1、流程工業(yè)先進(jìn)控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展Application of Advanced Control Technology in Process Industry上海交通大學(xué)自動(dòng)化系邵惠鶴教授2005年10月14日一、以企業(yè)盈利優(yōu)化為目標(biāo)的流程工業(yè)綜合自動(dòng)化 1.1 流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的支柱地位流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力、食品加工等是在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的21世紀(jì)的國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)全球500強(qiáng)行業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)有70余家，占15%，其營業(yè)收入占總收入的16.5%我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的66%，流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，因此，流程

2、工業(yè)是國家的重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)流程工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè) 全球500強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)占了70家 中國流程工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值66%1.2 流程工業(yè)綜合自動(dòng)化是將先進(jìn)的工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)合將企業(yè)的經(jīng)營管理，生產(chǎn)過程的控制、運(yùn)行與管理作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，成為提高企業(yè)競爭力的重要高技術(shù)1.3 意義 21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使企業(yè)的經(jīng)營活動(dòng)正在由封閉性、地區(qū)性向開放性和全球化轉(zhuǎn)變我國工業(yè)企業(yè)要在劇烈的市場競爭中處于不敗之地，必須以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，使企業(yè)具有對市場動(dòng)態(tài)環(huán)境快速適應(yīng)能力和業(yè)務(wù)重組能力流

3、程工業(yè)綜合自動(dòng)化的重大發(fā)展，對于推進(jìn)企業(yè)現(xiàn)代化管理和可持續(xù)發(fā)展，追求最佳經(jīng)濟(jì)效益，縮短生產(chǎn)周期，加快資金周轉(zhuǎn)，降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)競爭力等方面具有特別重要的意義1.4 流程綜合自動(dòng)化受到高度重視 列入發(fā)達(dá)國家的重點(diǎn)高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃國際上著名的鋼鐵企業(yè)日本新日鐵 石化企業(yè)美國埃克森公司 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全廠CIPS 獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益我國的流程工業(yè)CIPS在國家863高技術(shù)計(jì)劃的支持下取得了較大的發(fā)展 具有競爭優(yōu)勢的高技術(shù)流程工業(yè)企業(yè)正在大幅度提高其在信息技術(shù)方面的投資 英國當(dāng)年信息技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)在工業(yè)界的市場份額為31億英鎊，而流程企業(yè)在信息技術(shù)上的花費(fèi)就達(dá)到15億英鎊二十世紀(jì)80年代后期，使過程

4、控制開始突破自動(dòng)化孤島模式，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、經(jīng)營于一體的綜合自動(dòng)化新模式 自動(dòng)化領(lǐng)域的高技術(shù)中的前沿課題1995年美國、日本、西歐等國已有100多家煉油、化工企業(yè)都相繼建立了流程CIMS系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向上下游、產(chǎn)供銷一體化或集成化方向發(fā)展意大利AGIP石油公司提出了以數(shù)據(jù)模型為核心的工廠信息集成系統(tǒng)的方案，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和診斷，單元整合和優(yōu)化在管理決策層進(jìn)行物料平衡、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、企業(yè)資源計(jì)劃、模擬與優(yōu)化等。目前國外實(shí)施CIMS的大型流程工業(yè)企業(yè)已占很大比例1.5 目前存在的問題 流程工業(yè)中運(yùn)行的控制系統(tǒng)均以控制性能為指標(biāo)，沒有對產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標(biāo)進(jìn)行控制，因

5、而產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)品收率低，生產(chǎn)成本高生產(chǎn)過程中的物耗、能耗、設(shè)備運(yùn)行都沒有實(shí)現(xiàn)在線控制與管理生產(chǎn)過程沒有實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理企業(yè)資源未能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，企業(yè)的經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程指揮與管理和過程控制的信息沒有實(shí)現(xiàn)有效集成1.6 基于ERP/MES/PCS的三級結(jié)構(gòu)ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System) 基于ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)的特 點(diǎn)三層結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)“扁平化”的思想，較之五層結(jié)構(gòu)

6、更易于集成和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的扁平化，促使管理以職能為中心向以過程為中心轉(zhuǎn)變 三級結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一體化過程控制（IPC）的要求三級結(jié)構(gòu)中，MES 是集成的關(guān)鍵 以企業(yè)盈利優(yōu)化為目標(biāo)的過程綜合自動(dòng)化的內(nèi)容 ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）&SCM (供應(yīng)鏈)MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的跟蹤和監(jiān)督，以有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的優(yōu)化Monitoring & SPC（Statistical Process Control）(過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程分析)ROP（Real-Time Optimization實(shí)時(shí)優(yōu)化）APC & R2R（Advanced Process Control & Run to Run Cont

7、rol 先進(jìn)控制與） 以盈利為目標(biāo)的信息化企業(yè)ERPSCMMESMonitoring& SPCAPCREOPT公司各部門 在遞階級構(gòu)中的地位工廠級優(yōu)化裝置級MPCDCS過程監(jiān)控生產(chǎn)過程企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)經(jīng)營優(yōu)化 信息化企業(yè)的示意結(jié)構(gòu)需求預(yù)測戰(zhàn)略計(jì)劃訂單管理客戶管理客戶訂單ATP/CTP生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度采購計(jì)劃MESAPC侖庫管理生產(chǎn)裝置ERP監(jiān)控 先進(jìn)控制、實(shí)時(shí)優(yōu)化和 過程監(jiān)督控制傳統(tǒng)控制: 反饋、串級、前饋等。MPC: 帶約束的多變量模型預(yù)測控制實(shí)時(shí)優(yōu)化控制: 裝置和全廠的實(shí)時(shí)優(yōu)化以提供局部控制器的設(shè)定值過程監(jiān)督控制: 基於歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)(過程)性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控, 例如 PCA,

8、 PLS 和 NN 等。R2RMES層ERP層PCS 層 傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、在線分析儀資產(chǎn)管理資產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理 實(shí) 時(shí) 調(diào) 度生產(chǎn)管理中間庫存管理ERP（Enterprise Resource Planning) 企業(yè)資源管理 生產(chǎn)過程管理 物流計(jì)劃 生產(chǎn)成本計(jì)劃 生產(chǎn)計(jì)劃物流控制與管理生產(chǎn)成本控制與管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)/生產(chǎn)調(diào)度中間產(chǎn)品管理e安全控制與管理 質(zhì)量控制 生產(chǎn)過程模型化過程模擬基于工藝目標(biāo)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的過程優(yōu)化控制接口與信息界面 DCS 系統(tǒng) FCS系統(tǒng) 生產(chǎn)過程支持系統(tǒng) 高 級 控 制 傳統(tǒng)APCe設(shè)備維護(hù)管理知識(shí) 信息e運(yùn)行操作支持 ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)四大創(chuàng)新技術(shù) 1、以產(chǎn)

9、品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù) (APC)2、以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理技 (MES)3、以財(cái)務(wù)分析與決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù) (ERP)4、以企業(yè)目標(biāo)為主導(dǎo)，以知識(shí)鏈為依托的ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)集成技術(shù)二、以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù) (APC)2.1 先進(jìn)控制的提出與特點(diǎn)2,2 先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀2.3 基于模型預(yù)測的多變量約束控制MCC （Multivariable Constrained Controller ）2.4 MCC在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用在FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用(仿真)MCC在大型催化裂化中的應(yīng)用 2.1 先進(jìn)控

10、制的提出與特點(diǎn)大型石化工業(yè)過程的特點(diǎn)：規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，強(qiáng)耦合性實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競爭力的重要對策；先進(jìn)控制與在線優(yōu)化在工廠綜合優(yōu)化控制中起著承上啟下的重要作用 先進(jìn)控制的提出的背景美國的化學(xué)工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個(gè)就業(yè)崗位，2000年出口總值達(dá)725億美元，占美國出口的10%。要保持化工工業(yè)在全球的銷售實(shí)力，就要保持更低的價(jià)格和更可靠的服務(wù)，必須不斷將先進(jìn)的信息技術(shù)和過程控制技術(shù)融合到生產(chǎn)過程中。生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低材料和能源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全球經(jīng)濟(jì)中更具競

11、爭力。 先進(jìn)過程控制的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代后期，過程控制已被廣泛應(yīng)用于石化和材料的加工過程，主要是單回路局部反饋控制形式，各控制器之間幾乎沒有聯(lián)系。在80年代和90年代，多變量控制特別是基于模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制得到迅速的發(fā)展。 先進(jìn)過程控制的發(fā)展歷史續(xù)基于模型預(yù)測控制近幾年已用于處理大規(guī)模的過程控制問題?；谀Ｐ皖A(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制，在具有控制約束和狀態(tài)約束的工業(yè)過程中，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)。在2000年據(jù)控制廠商報(bào)道，模型預(yù)測控制已有5000多例，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空氣分離、食品加工、煉鋼、航空和汽車。 2.2 先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀基于模型控制的理論體系已基本形成

12、，出現(xiàn)了許多基于模型預(yù)測的多變量約束模型控制 ，如AspenTech 的DMCplus、 MCC等工程化軟件包，是應(yīng)用廣泛和最有前途的先進(jìn)控制策略專家控制系統(tǒng)：過程故障診斷，監(jiān)督控制，檢測儀表和控制回路有效性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：非線性過程的建模，軟測量，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.2 先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀續(xù)模糊系統(tǒng)：模糊控制理論基礎(chǔ)，表達(dá)不確定性知識(shí)；非線性控制：開發(fā)中，應(yīng)用不多；魯棒控制：研究熱點(diǎn)，理論性太強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用需做大量的改進(jìn)和簡化；使先進(jìn)控制具備魯棒性是重要的發(fā)展方向。其他先進(jìn)控制還包括：內(nèi)?？刂?，自適應(yīng)控制，增益調(diào)整，解耦控制，時(shí)滯補(bǔ)償?shù)龋?.3 基于模型預(yù)測的多變量約束控制（Multivariabl

13、e Constrained Controller )MCC 是具有約束的多變量、多目標(biāo)、多控制模式和基于模型預(yù)測的動(dòng)態(tài)最優(yōu)控制器 是應(yīng)用廣泛和最有前途的先進(jìn)控制策略 基于模型預(yù)測的多變量約束控制 MCC 的提出1六十年代-七十年代計(jì)算機(jī)硬件的提高和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展但先進(jìn)控制在過程產(chǎn)業(yè)中沒有達(dá)到期望的高度原因：現(xiàn)代控制理論以高精度模型為前提，過程建模難，過程時(shí)變，設(shè)計(jì)和運(yùn)行不同現(xiàn)代控制理論不靈活：被控制變量（CV）和操縱變量（MV）的選擇；難與PID配合硬件上尚不具備條件：計(jì)算機(jī)雖能裝入高級控制算法，但價(jià)格貴，代價(jià)高應(yīng)用不普及；下一級控制以常規(guī)控制儀表為主 提出 2八十年代開始 高級控制迅猛發(fā)

14、展的原因：能源危機(jī)，環(huán)保對控制提出更高要求； 節(jié)省能源，合理利用資源，綜合利用，使操作復(fù)雜化； 排出無污染物要求達(dá)到最低限度； PID不能完全勝任，要求高級控制引入，使產(chǎn)業(yè)界對過程控制的看法開始改變計(jì)算機(jī)迅猛發(fā)展，高性能，低成本； DCS出現(xiàn)及普及； 計(jì)算機(jī)通訊變得十分方便,眾多信息平臺(tái)出現(xiàn)；遞階結(jié)構(gòu)硬件基礎(chǔ)奠定八十年代模型預(yù)測控制（MPC）誕生；控制技術(shù)有很大推進(jìn)； 廣泛應(yīng)用于石化、煤油、電力、化工、冶金、食品加工、航空、汽車制造、造紙等 模型預(yù)測控制基本原理綜合利用過去、現(xiàn)代和將來的信息決定控制策略模型預(yù)測將來輸出 （PID只利用過去和現(xiàn)在的信息）對模型要求低：反饋校正 (現(xiàn)代控制理論要求

15、模型精度高)滾動(dòng)優(yōu)化：每控制周期不斷進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算（現(xiàn)代控制一次優(yōu)化）穩(wěn)態(tài)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)優(yōu)化相結(jié)合多變量系統(tǒng)（ PID是一對一控制）CV和MV可受約束 第三代MCC產(chǎn)品及其公司 工業(yè)MCC產(chǎn)品技術(shù)特性比較 MCC開發(fā)與應(yīng)用情況 經(jīng)濟(jì)效益分析 生產(chǎn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的最大關(guān)鍵：使生產(chǎn)過程時(shí)刻處于最優(yōu)約束上操作實(shí)現(xiàn)多變量MPC：減少過程干擾的影響；在約束條件下，最優(yōu)卡邊操作；實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)化-局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)在線全裝置穩(wěn)態(tài)優(yōu)化：基于過程穩(wěn)態(tài)模型；不斷修正約束條件；不斷更新模型；在線求過程的最優(yōu)設(shè)定值（最優(yōu)操作條件） 經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù)大量工程實(shí)踐表明，具有投資少，見效快等特點(diǎn)。通常在原有基礎(chǔ)上，增加 3-6%

16、經(jīng)濟(jì)效益。投資少，效益高 經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù) MCC的主要功能 1)實(shí)現(xiàn)基于模型的多變量預(yù)測控制的動(dòng)態(tài)優(yōu)化2)在整過動(dòng)態(tài)響應(yīng)區(qū)間內(nèi)考慮CV與MV的約束3)應(yīng)用線性規(guī)劃原理實(shí)現(xiàn)CV與MV的穩(wěn)態(tài)約束及經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化4)采用CV與MV動(dòng)態(tài)加權(quán)原理實(shí)現(xiàn)CV與MV的動(dòng)態(tài)約束5)控制系統(tǒng)可控性在線分析和系統(tǒng)病態(tài)的自動(dòng)處理 MCC的主要功能續(xù)6)多變量控制結(jié)構(gòu)的自動(dòng)重構(gòu),以適應(yīng)各種不同情況7)能自動(dòng)識(shí)別與處理胖系統(tǒng)(自由度 0)，瘦系統(tǒng) (自由度 0時(shí)) 多變量約束控制（MCC）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 MCC軟件包的組成MCPC 基于模型預(yù)測的多變量約束控制軟件包MCCI 過程模型辨識(shí)和參數(shù)在線校正軟件包MCC

17、Config 組態(tài)軟件包MCCSIM 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件包MCCIO MCC與各類DCS的接口軟件包NMCPC 非線性多變量預(yù)測2.4 MCC 在石化工業(yè)中的應(yīng)用在FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用(仿真)在大型催化裂化（FCCU）中的應(yīng)用 在FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用(仿真)FCCU 反應(yīng)再生系統(tǒng)的工藝流程 FCCU 反應(yīng)再生系統(tǒng)的模型變量描述量程下限量程上限穩(wěn)態(tài)值控制優(yōu)先權(quán)CV1再生煙氣氧含量2 PCT3.5 PCT2.5 PCT2CV2再生煙氣溫度1345 deg.F1360 deg.F1355 deg.F2CV3再生器床層溫度1300 deg.F1345 deg.F1320 deg.F1MV1燃

18、氣流量200 MLB/HR400 MLB/HR300 MLB/HRMV2回油流量70 BPH90 BPH80 BPHDV進(jìn)料量0 BPH2100 BPH2000 BPH 采用基于模型預(yù)測的多變量約束控制的幾種方法 DMC-plus 美國ASPEN公司 MCC 多變量約束控制(上海交大、浙大) AMCC 自適應(yīng)多變量約束控制(上海交大）設(shè)定值控制 （ 1*2系統(tǒng)）對CV3在50min處實(shí)施定值控制分別使用DMCplus、MCC以及AMCC進(jìn)行控制仿真當(dāng)CV3設(shè)定值由1320deg.F變?yōu)?330deg.F 時(shí)，得到的CV3、MV1和MV2響應(yīng)曲線的仿真結(jié)果由于使用兩個(gè)MV對一個(gè)CV進(jìn)行控制，自由

19、度大于零，可以對MV2實(shí)施IRV控制（IRV = 80 BPH） 1. 設(shè)定值控制 （ 1*2系統(tǒng)） 設(shè)定值控制中三種控制策略的CV3輸出響應(yīng) 變量描述控制要求CV3再生器床層溫度定值控制（設(shè)定值 = 1330 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）由于使用兩個(gè)MV對一個(gè)CV進(jìn)行控制，自由度大于零，可對MV2實(shí)施IRV控制MV1的輸出曲線 MV2的輸出曲線 2. 擾動(dòng)抑止 （2*2*1系統(tǒng)）假設(shè)進(jìn)料量DV出現(xiàn)階躍擾動(dòng),由2000BPH增加到2050BPH的50BPH的擾動(dòng)考慮采用DMCplus、MCC以及AMCC的控制下，對再生煙氣氧含量CV1與

20、再生煙氣溫度 CV2實(shí)施控制，擾動(dòng)抑止給出了CV1、CV2、MV1與MV2的仿真結(jié)果 2. 擾動(dòng)抑止 （2*2*1系統(tǒng)）擾動(dòng)抑止過程中兩種控制策略下CV1的響應(yīng) 變量描述控制要求CV1再生煙氣氧含量定值控制（設(shè)定值 = 2.5 PCT）CV2再生煙氣溫度區(qū)域控制（1360 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）DV進(jìn)料量在50min由2000BPH增加到2050BPH 2. 擾動(dòng)抑止 （2*2*1系統(tǒng)）擾動(dòng)抑止過程中兩種控制策略下CV2的響應(yīng) 2. 擾動(dòng)抑止 （2*2*1系統(tǒng)）當(dāng)CV2在區(qū)域內(nèi)時(shí)，CV2屬于不受約束的控制變量，系統(tǒng)自由度為1，可實(shí)

21、施MV2的IRV控制（IRV = 80 BPH） 當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)使CV2超過了區(qū)域上限時(shí)，CV2變成被控變量，系統(tǒng)自由度變?yōu)榱?，只能暫時(shí)放棄MV2的IRV控制要求，首先滿足CV1與CV2的控制要求DMCplus與MCC/AMCC在約束處理上的最大的區(qū)別在于：在對CV2超過區(qū)域控制時(shí)，DMCplus優(yōu)先考慮對CV2實(shí)施卡邊操作，即將違反的區(qū)域限定值作為設(shè)定值，從而對CV2實(shí)施定值控制；而MCC/AMCC優(yōu)先考慮如何將違約的CV2盡快拉回到區(qū)域上限之內(nèi) 2. 擾動(dòng)抑止 （2*2*1系統(tǒng)）MV1的響應(yīng)輸出 MV2的響應(yīng)輸出 3. 病態(tài)處理 病態(tài)系統(tǒng)的控制要求 變量描述控制要求CV1再生煙氣氧含量定值控制

22、（設(shè)定值 = 2.5 PCT）；在100min后控制失效。CV2再生煙氣溫度區(qū)域控制（ 1360 deg.F）CV3再生器床層溫度設(shè)定值控制（設(shè)定值 = 1320 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）DV進(jìn)料量在50min由2000BPH增加到2050BPH3. 病態(tài)處理 它是在上述擾動(dòng)抑制問題上,增加了對CV3的定值控制,系統(tǒng)變?yōu)?*2*1當(dāng)系統(tǒng)不存在病態(tài)： CV2處于區(qū)域內(nèi)(50分)時(shí)，系統(tǒng)中包括兩個(gè)受控CV（CV1和CV3）和兩個(gè)MV，因此自由度為零，MV2放棄IRV控制，首先保證CV1和CV3的定值控制要求；3. 病態(tài)處理當(dāng)CV2超出區(qū)

23、域上限(100分):當(dāng)CVI再生煙氣氧含量的測量儀表失效，系統(tǒng)放棄對CV1的控制，轉(zhuǎn)而利用MV1與MV2對CV2和CV3進(jìn)行控制而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生病態(tài)。穩(wěn)態(tài)增益矩陣的條件數(shù)為：3. 病態(tài)處理 如果不加以特殊處理，在擾動(dòng)的作用下，MV1、MV2、CV2與CV3會(huì)相繼超出安全區(qū)域，病態(tài)將導(dǎo)致控制的失敗.為此，需要對控制實(shí)施病態(tài)處理，使系統(tǒng)滿足表上指定的控制要求。3.病態(tài)處理病態(tài)處理病態(tài)處理取決于CV變量的工藝優(yōu)先權(quán)，根據(jù)自由度以及病態(tài)信息，解除了MV2的IRV控制要求的同時(shí)，放棄了對CV3的控制. 3. 病態(tài)處理 病態(tài)處理中三種控制策略下CV1的響應(yīng) 3. 病態(tài)處理在不同控制策略下的CV2響應(yīng) 3.

24、病態(tài)處理病態(tài)處理中CV3在不同控制策略下的響應(yīng) MCC 在大型催化裂化中的應(yīng)用 流程圖干氣主風(fēng)回?zé)捰托迈r進(jìn)料煙氣反應(yīng)器第一再生器主分餾塔吸收解吸塔容201容301容302再吸塔穩(wěn)定塔汽油輕柴油氣態(tài)烴液態(tài)烴第二再生器目 標(biāo) 在滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的條件下,使輕質(zhì)油收率最高;裝置的總處理量最大，能耗最小。在保證汽油收率的基礎(chǔ)上，提高液化氣收率；或者 在保證液化氣收率的基礎(chǔ)上，提高汽油收率；或者 在保證輕油總收率的基礎(chǔ)上，提高輕柴油收率；提高處理量節(jié)約能耗生產(chǎn)方案適應(yīng)季節(jié)、市場需求變化以及政策性宏觀調(diào)控等因素的變化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案-反再系統(tǒng)控制方案(11輸入6輸出)多次階躍測試法建立反再系統(tǒng)動(dòng)態(tài)階躍模型投

25、用組合線性規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果投用軟測量系統(tǒng)操作界面投用軟測量運(yùn)行結(jié)果效益分析效益核算數(shù)據(jù)效益分析投運(yùn)后經(jīng)濟(jì)效益裝置的總處理量（冷渣熱常渣總蠟）有較大提高產(chǎn)品的分布有較大的改善汽油收率提高了2.3 3 , 液化氣收率提高了1，輕柴油收率下降了2.57%噸原料利潤也提高了4.8%投運(yùn)后每年所獲得的經(jīng)濟(jì)效益將在1700萬元以上三、過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程控制（PM & SPC, Process Monitoring & Statistical Process Control ）3.1 功能1) 過程性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制 是基于生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)方法，如PCA、PLS和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)(

26、過程)性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制。2. 工況（過程）監(jiān)測（Process Monitoring） 工況監(jiān)測是指依據(jù)所能獲得的各種測量數(shù)據(jù)來分析和判斷生產(chǎn)工況是否正常，并能預(yù)測不正常工況的出現(xiàn)，同時(shí)找出原因，提出對策。3.1 功能-續(xù)3)對生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化在總經(jīng)理辦公室、總工辦公室、生產(chǎn)副總經(jīng)理辦公室的計(jì)算機(jī)上也可監(jiān)視全部實(shí)時(shí)信息。這樣，使管理者能夠隨時(shí)了解現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況，為生產(chǎn)、經(jīng)營提供更多信息和決策依據(jù)。過程監(jiān)控是對調(diào)度結(jié)果的確認(rèn)和監(jiān)督，調(diào)度員能對生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化。3.1 功能-續(xù)4) 在總調(diào)度室的上位機(jī)上可以監(jiān)視各個(gè)系統(tǒng)

27、全部流程圖畫面、所有參數(shù)的調(diào)整畫面、趨勢記錄、報(bào)警狀態(tài)等全部實(shí)時(shí)信息。3.1 功能-續(xù)5) 該模塊具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 通過傳統(tǒng)的DDE等通訊方式，可與本機(jī)和其它計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)交換數(shù)據(jù)。同時(shí)，它支持標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX、OPC、ODBC技術(shù)。3.2 過程監(jiān)督控制的結(jié)構(gòu)Real-Time Monitoring Control Monitoring SystemI/O DataPerformance EvaluationOff-Line AnalysisManual ActionsOn-line ActionAPC SystemHistoricalData3.3 過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)過程控制（PM

28、 & SPC）的內(nèi)容過程監(jiān)測（PM, Process Monitoring）統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC, Statistical Process Control）過程故障檢測與診斷（FDD, Fault Detection and Diagnosis）過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（Gross Error Detection & Data Rectification）控制系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測與評估（Real-Time Monitoring Control & System Evaluation）四、過程數(shù)據(jù)的顯著誤差檢測與數(shù)據(jù)校正技術(shù) Gross Error Detection and Data Reconc

29、iliation in industrial Process過程數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）技術(shù)顯著誤差（過失誤差）檢測現(xiàn)有的顯著誤差（過失誤差）檢測方法比較過程數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）技術(shù)過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)目的是在原始測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，使協(xié)調(diào)后的數(shù)據(jù)更好地保持物料平衡等關(guān)系，同時(shí)又使其與測量值盡量接近 。數(shù)據(jù)校正后的數(shù)據(jù)能夠更好地應(yīng)用于過程控制、過程建模和過程性能評估等方面。過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)的基礎(chǔ)是假設(shè)變量的測量值是服從正態(tài)分布，即不存在顯著誤差。顯著誤差（過失誤差）檢測在實(shí)際過程測量中，由于工業(yè)過程的復(fù)雜性和不確定性，而且儀表自身的故障、儀表測量精度的下降、設(shè)備的泄漏等都會(huì)導(dǎo)致，

30、用儀表所檢測到的實(shí)際測量數(shù)據(jù)，經(jīng)常存在顯著誤差。顯著誤差的存在導(dǎo)致數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）的基本假設(shè)，即測量誤差服從正態(tài)分布的假設(shè)不成立，因此，必須在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)前，將顯著誤差檢測出來并予以消除，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的協(xié)調(diào)結(jié)果。 現(xiàn)有的顯著誤差（過失誤差）檢測方法比較 目前常用的過失誤差檢測方法有：測量殘差檢驗(yàn)法（MT）1，節(jié)點(diǎn)殘差檢驗(yàn)法(NT) 2 動(dòng)態(tài)過程顯著誤差檢測法 動(dòng)態(tài)過程顯著誤差檢測法是Bagajewicz3于近年來提出的一種動(dòng)態(tài)過程顯著誤差檢測法，它同時(shí)求出所有顯著誤差幅度值。同步識(shí)別顯著誤差（SEGE）法 Snchez4提出了用于穩(wěn)態(tài)過程的同步識(shí)別顯著誤差（SEGE）法，它通過對備選誤差集，

31、進(jìn)行各種組合，選出最滿足條件的組合方式，同時(shí)檢測出所有顯著誤差的位置和幅度。 3. 現(xiàn)有的顯著誤差（過失誤差）檢測方法比較-續(xù)順序識(shí)別并同步補(bǔ)償識(shí)別顯著誤差（SICC）法 為了減少組合數(shù)量，Jiang5在SEGE法基礎(chǔ)上提出了順序識(shí)別并同步補(bǔ)償?shù)淖R(shí)別顯著誤差法SICC ( Serial Identification with Collective Compensation ) 法，它逐步檢測出顯著誤差的位置，并同時(shí)檢測出所有顯著誤差的幅度。改進(jìn)SICC法 SICC法并沒有選出最滿足條件的組合方式，容易產(chǎn)生顯著誤差誤判，而且由于在每一次迭代中都要利用MT法來求備選顯著誤差集，因此需要不斷的重新求

32、取投影矩陣。周凌柯針對這些問題，對SICC算法進(jìn)行了改進(jìn)，并考慮到了改進(jìn)SICC算法中矩陣奇異性的避免問題。4. 過程測量數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)的基本概念 過程測量數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)值，能更好地保持物料平衡 等關(guān)系，同時(shí)又使其與測量值盡量接近。 數(shù)學(xué)上表示為求滿足一組約束方程組的最小二乘解，當(dāng)穩(wěn)態(tài)和噪聲正態(tài)分布假設(shè)滿足時(shí)，此最小二乘問題的解析解是無偏最小方差估計(jì)。 過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù) 找出一組過程數(shù)據(jù)（與某結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的）中帶有顯著性誤差的測量數(shù)據(jù)，并予以剔除（Data gross error Detection and Deletion）。對一組過程測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高它的精確度和平衡性，給出它的校正值（Dat

33、a Reconciliation）。過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù) 對缺損的數(shù)據(jù)（因測量值帶有顯著性誤差而不予采用的，可估算而來測量的）設(shè)法用已測量數(shù)據(jù)和一些物理化學(xué)規(guī)律予以估算（Data Calculation and estimation）。統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)校正-Data Rectification國際知名的專用的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)商業(yè)化軟件包先進(jìn)控制、流程模擬、實(shí)時(shí)優(yōu)化等都有數(shù)據(jù)校正模塊如美國Simulation Science Co.，Ltd的Datacon（流程模擬型的校正），美國AspenTech的Advisor （專家系統(tǒng)型的校正）英國KBC Process Technology Ltd的Sigmafine（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)型的校正），法國Technip的Datsee 國內(nèi)浙大中控軟件的APC-Data pro等。 Aspen Advisor軟件Aspen Advisor 是一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)理與產(chǎn)量核算的軟件產(chǎn)品，它應(yīng)用一個(gè)面向?qū)ο蟮膶＜蚁到y(tǒng)，解決過程工業(yè)制造工廠的數(shù)據(jù)不一致性之問題，實(shí)現(xiàn)對裝置績效的監(jiān)控。Aspen Advisor 通過確定產(chǎn)品損失流，以及為決策者提供橫跨整個(gè)企業(yè)的至關(guān)重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升企業(yè)的盈利能力。 能夠在整個(gè)企業(yè)內(nèi)進(jìn)行一致而正確的集