论文-先进控制技术与实现

先进控制技术与应用实现 The advanced control technology and implementations 辽阳石化分公司仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 厂 雷军  刘春晖  大连石化分公司新区装置  马昕 摘要：近年来国内外石油化工行业以增加产品收率、降低原料和动力消耗，保证生产装置的优化和安全平稳运行，提高经济效益为目标，已经对装置的先进控制技术和控制软件进行了广泛研究和工业化应用，给生产装置带来显著的经济效益。本文通过对先进控制技术理论研究和数学模型建立的过程探讨，并以美国阿斯本（Aspen tech）公司开发设计的预测控制与软测量技术应用实施过程为实例，介绍先进控制技术在石油化工生产装置的应用与实现。 关键词：先进控制技术、数学模型、模拟软件、计算机平台、工业化应用。 Abstract: in recent years, domestic and overseas petroleum chemical industry aim to increase the yield of product , reduce raw material and power consumption, ensure the production equipment and optimization of safety running smoothly, improve the economic benefit. Has the research and industrialization to the advanced control technology of devices and control software widely applied ,which has bring significant economic benefits for the production equipment. This article is discussed based on the advanced control technology theory research and the establish process of mathematic model . As an exemple of the application process which development and designed the predictive control and soft measurement technology by the company of American Aspentech, introduce the application and realization of the advanced control technology in petrochemical production equipment . Keywords: The advanced control technology, the mathematical model, simulation software, computer platform, industrial applications 一、概述 先进控制（APC-Advanced Process Control）技术是对那些不同于常规单回路PID控制，并具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略的统称。与传统的PID控制不同，先进控制是一种基于模型的控制策略，如模型预测控制和推断控制等。先进控制通常用于处理复杂的多量过程控制问题，如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在着各种约束等。先进控制是建立在常规单回路控制之上的动态协调约束控制，可使控制系统适应实际工业生产过程动态特性和操作要求。 先进控制技术的实现，需要建立工业过程模型和有足够的计算能力及程序运行能力的设备作为支持平台。由于先进控制受控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响，早期的先进控制算法通常是在上位机上实施的。随着DCS功能的不断增强．更多的先进控制策略可以与基本控制回路一起在DCS上实现。 二、先进控制系统的核心内容 先进控制系统的核心内容是数据采集处理、数学模型建立、先进控制策略和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实施平台。 （1）数据的采集、处理和软测量技术 利用大量的实测信息是先进控制的优势所在。由于来自工业生产现场的过程信息通常带有噪声，数据采集时应作滤波处理，采集到的数据还应进行过失误差的检测与识别和过程数据的有效性检验及数据调理工作。这是先进控制应用的重要保障。基于可测信息和模型，实时计算不可测量的变量，也即软测量技术，是先进控制中不可缺少的内容，例如，汽油饱和蒸汽压、粗汽油干点、轻柴油倾点、催化裂化中的反应热、再生器的烧焦状况、反应产品分布和催化剂循环量以及某些精馏塔的两端质量指标估计等，这些关系到产品质量的关键变量，由于质量测量仪表的缺乏或不可靠，无法获得实时的可靠的在线信息，因此，可采用工艺稳态模型、神经网络模型和动态数学模型来推断估计。 （2）多变量动态过程模型辨识技术 获取对象的动态数学模型是实施先进控制的基础。对于复杂工业过程，需要强有力的辨识软件，以便在剔除一些过失虚假数据的基础上，把分段有效数据有机地组合起来，最终将实际工业生产环境下获得的现场装置试验数据，变为多输入多输出(MIMO)动态数学模型。实际工业过程模型化是一项专门的技术，它涉及到过程动态学、系统辨识、统计学以及人工智能等多种知识。尽管目前类似模型预测控制这样的先进控制策略均采用工业试验的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来获取控制模型，但是那些准确并可靠的机理模型(first principle model)和智能模型建立也有望成为有效的控制模型。 （3）先进控制策略 先进控制采用了合理的控制目标和控制结构，可更好地适应工业生产过程的需要。先进控制主要解决： ① 个别重要过程变量控制性能的改善，主要采用单变量模型预测控制与原控制回路构成所谓的“透明控制"的方式； ② 解决约束多变量过程的协调控制问题，主要采用带协调层的多变量预测控制策略； ③ 推断质量控制，利用软测量的结果实现闭环的质量卡边控制。涉及到的主要控制策略有模型预测控制、推断控制、协调控制、质量卡边控制、统计过程控制，正在兴起与开发中的有模糊控制、神经控制、非线性控制和鲁棒控制。 （4）先进控制的实施  先进控制在实施时需要解决许多具体的工程问题，其中包括： ① 合理地选择被控的区域，这不仅意味着系统的平稳性，更重要的是它直接决定着先进控制所能获得的经济效益； ② 正确整定基本PID控制回路和先进控制系统，整定基本回路是为实施先进控制奠定基础，而整定先进控制则是为在动态响应与鲁棒性之间做出权衡； ③ 合理限制控制变量的变化量和变化率，保证控制系统的平稳性和对不确定因素的鲁棒性； ④ 建立先进控制的实施平台 利用DCS系统的实时数据进行数学模型的建立，在DCS系统网络中的先进控制器进行数学模型和先进控制程序的编程及运行。在控制站对工艺过程实现控制。在操作站或工程师站建立良好的先进控制人机界面，确保在最常用的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图画面上看得到先进控制的信息，便于投用、维护和操作。 三、过程模型的建立 先进控制或优化控制实现的基础是建立过程模型，没有被控过程的模型，就无法进行先进控制和优化控制。用于描述方程的模型由各种形式，通常都用数学方程的方法来表示，称为数学模型。生产过程模型是用来描述一个过程的输入向量（包括控制向量和扰动向量）、状态向量和输出向量（通常是被控向量）之间的数学关系式。 1、过程建模原理 在工业生产过程建模中，必须十分强调建模的一般原理，即质量与能量的守恒定理，因为任何工业生产过程都遵守这一自然规律。 对于一个工业生产过程的动态模型，一般都由一个或多个微分方程与一个或多个代数方程组合在一起来表示。其中微分方程一般是常微分方程[ordinary differential equations (o．d．e)]，有时也用偏微分方程[partial differential equations(p．d．e)]来表示，在工程中应用的大多数为常微分方程。 工业过程的动态模型通常应用在非稳定状态下，用物料与能量的平衡关系来建立，工业过程模型中的代数关系式通常来自热力学与传递的关系，例如流体的粘度是温度的函数，传热系数是流体流速的函数等等。 2、过程模型建立步骤 用数学模型来模拟一个真实的工业生产过程时，首先要保证所描述的模型方程个数必须与模型的输入和输出关系相一致，这才能确保模型方程具有唯一的解，也就是说模型中的变量个数要等于独立方程个数。构建一个工业过程的模型，首先要确定模型中哪些量是可由设备尺寸、物料的物性常数等来确定的已知常数或参数；第二步是确定独立方程的输出变量，这些变量将通过求解模型微分方程和代数方程来得到；第三步确定时间函数的模型输入变量。所有这些工作是对该工业过程及环境作深入了解与分析的过程。例如过程物料的输入速率可能就是上游过程单元的输出。工业过程动态模型建立步骤如图1—1 所示。 图 1—1  工业过程动态模型建立步骤 四、先进控制技术工业化应用 现代化工业生产过程日益向着大型化和连续化发展，在整个系统中，一个设备、一个装置乃至整个工厂存在着许多变量，它们之间存在着相互关联，如何在这诸多变量中求取某个合适的组合，使生产过程具有最大的收益，这就是先进控制技术工业应用的最终目的。概括起来，生产过程最优化的基本思想是争取达到优质、高产、低消耗及安全生产。因此，先进控制技术在石油化工等行业的工业化应用越来越广泛。 近年来国内外很多自动化工程公司和科研院所及大学，以提高产品质量，降低原料和能耗，增加装置的经济效益为目标，对工业生产过程的先进控制技术和控制软件进行了广泛研究，许多先进控制技术已经商品化，给企业带来显著的经济效益。比如，美国Simcon公司开发的乙烯装置计算机先进控制技术软件包（OPSO）、美国Setpoint公司开发研制的多变量控制技术软件包（IDCOM），美国AspenTech 公司的先进过程工程系统软件系列等。 国内华东理工大学采用软测量技术开发设计的4-CBA杂质含量在线监测、酮含量在线测量等先进控制技术应用项目，实现了流程工业生产过程中介质含量的在线实时监测。北京化工大学开发的装置优化与参数整定项目是基于现代控制理论预测和内模控制的方法与PID相结合的控制器优化软件。在控制系统中采用预测-PID、内模-PID技术去优选PID参数的控制形式，使控制对象稳定、响应速度快、控制精度高，实现了装置优化运行。 美国AspenTech 公司在先进控制开发研制方面形成了一整套的先进过程工程系统软件，如ASPEN PLUS 静态过程模拟软件、ASPEN DYNAMICS 动态过程模拟软件、ASPEN CUSTOM MODELER 动态模型开发软件、ASPEN PINCH 系统节能软件、BATCH PLUS间歇过程模拟软件、BATCHFRAC间歇精馏模拟软件、POLYMERS PLUS 聚合物过程模拟软件、SPLIT 精馏系统优化软件、RATEFRAC 速率型精馏塔模拟软件、B-JAC 换热器设计软件、ASPEN ZYQAD 工艺设计平台、ASPEN ONLINE 在线实施模拟的应用工具等。AspenTech 先进控制软件在石油化工行业应用十分广泛，特别是在乙烯生产装置中利用过程建模和控制器的参数整定及软测量技术的综合应用，实现了乙烯装置平稳运行，在一定的约束条件下使产量最大化、产品质量大幅度提高。 继续阅读