schematic diagram illustrating a human-machine interface (HMI) in a system framework for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0032] Figure 3 is a part of a schematic flow chart of an automatic execution process for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0033] Figure 4 is another part of a schematic flow chart of an automatic execution process for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0034] Figure 5 is a schematic flow chart of a method for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0035] Figure 6 is a schematic structural diagram illustrating an apparatus for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure.

[0036] Figure 7 is a diagram illustrating the control effect of a method for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure on an actual system.

[0037] Figure 8 is a schematic structural diagram illustrating an electronic device according to an embodiment of the disclosure.Detailed Description

[0038] The exemplary embodiments are described more thoroughly in conjunction with the drawings. However, the exemplary embodiments can be implemented in a variety of configurations and should not be interpreted as being limited into the embodiments set forth herein; rather, these embodiments are provided to make the content of this disclosure comprehensive and complete to fully convey the concepts of the exemplary embodiments to those skilled in the art. In the drawings, the size of some elements may be exaggerated or deformed for the purpose of clarity. The same reference numbers in the drawings represent the same or similar elements and / or structures to omit their detailed descriptions.

[0039] In addition, the described features, structures or characteristics can be combined in one or more embodiments in any suitable manner. In the following description, many specific details will be provided to facilitate the full understanding of the embodiments of the disclosure. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the technical solution of the disclosure may not contain one or more of the specific details, and other methods, elements, etc. may also be adopted. In other cases, basic structure, method or operation are not shown or described in detail to avoid blurring the various aspects of the disclosure.

[0040] Fig. 1 shows a schematic structural diagram of a gas supply system using an air separation unit as an example. The air separation unit, ASU, includes devices of compressors 101A and 101B, a precooling unit 102, purification units 103A and 103B, turbines 104A and 104B, a heat exchanger (not shown) , a cold box unit 105 and the likes, and a controller 106 for controlling process parameters associated with these devices.

[0041] According to the production load and design requirements, the air separation device utilizes different numbers of trains to operate in parallel in order to provide gas for users, wherein each of the trains shares a part of the total load of gas supply. In Figure 1, for example, the gas supply system includes two trains operated in parallel. Among them, the first train includes one of the compressors 101A / 101B and one of the turbines 104A / 104B, responsible for providing 50%capacity of the total load of gas supply; the second train includes the remaining one of the compressors 101A / 101B and the remaining one of the turbines 104A / 104B, responsible for providing the other 50%capacity of the total load of gas supply. In consideration of operational flexibility, cost and system expansibility, the amount of load of gas supply that each of the trains can provide individually should also meet the gas demand of users under special operating conditions. In practice, the gas supply system (such as, an air separation device) may include three or more compressors, which constitute corresponding compressor parts of three or more trains respectively. The gas supply system may also include three or more turbines, which also constitute the corresponding turbine parts of three or more trains respectively. According to an embodiment of the disclosure, the method and apparatus for controlling a gas supply system may be applied to various scenario of parallel configurations of trains including different numbers of multiple compressors and multiple turbines.

[0042] Taking the first train as an example, the air material enters a pre-cooling unit 102 through compressor 101A or 101B, and then is separated into channels and one of the channels enter the turbine 104A via the purification unit 103A or 103B. The turbine 104A may be selected as a low-temperature turbine, which includes a booster 104A1 for supercharging the air material and an expander 104A2 for expansion refrigeration. After the pressure of the air material is increased and then reduced, the air material enters into a single heat exchanger and a single cold box unit 105 in turn, and outputs liquid nitrogen, LIN, liquid oxygen, LOX, gaseous nitrogen, GAN, gaseous oxygen, GOX, and the like as required by the user.

[0043] The controller 106 uses a plurality of different control loops to control the process parameters related to each of the above-mentioned devices by using corresponding control algorithms and strategies, as shown by the dotted lines in Figure 1. The number of control loops depends on the topology of devices and process of the air separation unit. For example, the operator of an air separation unit in an industrial park needs to change the control parameters and codes of dozens of control loops at a time to balance the air material and the cooling capacity in order to avoid risks of safety and product quality in the air supply process. In another industrial park, the air separation unit may be more complex, such that the number of control loops monitored by the operator is larger.

[0044] Multiple trains operated in parallel may experience abnormal operations, for example, one or more devices in one or more trains fail, resulting in fluctuations in the capacity of material transportation and processing in the train (s) , or even a instantaneous decrease or interruption in gas supply due to tripping of compressor or turbine. For example, in case that the booster 104B1 or the expander 104B2 of the second train in Figure 1 fails and unexpectedly stops running, the air material supply in Figure 1 instantaneously drops to 50%of the previous value (depending on the number and setting of the trains in parallel) . However, the cold box unit 105 still operates based on the value of process parameters corresponding to the previous load of 100%material supply. Accordingly, the control codes and process parameters of the control loop related to the capacities of air separation and cooling cannot be changed immediately in a short term, resulting in fluctuations in gas supply of the gas supply system and / or process failures of the gas supply system. The functions of the gas supply system include not only providing corresponding gas, but also cooling the devices through a heat exchanger to avoid insufficient cooling capacity which is not capable for keeping the safe operation of the air separation device, thereby causing safety incidents.

[0045] In the example mentioned above, the production load of the air separation unit can gradually increase its load of gas supply from 0%to 50%in the case of a single train, but it is merely possible to recover from the system control state corresponding to a load of gas supply of 100% to load of 50%automatically and immediately, in case of abnormal operation, such as, tripping of the compressor and / or turbine in the single train. It is because that the system includes a large number of control loops, and the devices and process parameters controlled by each of the control loops are different, such that the control logic, algorithm, and codes of each control loop are very complex. The configuration scheme of traditional distributed control system, DCS, or process logic control, PLC, also needs to be programmed individually for each of the control loops, and the requirements for controlling these control loops also occupy a large amount of processing resources of the controller 106. In addition, the instantaneous changes of gas supply and processing status caused by abnormal operation of the devices in the train are at a second level, or even at a millisecond level, where the rapid response in such level is equivalent to real-time control. In the existing control scheme, each of the control loops is programmed based on traditional advanced process control algorithm and strategy at a minute level, and its control cycle is usually minutes or even longer, which cannot meet the requirements for rapid control in this scenario. Furthermore, the negative feedback control manner of the traditional control scheme requires fine-tuning of the control parameters according to the measurements of the process parameters after control. After each fine-tuning, the control program or logic needs to be modified with the support and participation of instrument engineers, and there are also operational risks for online download of the logic program.

[0046] For example, an air separation unit requires the operator to change the control strategies and parameters of approximately 39 control loops at one time to balance the air material supply and cooling capacity in case that a certain train is abnormal, thereby avoiding risks of process safety and product quality. In another air separation unit which is more complex, due to the special oxygen pump process, the operator needs to instantaneously change the control strategies and parameters of approximately 76 control loops to deal with the abnormal operation of train when it happens. Even if three or more operators are arranged to operate at the same time, there are few cases to successfully ensure stable gas supply of the air separation unit. Therefore, the operational reliability of the gas supply system including multiple trains operated in parallel under abnormal operating conditions is a great challenge and also a pain point in system operation.

[0047] The key feature for designing control scheme for a gas control system according to the embodiment of the disclosure is the capability of switching the control mode of each of the control loops quickly or even instantaneously (for example, within one second or even shorter) from the normal traditional advanced process control to a fault control mode, in case that the devices, such as, compressors, turbines and other devices in at least one train in the air separation unit are detected as state fluctuations including abnormal operation, failure or interruption (such as, tripping) . After determining that the load of gas supply that the gas supply system can stably provide reaches the set value of the load of gas supply, such as the load of gas supply before the failure occurs, the control mode of the control loop is switched back to the normal control mode to continue the previous advanced process control process. The overall control goal of the fault control mode is to ensure the stability of the load of gas supply and the safe operation of devices, which is achieved by executing the corresponding control strategy in the fault control mode through relevant multiple control loops.

[0048] From the perspective of interaction with the operator, the overall system framework of the solution for controlling the gas supply system according to the embodiment of the disclosure can be divided into a part of human-machine interface, HMI, that inputs or reads information of system control requirements and displays control process information, and a part of backstage that automatically performs the control process.

[0049] Figure 2 shows an exemplary human-machine interface, HMI, according to an embodiment of the disclosure. The integrated HMI has information items that can be input or modified and non-modifiable information items for displaying control process information.

[0050] The dotted box 210 indicates the information of operation variables that need to be input or modified by process personnels, including the name of control loop 211 (marked with “Name” ) and the control type of control loop 212 (marked with “Type” ) . Type 212 can indicate the control type of control strategy for a control loop in normal control mode, such as, PID control for analog variables or 0-1 switching control for Boolean variables. Type 212 can also indicate the type of variable of the process parameters adjusted in the corresponding control loop. For example, the process parameters that support PID control belong to analog variables, the process parameters that support 0-1 switching control, such as, opening and closing of valves, belong to Boolean variables, and the process parameters that support gradual conversion to set values belong to analog variables.

[0051] The dotted box 220 represents the control requirements that need to be automatically acquired by the system or input or modified by the process personnel, which includes the target value 221 (marked with “Target” ) and the adjustment time 222 (marked with “Ramp Time” ) for the process parameter adjusted in the control loop. The target value 221 is related to the type of variable of the process parameter. The target value of the process parameter of the type of analog variable can be a value within the rated value range of the process parameter, and the target value of the process parameter of the type of Boolean variable can be a Boolean variable value 0 or 1 (corresponding to "False" or "True" ) and its specific meaning is defined according to the control object represented by the Boolean variable. The target value 221 can be different from the original value of the process parameter. At this time, the control target of the control loop is to adjust the process parameter from the original value to the target value 221. The target value 221 can also be the same as the original value of the process parameter, indicating that the control target is to keep the process parameter unchanged. It should be noted that at the beginning of the control process, the original value of the process parameter is equal to the current value of the process parameter, and at other time moments other than the starting time of the control process, the current value of the process parameter may be different from the original value. The adjustment time 222 represents the time required for the control loop to adjust the process parameter from the original value to the target value 221. The zero value of adjustment time 222 means that the process parameter will change to the target value instantaneously. Otherwise, the non-zero value of adjustment time 222 means that the process parameter will gradually adjust to the target value 221 according to a calculated velocity.

[0052] The dotted box 230 represents an auxiliary control requirement that needs to be automatically acquired by the system or input or modified by the process personnel, which includes an auxiliary target value 231 (also called the second target value, marked with “Target2” ) , an auxiliary original value 232 (also called the second original value, marked with “Original Value2” ) and delay time 233 (marked with “Delay Time” ) . The auxiliary control requirement indicates that, after the control process set in the control requirement 220, there are details of an auxiliary control process and its control parameters that are further adjusted for the process parameter adjusted by the control loop. The second target value 231 indicates the value to which the process parameter needs to be adjusted in the auxiliary control process, and the second original value 232 indicates the value of the process parameter at the time when the auxiliary control process starts (the current value at the start time of the auxiliary control process) . The delay time 232 represents the time threshold of the auxiliary control process, that is, if the process parameter of the control loop has not been adjusted to the second target value 231 after the delay time 232 in the auxiliary control process, the auxiliary control process is forced to stop to avoid overlong adjustment time. The zero value of the delay time 232 indicates that no time threshold for forced stop is set.

[0053] According to an embodiment of the disclosure, the control process of the control loop with auxiliary control requirement is generally a control process where the process parameter of the type of analog variable is gradually adjusted to the target value according to a calculated or set adjustment velocity. The two types of control loops, in one of which the adjustment time 222 in the control requirement 220 has been set to non-zero, i.e., the respective process parameter will be gradually adjusted to the target value 221, and to the other of which the process parameter belonging to the Boolean variable corresponds, do not have an auxiliary control process. That is, only the control loop corresponding to the process parameter of the type of analog variable which is set to be instantaneously adjusted to the target value 221 in the control requirement 220 can be set with the auxiliary control requirement 230 corresponding to the auxiliary control process. As shown in 241 in Figure 2, the control loop corresponding to the arrow marked with "x" does not have an auxiliary control process, while the control loop corresponding to the arrow not marked with "x" may have an auxiliary control process. In other words, the process parameter adjusted by the control loop with an auxiliary control process belongs to an analog variable, and the process parameter does not undergo the adjustment of being gradually adjusted to the target value 221 in the control process set by the control requirement 220. If the second original value 232 is as same as the target value 221 set in the control loop in the previous control requirement 220, the value of the process parameter of the auxiliary control process matches the value at the end of the previous one-shot control process. On the contrary, if the second original value 232 is different from the target value 221 set by the control loop in the previous control requirement 220, then in the auxiliary control process, the current value of the process parameter is first changed from the target value 221 to the second original value 232, and then a gradual adjustment process is started towards the second target value 231.

[0054] The human-machine interface, HMI, may show other information to the operators, such as, the information of current value (i.e., initial value, marked with “Original Value” ) of the process variable corresponding to the control loop at the starting time of the control process set by the control requirement 220 when an abnormal operation of the train is detected and when switching to the fault control mode, indication of the adjustment velocity for adjusting the process parameter in the control process set by the control requirement 220 (marked with “Velocity” ) , information of ramp mark (marked with “Ramp Flag” ) that the process parameter in the control process set by the control requirement 220 is gradually adjusted to the target value 221, and information of end mark (marked with “End Flag” ) whether the auxiliary control process set by the auxiliary control requirement 230 is completed. Among them, a zero value of ramp mark indicates that the process parameter is instantaneously adjusted to the target value during the control process of the control loop, and a non-zero of ramp mark indicates the adjustment process of gradually adjusting the process parameter to the target value. According to an embodiment of the disclosure, a non-zero integer value of the ramp mark may indicate the number of cycles of the adjustment process that the process parameter is gradually adjusted to the target value. The end mark has only two values of 0 and 1, which respectively indicate whether the auxiliary control process is completed.

[0055] For the process personnel as operator, it is necessary to determine the target value of the control loop as the expected value of the control process for a specific abnormal condition after data analysis, and the target value can be applied as a standard target value for the air separation unit of other similar gas supply systems, without additional configuration and maintenance on the control parameters and devices of the control loop by instrument engineers. According to an embodiment of the disclosure, the information, such as, the system control requirements input or read through the HMI can come from the manual input by operators previously or in real time, or from the data stored in advance in a dedicated or general control database. The data stored in advance can be combined with the historical control data of the control loop that has been used in the past for abnormal operation of the train and / or the trend data and operation analysis data of the operator extracted from the historical maintenance and adjustment data to the device and control loop by instrument engineers, to determine the optimal control parameters of all relevant control loops for dealing with abnormal operation of the train offline, based on the analysis of topology and / or process of the air separation unit in the gas supply system. According to an embodiment of the disclosure, all of the data abovementioned can be determined offline.

[0056] The part of the overall framework that automatically performs the control process can obtain the information input through the HMI, carry out the classification to the control loop, select the control strategy corresponding to the control type of the control loop of different control types to control respective process parameters, diagnose and record the control results at the same time, and screen out incorrect detection result of abnormal operation caused by erroneous operation by human, etc. The classification of the control type of control loop can be performed based on the type of variable of the process parameter adjusted in the control loop (for example, it can be determined by the type of control loop 212 in the information of operation variable 210) , the control requirement 220, and the auxiliary control requirement 230. Further classification to the control process of the control loop in fault control mode can obtain several preset control types that are much less than the original types of control loop. The optimal control parameters determined offline above and / or the data input by operators in real time are used to select the specific control strategy corresponding to the control type to construct a modular control algorithm and codes. Other control functions in the automatic execution of the control process can also be constructed as modular control algorithms and codes. In such way,  the control processes of a plurality of control loops can be carried out quickly and concurrently, reducing the processing resource occupation of the controller and improving the control efficiency, by flexibly combining and duplicating modular control algorithms and codes between control loops. Modular control also has following advantages: process personnel can write general codes instead of dedicated codes for the control process of a few control types of control loops and additional control functions, and instrument engineers do not need to participate in the control process, making the amount of the codes for the whole control solution small enough.

[0057] According to the function block library provided by the control system manufacturer, the control types of control loop can be classified into three main types: one-shot control, ramp control and auxiliary control.

[0058] One-shot control is used to adjust the process parameter of the type of analog variable or Boolean variable to the target value instantaneously or almost instantaneously (for example, at the level of milliseconds or seconds) . The control loops whose process parameter’s type belongs to analog variable or Boolean variable and whose adjustment time 222 in the control requirement 220 in the HMI is zero are determined to belong to the control type of one-shot control. The type of variable of the process parameter is determined based on the type of control loop 212 in the information of operating variable 210.

[0059] Ramp control is used to gradually adjust the process parameter of the type of analog variable from the original value to the target value within the set adjustment time. Those control loops whose process parameter’s type belongs to analog variable and whose adjustment time 222 in the control requirement 220 in the HMI is not zero are determined to belong to the control type of ramp control.

[0060] The auxiliary control is used to gradually adjust the process parameter of the type of analog variable from the second original value to the second target value at a set adjustment velocity and / or to adjust the process parameter based on the condition of time threshold set by delay time after a one-shot control process. Those control loops whose process parameter’s type belongs to analog variable and at least one of the items in auxiliary control requirements 230 in the HMI is not zero are determined to belong to the control type of auxiliary control.

[0061] Obviously, the control loop of the control type of auxiliary control is the control loop that has been subjected to one-shot control. Such control loop is first classified, in time, as the control type of one-shot control and then classified as the control type of auxiliary control. Since the control process indicated by the auxiliary control requirement 230 is later than the control process indicated by the control requirement 220, there would not be a conflict situation that the control loop belonging to the control type of auxiliary control is classified as two different control types of control loop at the same time. As described above, in the time dimension, the process parameters of the control loop belonging to the control type of auxiliary control are instantaneously adjusted to the set target value 221 in the previous one-shot control process, so that the previous control process lasts for a very short time. Therefore, the auxiliary control process of the control loop of the control type of auxiliary control can also be regarded as being reclassified as control type of auxiliary control approximately instantaneously or quickly, when an abnormal operation of the train is detected, to indicate that the auxiliary control process continues to be executed. In such way, when counting the number of control loops of various control types, the control loop classified as the control type of auxiliary control is first recorded as the control type of one-shot control, and then recorded as the control type of auxiliary control. On the other hand, from the perspective of control strategy, the control type of auxiliary control can also be regarded as a subtype of ramp control with auxiliary conditions which include: being classified as a one-shot control (analog variable) and executing the one-shot control process, and adding a time threshold for forced stopping during the gradual change of process parameters.

[0062] Modular control strategies and algorithms corresponding to the three control types of control loop can be designed respectively, and the original value or current value of the process parameter corresponding to the control loop, and the setting parameters included in the control requirement 220 and / or the auxiliary control requirement 230 are substituted into the control strategies or algorithms to obtain the control parameters of the corresponding control process. According to an embodiment of the disclosure, the control strategy or algorithm module corresponding to auxiliary control can also be designed as a submodule of the control strategy or algorithm module corresponding to ramp control, so as to further reduce the number of modules and the amount of codes of algorithm.

[0063] The schematic flow chart of the part of automatic execution control in the system framework is introduced below with reference to Figures 3 and 4.

[0064] The part of automatic execution control is based on the modular design mentioned above, and mainly includes a module 310 for preprocessing and inputting control / auxiliary control requirements, a module 320 for obtaining control / auxiliary control requirements and detecting erroneous operation by human, a module 330 for a control strategy of one-shot control for analog variables, a module 340 for a control strategy of one-shot control for Boolean variables, a module 350 for a control strategy of ramp control for analog variables, a module 410 for obtaining auxiliary control requirements and detecting erroneous operation by human, a module 420 for a control strategy of auxiliary control based on auxiliary control requirements, and a module 430 for switching the control modes based on interruptions and thresholds, as shown in the lower dotted lines in Figures 3 and 4.

[0065] After the process of automatic execution control is started, the process flow diagram (PFD) data designed by the Engineering &Construction Center (E&C) for the gas supply system (e.g., air separation unit) for a specific customer and the equipment topology of the air separation unit are checked in step 311 of module 310. Then, in step 312, the historical control data (provided by process engineers) previously experienced and associated with the fault conditions of abnormal operation of the train are analyzed for historical trends, and in step 313, the historical maintenance data (provided by instrument engineers) associated with the fault conditions of abnormal operation of the above-mentioned train are analyzed for operation records by operator, and in step 314, the control requirements and auxiliary control requirements of each of the plurality of control loops related to the fault control mode for the abnormal operation, which need to be input or obtained in the HMI, are determined. The optimal control parameters for each of the control loops are determined based on the control requirements and auxiliary control requirements determined from the historical data. Step 314 also includes receiving real-time input of the control requirements and auxiliary control requirements from the HMI which is obtained by the operator (e.g., process engineer) based on the analysis. As described above, the operations corresponding to steps 311 to 314 of module 310 can be performed offline in advance. In the last step 315 of module 310, the operating status of a plurality of trains of the gas supply system operated in parallel is continuously monitored in real time or at a preset cycle to detect whether there is an abnormal operation of the train. In case that the detection result is ” YES” , it is determined that an abnormal operation of the train has occurred (for example, a single train trips as listed in step 315) , and the process continues to the next module 320. Otherwise, the detection continues in case that the detection result is ” NO” . The relevant steps carried out in module 310 of preprocessing and inputting control / auxiliary control requirements are in the system preparation stage before the abnormal operation of the train occurs.

[0066] In case that an abnormal operation of the train is detected, the process enters into module 320. At this time, the control mode of the relevant control loop of the gas supply system begins to switch from normal control mode to fault control mode. In step 321, a detection for erroneous operation by human is performed first. The detection for erroneous operation by human is used to screen and exclude situations where the gas supply system reports indications or warnings related to abnormal operation (such as, error codes or interruption information) due to errors by operator, but the devices in the corresponding train of the system is actually being operated normally. This situation belongs to the error detection for abnormal operation of the train. According to an embodiment of the disclosure, the detection for erroneous operation by human can be performed before each of the control loops performs the relevant control process according to the control strategy corresponding to the control type, so as to avoid the negative impact on the normal operation of the system by the erroneous operation by human.

[0067] In step 322, different process operations are selected according to the result of the detection for erroneous operation by human. Among them, in case that the detection result is ” YES” , it is determined that there is no need to switch the control mode, the gas supply system maintains normal operation, and the process jumps to the end through circle 1. In case that the detection result is ” NO” , which indicates that the system actually has an abnormal operation of the train, and the process proceeds to step 323. In step 323, the system first calculates and determines the load of gas supply of various gases provided by the gas supply system to the user at the moment that a failure (such as, tripping) occurs as the overall setting target of the system control strategy in the fault control mode, i.e., keeping the load of gas supply stable within an allowed range, while maintaining the normal functions, such as, equipment cooling. Based on the overall setting target, the optimal control parameters corresponding to the fault condition of the current abnormal operation of the train can be found in the data generated offline  and stored in the control database or input in real time, such as, the number and name of the control loop, the target value and adjustment time in the control requirement, the second original value, the second target value and the delay time in the auxiliary control requirement, etc., in module 310.

[0068] Next, in step 324, the fault control mode is initialized, in which the historical values of each of the control parameters of the controller in previous fault control mode are cleared or these control parameters are set to initial values. In step 325, the names and numbers of the control loops involved in this fault control mode are counted, and then in step 326, the numbers of control loops corresponding to control types of one-shot control, ramp control and auxiliary control are determined according to the classification standard. Among them, the control loop of control type of auxiliary control needs to be counted in both the number of control loops belonging to the control type of one-shot control and the number of control loops belonging to the control type of auxiliary control, because the  control loop of control type of auxiliary control needs to be subjected to a one-shot control process first. It can be understood by those skilled in the art that the control loop of control type of auxiliary control has been recorded in the statistics of the number of control loops belonging to the control type of one-shot control, therefore, the sum of the numbers of control loops belonging to the control type of one-shot control and of the control loops belonging to the control type of ramp control is equal to the total number of control loops that need to be controlled in this fault control mode.

[0069] After completing the statistics of the numbers of control loops of each of the control types, the process, in step 331, classifies each of the control loops according to the types of variables of the process parameter adjusted in the control loop and the respective control requirements and / or auxiliary control requirements, and then in step 332, guides each of the control loops into different modules based on the control type of control loop, selects the control strategy corresponding to the control type to adjust the respective process parameters, and carries out the control process.

[0070] Since the auxiliary control process of the control loop of control type of auxiliary control needs to be performed after the one-shot control process for control type of one-shot control, a judgment for the two control types of one-shot control and ramp control is first performed in step 332. When the control type of control loop is one-shot control, the process passes through modules 330 and 340 sequentially to respectively perform one-shot control to the process parameters of type of analog variable and one-shot control to the process parameters of type of Boolean variable.

[0071] The process first, in step 333, identifies the control loop of control type of one-shot control and the process parameter of the type of analog variable corresponding to the control loop, and then, in step 334, obtains the original value of the process parameter (i.e., the current value of the process parameter at the moment when an abnormal operation is detected) and the target value of the process parameter set in the control requirement. In step 335, the control mode of the control loop is switched to one-shot control. According to an embodiment of the disclosure during the execution of the controller, the control mode of the control loop is switched by switching the mode in which the controller executes the control codes. For example, after the control mode is switched, the controller reads the modular control codes of one-shot control strategy into a buffer or a working memory. Next, the one-shot control process is executed in step 336 to adjust the process parameter to the target value instantaneously. The instantaneous adjustment operation can be performed by setting or assigning the current value of the process parameter to the target value. After the one-shot control process is completed, the system records and stores the information of control process in step 337. The recording can be done by generating a log in a log database or recording a control process message.

[0072] Then the process continues to module 340. In step 341, the control loop of control type of one-shot control whose process parameters are type of Boolean variable are identified, and then the original value and target value of the process parameter are obtained in step 342. In step 343, the one-shot control process is directly performed to instantaneously adjust the process parameter to the target value. The related one-shot control process is similar to the control process for analog variables in module 330. Next, the process similarly records and stores the information of control process in step 345. It can be seen that there is no step corresponding to step 335 of switching the control mode in module 340, because the modular control codes of the one-shot control strategy are still stored in the buffer or working memory of the controller, and only the parameters, such as the original value and the target value, need to be updated in step 343.

[0073] In fact, the algorithms and codes of the one-shot control strategies for process parameters of type of analog variable and for process parameters of type of Boolean variable are basically the same, except that the original value and target value types of the respective process parameters are different. It should be understood by those skilled in the art that the reason why the modules 330 and 340 are executed sequentially to perform the control processes of a plurality of control loops of control type of one-shot control  instead of performing these control processes in parallel is that the adjustment (or setting) of the process parameter from the original value to the target value in one-shot control is almost instantaneous, so the time taken by sequential and parallel performances is basically the same. In addition, the underlying execution of the control process codes in controller is usually done in manner of sequential execution. By this way, the one-shot control processes of all control loops of control type of one-shot control can be completed in a very short time. A counter or mark can be set for the number of control loops of control type of one-shot control. After each of the control loops of control type of one-shot control has completed the control process, the counter updates the number of control loops the control processes of which have not been completed until the number is zero, indicating that the control processes of all control loops of control type of one-shot control have been completed, or directly assigns a value to the corresponding mark after the control process of the last control loop is completed to indicate that the control processes of all of the control loops of the control type have been completed.

[0074] At the end of module 340, an auxiliary control is activated in step 345 to initiate the auxiliary control process for those control loops of the control type of auxiliary control, and the flow chart jumps from circle 2 to Figure 4 to continue the process.

[0075] Now, starting from the branch of step 332 where the control type is ramp control, the ramp control process performed in module 350 by the control loop belonging to the control type of ramp control is introduced.

[0076] First, the process identifies the control loop of the control type of ramp control the process parameter of which is the type of analog variable in step 351, and then obtains the original value of the process parameter and the target value and adjustment time set in the control requirement in step 352. In step 353, the control mode of the control loop is switched to ramp control, which can be done by reading the modular control codes of the control strategy corresponding to ramp control into the buffer or working memory of the controller. In step 354, the difference between the original value and the target value of the process parameter is calculated. It can be understood by those skilled in the art that the difference has a sign to indicate the relative size of the original value and the target value. Next, the adjustment velocity is calculated in step 355. The adjustment velocity can be calculated by dividing the absolute value of the difference by the adjustment time, indicating the velocity for adjusting the process parameter. Step 356 can determine the adjustment direction of the process parameter, that is, whether the current value is gradually increasing or decreasing. The positive difference means that the target value is larger than the original value and the adjustment direction is gradually increasing; conversely, the negative difference means that the target value is smaller than the original value and the adjustment direction is gradually decreasing. In an embodiment of the disclosure, a one-dimensional linear curve characterized by the adjustment velocity can be used for ramp adjustment, or a change method such as a two-dimensional linear curve can be used for gradual adjustment. In step 357, a ramp control process is performed to adjust the process parameter to the target value after the adjustment time. Step 358 includes adjusting the adjustment velocity according to the difference between the current value and the target value in the stage where the process parameter is close to the target value for limit protection and correction. Limit protection and correction are used to achieve the matching of the step length for adjustment of the ramp control process before reaching the target value with the difference between the current value and the target value, also known as position protection or overshoot protection. The adjustment of the step length can be achieved by adjusting the adjustment velocity. For example, in the process of gradually adjusting the process parameter from the original value 6 to the target value 10, the initial step length (i.e., the adjustment velocity) is 2, and the intermediate value of the parameter in each step can be 8, 10. However, when the initial step length is calculated to be 3, the sequence of the intermediate values of the parameter in each step of the gradual adjustment should be changed to 9, 10 instead of 9, 12 (because 12 has exceeded the target value 10) , so starting from the intermediate value of the parameter, 9, the step length (adjustment velocity) needs to be reduced to 1. After this ramp control process is completed, the process records and stores the control process information in step 359 similarly to the one-shot control strategy.

[0077] In step 360, a counter or mark can also be set for the number of control loops of control type of ramp control, and the number of control loops of control type of ramp control that have completed the control process or have not completed the control process is updated after each of the control loops of control type of ramp control type completes its control process. Since the ramp control process needs to last at least for a time duration related to the adjustment time, the ramp control process of each of the control loops of control type of ramp control can be performed more quickly by concurrent execution than sequential execution. In step 361, it is detected whether the number of control loops of control type of ramp control that have completed the control process has reached the target (for example, all of the control loops are completed or the remaining number is 0) . If the target is reached (the result is ” YES” ) , the control process of the control loop of control type of ramp control is stopped, otherwise the process restarts step 351 and continues the ramp control process of the next control loop of control type of ramp control.

[0078] Now back to circle 2, Figure 4 shows the control flow of the control loop of control type of auxiliary control. It can be understood that the auxiliary control process has already begun a very short time interval after the abnormal operation of the train is detected (step 315) .

[0079] First, in module 410, detection of erroneous operation by human and acquisition of auxiliary control requirements are performed similarly as in module 310. Steps 411 and 412 are similar to steps 321 and 322. If it is determined that there is no erroneous operation by human and the system actually has abnormal operation of the train, the process proceeds to step 413 to obtain the auxiliary control requirement (including the second original value, the second target value and the delay time) and the current value of the process parameter from the HMI, and in step 414, the number of the control loops of control type of auxiliary control is determined, for example, represented by the corresponding counter value.

[0080] Next, the auxiliary control process of the control loop is performed based on the control strategy of the auxiliary control requirement in module 420. The control loop of control type of auxiliary control and its corresponding process parameter of type of analog variable are identified in step 421, and then the second original value, the second target value and the delay time are obtained from the auxiliary control requirement in step 422. In step 423, the control mode of the control loop is switched to auxiliary control. The control mode of the controller can be switched by reading the modular control codes of the control strategy corresponding to auxiliary control into the buffer or working memory of the controller. In step 424, the control algorithm and codes corresponding to auxiliary control are executed. For example, in step 424, the original value can be replaced by the second original value and the target value can be replaced by the second target value in the manner described in steps 354 to 358 included in module 350 to perform the gradual adjustment to the process parameters. Among them, the adjustment velocity can be set according to preset data. After the gradual adjustment is completed, the process records and stores the information of control process in step 425. The process then continues to step 435 to switch the control mode of the control loop from auxiliary control to the normal control mode and update the counter that counts the number of control loops of the control type of auxiliary control which have completed the auxiliary control process or remain uncompleted control process or update the number of related flag.

[0081] Module 430 implements control mode switching based on interruption and threshold. Different from the control strategy of auxiliary control, in the control process of the control loop of control type of auxiliary control, the interruption information from the operator can be detected in real time or periodically in step 431, and the control process is directly ended if it is determined in step 432 that there is an interruption information (the result is ” YES” ) , otherwise the previous auxiliary control process is continued. The interruption mode allows the operator to actively intervene and terminate the operation of fault control mode. If delay time is set as a time threshold of auxiliary control process in the auxiliary control requirement, the process detects the time duration spent by adjusting the process parameter in step 433 and determines, in step 434, whether the time duration reaches the time threshold represented by the delay time or whether the process parameter reaches the second target value. Ideally, if the value of the process parameter reaches the second target value within the delay time or the error between the value of the process parameter and the second target value is less than a preset threshold, the auxiliary control process of the control loop is completed and terminated. The time threshold is introduced to prevent the auxiliary control process from taking too long, that is, the auxiliary control process of the control loop is stopped as long as the time duration reaches the delay time (the result of step 434 is "YES" ) , even if the process parameter does not reach the second target value or the error between the process parameter and the second target value is still greater than the preset threshold. Therefore, step 434 will output the result of "YES" in case that either of the two conditions that the time duration reaches the delay time and the process parameter reaches the second target value is met, and output the result of “NO” in case that neither of the conditions is met. After being stopped, the process switches the control mode of the control loop from auxiliary control to the normal control mode in step 435, and updates the counter counting the number of control loops of control type of auxiliary control that have completed the auxiliary control process or remain unfinished control, or updates the related mark. Then, the process determines in step 436 whether the updated number of the counters or the updated number of related mark reaches the target (for example, all of the numbers are reached or a set number is reached) . If the determined result is "YES" , meaning that the auxiliary control processes of all control loops of control type of auxiliary control are completed, the process ends. Otherwise, the result of "NO" indicates that there are control loops having not been completed the auxiliary control process, and the process returns to step 421.

[0082] Figure 5 shows an exemplary flow of a method for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure, where parts identical or similar to those described for the system architecture in conjunction with Figures 2 to 4 will not be described in detail.

[0083] The method mainly includes step S510 of detecting an operating status of a plurality of trains, step S520 of switching the control modes of a plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode in case that an abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, and step S530 of switching the control mode of the control loops from the fault control mode back to the normal control mode after the gas supply reaches a set target. In the fault control mode, for each of the control loops, a control strategy corresponding to the control type is selected based on the control type of the control loops to adjust the corresponding process parameters.

[0084] In step S520, the control types 520 of the control loops are classified into three control types: one-shot control 521, auxiliary control 522, and ramp control 523, according to the type of variable of the process parameter corresponding to each of control loops (for example, indicated by the name of the control loop or by the original value 501 of the process parameter) and the control requirement / auxiliary control requirement 502 associated with the abnormal operation of the train input or obtained by a HMI, so as to select the control strategy corresponding to the control type to implement the control process of the corresponding control loop.

[0085] For a control loop of control type of one-shot control 521, step S520 further includes sub-steps S5211 to S5214. In sub-step S5211, the erroneous operation by human is detected to screen out the interference by the incorrect detection results for abnormal operation caused by the erroneous operation on the normal operation of the gas supply system. After determining that there is no erroneous operation by human, the original value of the process parameter corresponding to the control loop and the target value included in the control requirement are obtained in sub-step S5212, then the control mode of the control loop is switched from the normal control mode to one-shot control in sub-step S5213, and then the process parameter is instantaneously adjusted from the original value to the target value in sub-step S5214. For process parameters of types of analog variable and Boolean variable, their one-shot control processes are similar.

[0086] For a control loop of the control type of auxiliary control 522, step S520 further includes sub-steps S5221 to S5227. In the control strategy corresponding to the auxiliary control, the control loop was previously classified as the control type of one-shot control 521, so the control loop performs sub-step S5221 after adjusting the process parameters based on the one-shot control strategy, as shown by the wide arrow. In sub-step S5221, the detection for erroneous operation by human is performed. Similarly, after determining that there is no erroneous operation by human, the current value of the process parameter corresponding to the control loop and the second original value, the second target value and the delay time included in the auxiliary control requirement are obtained in sub-step S5222. Next, the control mode of the control loop is switched from the normal control mode to auxiliary control in sub-step S5223. In sub-step S5224, the difference between the second original value and the second target value is calculated and the adjustment direction of the process parameter is determined based on the difference in sub-step S5225. Then, in sub-step S5226, the process parameter is gradually adjusted according to a predetermined adjustment velocity. If delay time is set in the auxiliary control requirement, step S520 further includes a sub-step S5227 of stopping the control process of the control loop based on a time threshold characterized by the delay time and switching the control mode back to the normal control mode. Under normal circumstances, the control process ends after the process parameter is gradually adjusted to the second target value in sub-step S5226, but in case that the delay time is set, the adjustment process of sub-step S5226 is stopped as long as the time duration of the adjustment process approaches or reaches the delay time, regardless of whether the process parameter is adjusted to the second target value.

[0087] For a control loop of the control type of ramp control 523, step S520 further includes sub-steps S5231 to S5237. In sub-step S5231, the detection for erroneous operation by human is performed. Similarly, after determining that there is no erroneous operation by human, the original value of the process parameter corresponding to the control loop and the target value and adjustment time included in the control requirement are obtained in sub-step S5232. Next, the control mode of the control loop is switched from the normal control mode to ramp control in sub-step S5233. In sub-step S5234, the difference between the original value and the target value is calculated, and in sub-step S5235, the adjustment velocity and adjustment direction of the process parameter are determined based on the difference and the adjustment time. Then, in sub-step S5236, the process parameter is adjusted gradually. Step S5237 is used to adjust the appropriate adjustment velocity based on the difference between the current value and the target value of the process parameter in case that the process parameter is close to the target value, to achieve the functions of limit protection and correction.

[0088] The control processes of the control loops of three control types can be performed sequentially or in parallel. After the process parameters are adjusted to the target values by using the control strategies corresponding to the three control types or after the auxiliary control process has lasted for the delay time and is terminated, the control process can be recorded and stored in sub-step S5241 of step S520 for future call and review. Then, sub-step S5242 updates the number of control loops that have completed the control process or the number of control loops that have not completed the control process for the control loops of each control type until all of the related control loops have completed their control process.

[0089] Step S530 further includes a sub-step S531 of detecting whether the load of gas supply of the gas supply system reaches a set target after completing the control process of the control loop, wherein the set target can be set to the load of gas supply of the gas supply system at the moment when the abnormal operation of the train is detected. Then, in case that the load of gas supply reaches the set target, the control mode of the gas supply system is switched back to the normal control mode, as shown in sub-step S532.

[0090] Figure 6 illustrates a device 600 for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure. Device 600 may include a detection unit 610 for detecting abnormal operation of at least one of a plurality of trains of a gas supply system, a control unit 620 for switching the control modes of a plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode so as to select a control strategy corresponding to the control type based on the control type of the control loop to adjust the process parameters corresponding to the control loop and switching the control mode of the control loop from the fault control mode back to the normal control mode in case that abnormal operation of at least one train is detected, and a human-machine interface, HMI, 630 for inputting and obtaining control requirements / auxiliary control requirements of the control loop to facilitate operator’s operation and display the system control status .

[0091] The control unit 620 may also implement the functions of steps S520 and S530 and their sub-steps as shown in Figure 5. Parts identical or similar to those described in conjunction with Figures 2-5 will not be described in detail.

[0092] Figure 7 shows a control effect diagram for an experimental fault case when the method for controlling a gas supply system according to an embodiment of the disclosure is used on an actual system. In the real case, when the instrument engineer was working on a gas detection system in the cabinet room, the erroneous operation caused the compressor of the second train to be interlocked stop due to a spurious signal, and its operation signal 702 instantly dropped to a low level, as shown by arrow 710. At this time, the compressor operation signal 701 of the first train remains unchanged. Afterwards, the logic of the control system switching to the fault control mode triggers the stop of the expander corresponding to the compressor in the second train and keeps the expander corresponding to the compressor in the first train running, and at the same time activates the control strategy corresponding to the control type of relevant control loops, and performs multiple concurrent adjustment to process parameters for up to 39 control loops in the system. The process parameters of the relevant devices are adjusted from the parameter curve shown by 704 to the parameter curve shown by 703. As for the two types of gas productions supplied by the gas supply system, the purity of one of them remains unchanged, as shown by 705, while the purity of the other fluctuates slowly, as shown by 706, and after the control process ends, its purity still reaches 99.62%of the purity before the failure (the position indicated by 707) , so that the purity of the two gas productions is always qualified.

[0093] Therefore, by adopting the method, apparatus and system for controlling the gas supply system provided in the disclosure, the control mode of a plurality of control loops in the system can be quickly switched based on a feedforward control strategy, in case that an abnormal operation (such as equipment tripping) of at least one of the plurality of trains operated in parallel, which causes an instant fluctuation of the delivery and processing volume of gas materials, is detected. On the basis of meeting the fast response, the control type of the control loop is classified based on the different control requirements for each of the control loops, and a modular control strategy corresponding to the control type is selected according to the control type to adjust a plurality of process parameters. The modular control strategy can simplify the amount of control code as much as possible to reduce the load of the control system, and can be flexibly combined and duplicated without additional maintenance by the instrument engineers. The control parameters used in the modular control strategy can provide trend and operation information by operator from the historical information about the control data and maintenance data associated with the historical abnormal operation of the trains, based on the topological structure and process of the gas supply system, so as to assist in determining the optimal control parameters. After the simplification of control code and presetting of the parameters, it is possible to perform multiple concurrent process control for the plurality of control loops. Parallel control can also reserve the processing capability required for performing other important control functions by the controller. The introduction of a friendly human-machine interface can further facilitate the data input by operators and vividly displaying of the control process.

[0094] It should be noted that, although several modules or units for controlling the gas supply system are mentioned in the above detailed description, this division is not mandatory. Actually, according to the embodiment of the disclosure, the features and functions of two or more modules or units described above can be embodied in one module or unit. Conversely, the features and functions of a module or unit described above can be further divided into multiple modules or units. The components displayed as modules or units may or may not be physical units, that is, they may be located at one place, or they may be distributed to multiple network units. Some or all of the modules can be selected according to actual needs to achieve the purpose of the disclosure. Those of ordinary skill in the art can understand and implement the solution without creative work.

[0095] In an exemplary embodiment of the disclosure, a computer-readable storage medium is further provided, on which a computer program is stored, the program including executable instructions, which, when executed by, for example, a processor, can implement the steps of the method for controlling a gas supply system described in any of the above embodiments. In some possible implementations, various aspects of the disclosure can also be implemented in the form of a program product, which includes a program code. When the program product is run on a terminal device, the program code is used to enable the terminal device to perform the steps described in the method for controlling a gas supply system in this specification according to various exemplary embodiments of the disclosure.

[0096] The program product for implementing the above method according to the embodiment of the disclosure can adopt a portable compact disk read-only memory (CD-ROM) and include program code, and can be run on a terminal device, such as a personal computer. However, the program product of the disclosure is not limited thereto. In this description, a readable storage medium can be any tangible medium containing or storing a program, which can be used by or in combination with an instruction execution system, an apparatus or a component.

[0097] The program product may be any combination of one or more readable media. The readable medium may be a readable signal medium or a readable storage medium. The readable storage medium may be, for example, but not limited to, a system, apparatus or component of electricity, magnetism, light, electromagnetic, infrared, or semiconductor, or any combination thereof. More specific examples (non-exhaustive list) of readable storage media include: an electrical connection with one or more wires, a portable disk, a hard disk, random access memory (RAM) , read-only memory (ROM) , erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory) , an optical fiber, portable compact disk read-only memory (CD-ROM) , an optical storage device, a magnetic storage device, or any suitable combination thereof.

[0098] The computer readable storage medium may include a data signal propagated in a baseband or as a carrier wave, wherein a readable program code is carried. The data signal of the propagation may take a variety of forms, including but not limited to an electromagnetic signal, an optical signal, or any suitable combination of the above. The readable storage medium may also be any readable medium other than a readable storage medium, which may send, propagate, or transmit a program for use by an instruction execution system, an apparatus, or a device or used in combination with it. The program code contained on the readable storage medium may be transmitted with any appropriate medium, including but not limited to wireless, wire, optical cable, RF, etc., or any suitable combination of the above.

[0099] Program code for performing the operations of the disclosure may be written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages, such as Java, C++, etc., and conventional procedural programming languages, such as "C" or similar programming languages. The program code may be executed entirely on the user computing device, partially on the user device, as a separate software package, partially on the user computing device and partially on a remote computing device, or entirely on a remote computing device or server. In the case of a remote computing device, the remote computing device may be connected to the user computing device through any type of network, including a local area network (LAN) or a wide area network (WAN) , or may be connected to an external computing device (e.g., using an Internet service provider to connect through the Internet) .

[0100] In an exemplary embodiment of the disclosure, an electronic device is further provided, which may include a processor and a memory for storing executable instructions of the processor, wherein the processor is configured to execute the steps of the method for controlling a gas supply system in any of the above embodiments by executing the executable instructions.

[0101] Those skilled in the art will appreciate that various aspects of the disclosure may be implemented as a system, method or program product. Therefore, various aspects of the disclosure may be specifically implemented in the following forms, namely: a complete hardware implementation, a complete software implementation (including firmware, microcode, etc. ) , or a combination of hardware and software, which may be collectively referred to as "circuit" , "module" or "system" herein.

[0102] Below with reference to Figure 8, an electronic device 800 according to the embodiment of the disclosure is described. The electronic device 800 shown in Figure 8 is only an example and should not limit the functions and scope of the embodiment of the disclosure.

[0103] As shown in Figure 8, the electronic device 800 is in a form of a general computing device. The components of the electronic device 800 may include, but are not limited to: at least one processing unit 810, at least one storage unit 820, a bus 830 connecting different system components (including the storage unit 820 and the processing unit 810) , a display unit 840, etc.

[0104] The storage unit stores a program code, which can be executed by the processing unit 810, causing the processing unit 810 to perform the steps of the method for controlling a gas supply system described according to various exemplary embodiments of the disclosure in this specification. For example, the processing unit 810 can perform the steps as shown in Figure 5.

[0105] The storage unit 820 may include a readable medium in the form of a volatile storage unit, such as, a random access memory unit (RAM) 8201 and / or a cache memory unit 8202, and may further include a read-only memory unit (ROM) 8203.

[0106] The storage unit 820 may also include a program / utility 8204 having a set (at least one) of program modules 8205. Such program module 8205 includes but is not limited to: an operating system, one or more application programs, other program modules and program data, each or some combination of which may include the implementation of a network environment.

[0107] Bus 830 may represent one or more of several types of bus structures, including a memory unit bus or memory unit controller, a peripheral bus, an accelerated graphics port, a processing unit, or a local bus using any of a variety of bus architectures.

[0108] The electronic device 800 may communicate with one or more external devices 900 (e.g., keyboards, pointing devices, Bluetooth devices, etc. ) , also communicate with one or more devices that enable a user to interact with the electronic device 800, and / or communicate with any device that enables the electronic device 800 to communicate with one or more other computing devices (e.g., routers, modems, etc. ) . The communication may be performed through an input / output (I / O) interface 850. In addition, the electronic device 800 may also communicate with one or more networks (e.g., local area networks (LANs) , wide area networks (WANs) , and / or public networks, such as the Internet) through a network adapter 860. The network adapter 860 may communicate with other modules of the electronic device 800 through the bus 830. It should be understood that, although not shown in the drawings, other hardware and / or software modules may be used in conjunction with the electronic device 800, including but not limited to: microcode, device drivers, redundant processing units, external disk drive arrays, RAID systems, tape drives, and data backup storage systems, etc.

[0109] Through the description of the above embodiments, it is easy for those skilled in the art to understand that the exemplary embodiments described here can be implemented by software, or by software combined with necessary hardware. Therefore, the technical solution according to the embodiment of the disclosure can be embodied in the form of a software product, which can be stored in a non-volatile storage medium (which can be a CD-ROM, a USB flash drive, a mobile hard disk, etc. ) or on a network, and includes several instructions to enable a computing device (which can be a personal computer, a server, or a network device, etc. ) to execute the method for controlling a gas supply system according to the embodiment of the disclosure.

[0110] Those skilled in the art will readily conceive other embodiments of the disclosure after considering the description and practicing the contents disclosed herein. The disclosure is intended to cover any modification, use or adaptation of the invention, which follows the general principles of the invention and includes common knowledge or customary techniques in the art that are not disclosed in the disclosure. The description and embodiments are intended to be exemplary only, and the real scope and spirit of the invention are indicated by the appended claims.

Claims

1.A method for controlling a gas supply system, the gas supply system comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, the method comprising:detecting an operating status of the plurality of trains;switching the control modes of the plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode, in case that an abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, wherein in the fault control mode, for each of the plurality of control loops, a control strategy corresponding to a control type of the control loop is selected based on the control type to adjust the process parameter corresponding to the control loop; andswitching the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode.2.The method according to claim 1, characterized in that the control types include one-shot control, ramp control, and auxiliary control.3.The method according to claim 2, characterized in that, in the fault control mode, an original value, control requirement and auxiliary control requirement for the process parameter corresponding to the control loops are obtained, and the control type of the control loop is determined based on the original value, the control requirement, and the auxiliary control requirement, the control requirement including at least a target value and adjustment time for the process parameter, and the auxiliary control requirement including at least a second original value, a second target value and delay time for the process parameter corresponding to the control loop.4.The method according to claim 3, characterized in that the control strategy corresponding to one-shot control comprises:obtaining the original value and target value for the process parameter corresponding to the control loop;switching the control mode of the control loop from the normal control mode to the one-shot control, wherein in the one-shot control, the process parameter is adjusted from the original value to the target value instantaneously.5.The method according to claim 3, characterized in that the control strategy corresponding to auxiliary control comprises:after adjusting the process parameter corresponding to the control loop based on the control strategy corresponding to the one-shot control,obtaining a second original value, a second target value and delay time for the process parameter;switching the control mode of the control loop from the one-shot control to the auxiliary control, wherein in the auxiliary control, the process parameter is adjusted from the second original value to the second target value until the current value of the process parameter matches the second target value or the adjustment process has passed the delay time.6.The method according to claim 5, characterized in that the control strategy corresponding to auxiliary control further comprises:calculating a difference between the second original value and the second target value;determining an adjustment direction for adjusting the process parameter based on the difference;adjusting the process parameter based on a preset adjustment velocity and the adjustment direction;stopping the adjustment process in case that the current value of the process parameter matches the second target value or that the adjustment process has passed the delay time.7.The method according to claim 3, characterized in that the control strategy corresponding to ramp control comprises:obtaining the original value, the target value and the adjustment time for the process parameter corresponding to the control loop;switching the control mode of the control loop from the normal control mode to the ramp control, wherein in the ramp control, the process parameter is adjusted from the original value to the target value over the adjustment time.8.The method according to claim 7, characterized in that adjusting the process parameter from the original value to the target value over the adjustment time further comprises:calculating the difference between the original value and the target value;determining the adjustment velocity and the adjustment direction for adjusting the process parameter based on the difference and the adjustment time;adjusting the process parameter based on the adjustment velocity and the adjustment direction.9.The method according to claim 8, characterized in that adjusting the process parameter from the original value to the target value over the adjustment time further comprises:Adjusting the adjustment velocity based on the difference between the current value of the process parameter and the target value.10.The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that, after the control process of the control loop is completed, the control process of the control loop is recorded and / or stored.11.The method according to claim 3, characterized in that the control requirement and the auxiliary control requirement are determined based on at least one of the following:the topology and / or process of the gas supply system;historical control data and / or historical maintenance data of the plurality of control loops associated with the abnormal operation of the at least one train;data input previously or in real time input by an operator of the gas supply system.12.The method according to claim 11, characterized in that the control requirement and the auxiliary control requirement are obtained by using a human-machine interface.13.The method according to claim 1, characterized in that, before selecting a control strategy corresponding to the control type of the control loop to adjust the process parameter corresponding to the control loop, incorrect detection result of abnormal operation of the at least one train caused by erroneous operation are screened out.14.The method according to claim 1, wherein for each of the plurality of control loops, the process parameter corresponding to the control loop is adjusted sequentially or in parallel.15.The method according to claim 1, further comprising:detecting whether the gas supply of the gas supply system reaches a set target, after the control processes of all of the control loops are completed;switching the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode in case that the gas supply reaches the set target.16.The method according to claim 15, characterized in that the set target is determined based on a load of gas supply of the gas supply system when the abnormal operation is detected.17.An apparatus for controlling a gas supply system, the gas supply system comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, the apparatus comprising:a detection unit configured to detect an abnormal operation of at least one of the plurality of trains;a control unit configured to switch the control modes of the plurality of control loops from a normal control mode to a fault control mode in case that the abnormal operation of at least one of the plurality of trains is detected, wherein in the fault control mode, for each of the plurality of control loops, a control strategy corresponding to the control type of the control loop is selected based on the control type to adjust the process parameter corresponding to the control loop; and switch the control modes of the plurality of control loops from the fault control mode to the normal control mode.18.The apparatus according to claim 17, characterized in that the apparatus further includes a human-machine interface.19.The apparatus according to claim 17 or 18, characterized in that the control unit is further configured to perform the steps of the method according to any one of claims 2 to 16.20.A computer-readable storage medium having a computer program stored thereon, the computer program comprising executable instructions, when executed by a processor, causing the processor to implement the method according to any one of claims 1 to 16.21.An electronic device, comprising:a processor; anda memory for storing executable instructions of the processor;wherein the processor is configured to execute the executable instructions to implement the method according to any one of claims 1 to 16.22.A gas supply system comprising a plurality of control loops for adjusting process parameters and a plurality of trains for processing gas in parallel, and the apparatus according to any one of claims 17 to 19.23.The gas supply system of claim 22, characterized in that the gas supply system comprises an air separation device.24.The gas supply system according to claim 22, characterized in that the gas supply system comprises a plurality of compressors, a pre-cooling unit, a purification unit, a plurality of cryogenic turbines, a heat exchanger and a cold box, wherein each of the plurality of trains comprises at least one of the compressors and the cryogenic turbines.

Images