1、先進(jìn)控制與實時優(yōu)化技術(shù)交流和案例分析主要內(nèi)容先進(jìn)控制系統(tǒng)概述先進(jìn)控制技術(shù)介紹案例分析工程實施2APC = 先進(jìn)過程控制 Advanced Process Control是對那些不同于常規(guī)控制，并具有比常規(guī)PID控制更好的控制效果控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計算機(jī)控制算法。如最優(yōu)控制、解耦控制、推理控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制、智能控制、預(yù)測控制等。什么是先進(jìn)控制（APC）3以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)系統(tǒng)辨識（最小二乘法為基礎(chǔ)）最優(yōu)控制（極大值原理和動態(tài)規(guī)劃方法）最優(yōu)估計（卡爾曼濾波理論）以模型為基礎(chǔ)，處理多變量控制問題模型類型：傳遞函數(shù)，狀態(tài)空間模型建模方法：機(jī)理建模、測試建模先進(jìn)控制主要特

2、點(diǎn)4借助于計算機(jī)來實現(xiàn) 數(shù)據(jù)處理與傳輸、模型辨識、控制規(guī)律的計算、控制性能的監(jiān)控、整體系統(tǒng)的監(jiān)視（包括統(tǒng)計計算、各種圖形顯示）等均依賴于計算機(jī)來實現(xiàn)。先進(jìn)控制主要特點(diǎn)5 單回路控制和多回路控制系統(tǒng)能解決80左右的工業(yè)控制問題，但是隨著生產(chǎn)向著大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，已難以滿足苛刻的約束條件和高質(zhì)量的控制要求。因而也難以獲取顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代控制理論的日臻成熟和強(qiáng)有力的計算機(jī)出現(xiàn)，使得先進(jìn)控制應(yīng)運(yùn)而生。先進(jìn)控制的發(fā)展6最優(yōu)控制給出最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最優(yōu)控制策略，使得系統(tǒng)輸出與預(yù)先選定的性能指標(biāo)函數(shù)的偏差最小的控制方法。解耦控制多變量控制系統(tǒng)中消除變量間的相互影響。推理控制采用干擾信號分離、干擾估計

3、器等解決被控量和干擾不可測情況下的控制問題。自適應(yīng)控制控制實施中可以改變控制系統(tǒng)本身。從而使控制行為適合于新的環(huán)境。它包含了模型參考自適應(yīng)控制、自校正控制和參數(shù)自適應(yīng)控制 。魯棒控制針對模型在結(jié)構(gòu)或參數(shù)上的不確定性，在對系統(tǒng)進(jìn)行靈敏度分析和攝動分析的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)仍然穩(wěn)定且保持控制性能的控制方法。 先進(jìn)控制的發(fā)展7模糊控制基于模糊集理論的一種控制方法，即建立模糊模型、進(jìn)行模糊化、清晰化和采用模糊化推理等來實現(xiàn)。智能控制是一種人工智能、控制理論、運(yùn)籌學(xué)和信息論相結(jié)合的控制方法，它采用諸如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別等各種人工智能技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)。預(yù)測控制采用對輸出進(jìn)行預(yù)報、對模型進(jìn)行反饋校正、

4、對控制實施滾動優(yōu)化等策略的控制。 先進(jìn)控制的發(fā)展8現(xiàn)代流程工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過程整個生產(chǎn)過程的連續(xù)性和無間斷性，通過一系列加工裝置對原材料進(jìn)行規(guī)定的化學(xué)反應(yīng)和物理變化。如煉油、化工、電力、造紙、冶金等行業(yè)有明確的性能改善要求提高控制平穩(wěn)性降低操作人員勞動強(qiáng)度改善產(chǎn)品質(zhì)量或提高高價值產(chǎn)品收率節(jié)能降耗生產(chǎn)過程采用計算機(jī)控制APC面向?qū)ο?為何要實施APC？連續(xù)生產(chǎn)過程提高效益的兩個方面：生產(chǎn)過程工藝與設(shè)備的創(chuàng)新與改造不斷采用先進(jìn)工藝技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)裝置的優(yōu)化，生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大生產(chǎn)過程運(yùn)行與管理的科學(xué)化生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行（離不開自動控制）生產(chǎn)裝置的先進(jìn)控制與實時優(yōu)化（APC/RTO）生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)

5、計劃的優(yōu)化生產(chǎn)和技術(shù)管理的科學(xué)化10設(shè)計已經(jīng)優(yōu)化，APC還有多少效益？實際運(yùn)行與設(shè)計條件不同原料量與原料性質(zhì)的變化市場需求的變化、生產(chǎn)環(huán)境的變化運(yùn)行總是處于動態(tài)變化之中，與基于穩(wěn)態(tài)的設(shè)計不同如何使運(yùn)行安全、平穩(wěn)，并處于優(yōu)化狀態(tài)?如何在變化的情況下給出優(yōu)化條件并盡快達(dá)到優(yōu)化?11石油化工生產(chǎn)裝置操作控制的潛在效益“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)” 就有明顯效益無或少事故，無或少聯(lián)鎖切換，安全運(yùn)行產(chǎn)品質(zhì)量合格，產(chǎn)率或收率最高，尤其是高價值產(chǎn)品產(chǎn)率的提高，離不開平穩(wěn)控制處理量高或滿負(fù)荷生產(chǎn)節(jié)能降耗、長周期運(yùn)行生產(chǎn)過程運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化良好操作控制日益成為“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”主要因素生產(chǎn)規(guī)模的增大，對操作控制的要求

6、越來越高12石油化工生產(chǎn)過程APCRTO潛在效益裝置名稱處理量效益(萬元/年)效益(元/噸)原油蒸餾750萬噸/年2254502.55.0催化裂化350萬噸/年4201050 10.025.0催化重整250萬噸/年1504505.015.0加氫裂化250萬噸/年1353154.010.0延遲焦化150萬噸/年1444807.025.0烷基化150萬噸/年1353156.015.0異構(gòu)化150萬噸/年67.51353.06.0輕烴分離200萬噸/年1202405.010.013石油化工生產(chǎn)過程APC/RTO潛在效益潛在效益是APC/RTO發(fā)展的動力生產(chǎn)裝置規(guī)模越大，效益越顯著社會越發(fā)展，要求越迫

7、切Benson & Perkins 的估計 (CPC-V,1996)基于運(yùn)行平均水平與先進(jìn)水平差矩分析：平穩(wěn)控制與動態(tài)優(yōu)化：1200 億/年減少起動、停車與切換： 1000 億/年生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化14已有PID控制系統(tǒng)，還需要APC嗎？石油化工生產(chǎn)裝置操作運(yùn)性特性：多變量關(guān)聯(lián)動態(tài)變化：多種動態(tài)響應(yīng)與多重時滯非線性：變量間關(guān)系隨操作狀態(tài)變化許多重要變量不能實時測量得到運(yùn)行狀態(tài)、約束與控制要求經(jīng)常發(fā)生變化干擾、設(shè)備、工藝條件、運(yùn)行環(huán)境生產(chǎn)負(fù)荷生產(chǎn)方案：產(chǎn)品規(guī)格、工藝流程結(jié)構(gòu)：(作為被控對象)被控變量與操縱變量的變化15已有PID控制系統(tǒng)，還需要APC嗎？PID控制是平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行的必不可少的手段對

8、響應(yīng)慢、時間滯后明顯的過程，控制性能有待提高由PID控制組成的多變量控制作用有限串級、均勻、選擇、分程等發(fā)揮了一定作用，但有限。不完全適應(yīng)多變量互相影響的生產(chǎn)過程PID控制不完全適應(yīng)生產(chǎn)過程操作控制的要求不便于處理約束和和區(qū)域控制要求無多變量協(xié)調(diào)優(yōu)化功能PID控制難于適應(yīng)生產(chǎn)過程的變化，無優(yōu)化功能16上世紀(jì)八十年代APC開始發(fā)揮作用背景：現(xiàn)代控制理論的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DCS的出現(xiàn)生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，迫切要求更好的控制與優(yōu)化突破點(diǎn)：模型預(yù)測控制（Model Predictive Control）用數(shù)學(xué)模型描述生產(chǎn)過程的動態(tài)變化用模型預(yù)測未來變化，實現(xiàn)最優(yōu)控制在每個控制時刻實時

9、修正模型迅猛發(fā)展：多變量控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化、變結(jié)構(gòu)控制不可測變量的實時計算軟儀表技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化非線性控制17基于現(xiàn)有的DCS和常規(guī)控制系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)機(jī)理動態(tài)數(shù)學(xué)模型為主、測試辨識模型為輔基于機(jī)理動態(tài)模型的產(chǎn)品質(zhì)量在線計算觀測采用多變量模型預(yù)測控制器技術(shù)基于先進(jìn)控制實施反應(yīng)深度實時優(yōu)化，實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)率最大化很好地適應(yīng)原料性質(zhì)的變化，適應(yīng)生產(chǎn)方案的變化系統(tǒng)技術(shù)路線與特點(diǎn)18常規(guī)控制層軟測量先進(jìn)控制層實時優(yōu)化層操作&監(jiān)控層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖19物理實現(xiàn)20先進(jìn)控制與實優(yōu)化系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)采集軟件Honeywell PHDAspen InfoPlusPACROS RTDSaver 先進(jìn)控

10、制軟件Honeywell RMPCT Aspen DMCPlus PACROS VSUPCC實時優(yōu)化軟件Profit OptimizerAIM Quick OptimizerPACROS RSROPT21系統(tǒng)效益分析系統(tǒng)實施后綜合效益明顯提升重要變量控制平穩(wěn)性顯著提高目的產(chǎn)品收率提高實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量卡邊控制降低裝置能耗操作員勞動強(qiáng)度降低整體操作水平提升系統(tǒng)安全性提高22吉林石化常減壓裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計能力：350萬噸/年工程范圍：初餾塔與常壓塔的先進(jìn)控制項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量儀表非線性液位控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)驗收效益輕收提高個百分點(diǎn)經(jīng)濟(jì)效益560萬元/年23吉林石化常減壓（續(xù)）初餾塔頂回流罐

11、液位 常壓塔頂回流罐液位 初餾塔頂溫度 24遼陽石化重整裝置先進(jìn)控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)處理能力：55萬噸/年工程范圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化項目內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量儀表先進(jìn)控制系統(tǒng)反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)驗收效益芳烴收率提高個百分點(diǎn)綜合能耗降低15.3kg(EO)/t 經(jīng)濟(jì)效益1260萬元/年4個固定床反應(yīng)器串聯(lián)25遼化重整（續(xù)）26吉林石化FCCU先進(jìn)控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)處理能力：140萬噸/年工程范圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化 【反再、分餾和吸收穩(wěn)定部分】項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量儀表先進(jìn)控制系統(tǒng)反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)吸收穩(wěn)定實時優(yōu)化系統(tǒng)驗收效益總液收提高: 1.23% ；輕收提高: 0.79% 干

12、氣C3+組分損失降低: 4.19% （重量百分比）丙烯損失從8%降低至2% 經(jīng)濟(jì)效益1700萬元/年27吉林石化FCCU（續(xù)）穩(wěn)定塔再沸溫度常規(guī)PID控制 穩(wěn)定塔再沸溫度VSUPCC控制 28大連石化FCCU先進(jìn)控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)處理能力：350萬噸/年工程范圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量儀表先進(jìn)控制系統(tǒng)反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)吸收穩(wěn)定實時優(yōu)化系統(tǒng)驗收效益輕油收率提高：0.78% 經(jīng)濟(jì)效益2438萬元/年29吉林石化苯乙烯裝置先進(jìn)控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)處理能力：10萬噸/年工程范圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量儀表先進(jìn)控制系統(tǒng)反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)驗收效益乙苯脫

13、氫單元產(chǎn)品收率提高：0.88% （其中苯乙烯0.57%,甲苯0.31%)烷基化單元多乙苯收率提高：0.563% （其中乙苯0.414%,二乙苯0.11%)裝置綜合能耗：5.8%裝置處理能力：2% 經(jīng)濟(jì)效益895萬元/年3個烷基化反應(yīng)器1個轉(zhuǎn)烷基化反應(yīng)器2個乙苯脫氫反應(yīng)器30吉化苯乙烯（續(xù)）響應(yīng)慢、大滯后過程控制的改善31滄州石化氣分裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計能力：20萬噸/年工程范圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量系統(tǒng)非線性液位控制先進(jìn)控制系統(tǒng)績效考核系統(tǒng)驗收效益丙烯收率提高個百分點(diǎn)綜合能耗降低千克標(biāo)油增加產(chǎn)能32獨(dú)山子石化催化裂化先進(jìn)控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計能力：80萬噸/年工程范

14、圍：全裝置的先進(jìn)控制和優(yōu)化項目內(nèi)容系統(tǒng)運(yùn)行平臺軟測量系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)實時優(yōu)化系統(tǒng)績效考核系統(tǒng)驗收效益輕收率提高個百分點(diǎn)經(jīng)濟(jì)效益918萬元/年33主要內(nèi)容先進(jìn)控制系統(tǒng)概述先進(jìn)控制系統(tǒng)技術(shù)介紹案例分析工程實施34預(yù)測控制技術(shù)介紹自動控制技術(shù)的發(fā)展從上世紀(jì)40年代開始，采用PID控制規(guī)律的單輸入單輸出（SISO）簡單反饋控制回路成為過程控制的核心系統(tǒng)。其理論基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論，主要采用頻域分析方法進(jìn)行控制理論的分析設(shè)計和綜合。目前，PID控制仍被廣泛采用，即使在大量采用DCS控制的最現(xiàn)代化的裝置中，PID回路仍占回路總數(shù)的80%到90%。這是因為PID控制算法是對人的簡單而有效操作方式的總結(jié)和模仿，

15、工業(yè)界比較熟悉且容易接受。然而，單回路PID控制并不能適用于所有的過程和不同的要求。從50年代開始，逐漸發(fā)展了串級、比值、前饋、均勻等復(fù)雜控制系統(tǒng)。在很大程度上滿足了單變量控制系統(tǒng)的一些特殊的控制要求。它們從理論上看仍是經(jīng)典控制理論的產(chǎn)物。36自動控制技術(shù)的發(fā)展PID控制優(yōu)點(diǎn)PProportion，比例，對當(dāng)前偏差的直接利用；IIntegral，積分，反映的是偏差的歷史積累；DDifferential，微分，預(yù)測未來，反映的是偏差的變化速度，僅前瞻一步；不需要對象的模型；分析、設(shè)計和實現(xiàn)簡單，易于被現(xiàn)場工程師所接受；具有較強(qiáng)的魯棒性；37自動控制技術(shù)的發(fā)展常規(guī)控制缺點(diǎn)PID控制器參數(shù)整定較困難

16、，尚無系統(tǒng)化的參數(shù)整定方法，需要豐富的經(jīng)驗才能達(dá)到較好的控制效果。主要采用基于偏差的反饋控制，而不是基于模型的控制技術(shù)，信息利用率不足。一般只適用于SISO（單入單出）系統(tǒng)，最多加入前饋或串級系統(tǒng)，無法處理MIMO（多入多出）復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的控制問題，尤其是控制變量中包含有約束限制。 魯棒性能有限，工作點(diǎn)漂移時無法保證性能，跟蹤性能與抗干擾能力矛盾。38自動控制技術(shù)的發(fā)展從50年代末發(fā)展起來的以狀態(tài)空間方法為主體的現(xiàn)代控制理論在航天、軍事、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它為過程控制帶來了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解耦控制、最優(yōu)控制等一系列多變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法。過程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化，對工業(yè)生產(chǎn)

17、過程的品質(zhì)要求越來越高，控制與經(jīng)濟(jì)效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要各企業(yè)根據(jù)自身情況采用合適的先進(jìn)控制策略來解決直接與產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率和消耗等指標(biāo)有關(guān)的而傳統(tǒng)的方法又無法奏效的控制問題。39預(yù)測控制的產(chǎn)生預(yù)測控制是70年代后期提出來的法國和美國最早將預(yù)測控制運(yùn)用于過程控制領(lǐng)域，如Cutler的動態(tài)矩陣控制（DMC）Rechalet等人的模型預(yù)測啟發(fā)式控制（MPHC）Rouhani等人的模型算法控制（MAC）Garcia等人的內(nèi)模控制（IMC）Clarke等人的廣義預(yù)測控制（GPC）40預(yù)測控制的發(fā)展80年代后，預(yù)測控制的研究和應(yīng)用有了很大的發(fā)展，各種基于預(yù)估制控制的理論、思想和方法紛紛出現(xiàn)，提出了很

18、多改進(jìn)算法。例如：有針對時滯對象、非最小相位對象、非自衡被控對象、多輸入多輸出時的預(yù)測控制研究有約束情況下的算法研究預(yù)測控制的狀態(tài)空間表示方法，從而可以用現(xiàn)代控制理論的一些方法進(jìn)行設(shè)計對于非線性系統(tǒng)，采用非線性Hammerstein模型作為預(yù)估模型進(jìn)行控制41預(yù)測控制的發(fā)展研究包括修改目標(biāo)函數(shù)表示法、在非參數(shù)模型中引入自校正機(jī)制、將預(yù)測控制和其它先進(jìn)的控制方案相結(jié)合等。在一定限制條件下證明預(yù)測控制的穩(wěn)定性和魯棒性。對系統(tǒng)性能的影響規(guī)律進(jìn)行了分析研究，對系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)選擇有很好的指導(dǎo)意義。42模型預(yù)測控制理論發(fā)展第一代MPC：1978年MAC，DMC，IMC，GPC主要特點(diǎn)：由實測脈沖或階躍響應(yīng)

19、建立模型第二代MPC：1982年典型代表：QDMC、狀態(tài)反饋預(yù)測控制、 提高抑制干擾能力主要特點(diǎn)：處理約束和多變量系統(tǒng)第三代MPC：1990年商業(yè)化軟件：DMC Plus (AspenTech)、RMPCT (Honeywell)、PACROS、START43預(yù)測控制的基本原理模型預(yù)測用模型預(yù)測未來時刻被控對象的運(yùn)動和誤差，以其作為確定當(dāng)前控制作用的依據(jù)，使控制策略適應(yīng)被控對象的存儲性、因果性和滯后性，可得到較好的控制效果。反饋校正利用可測信息，在每個采樣時刻對預(yù)估值進(jìn)行修正，抑制模型失配和干擾帶來的誤差。用修正后的預(yù)估值作為計算最優(yōu)控制的依據(jù)，使控制系統(tǒng)的魯棒性得到明顯提高滾動優(yōu)化滾動優(yōu)化是

20、相對最優(yōu)控制而言，所謂滾動優(yōu)化是每個采樣周期計算一次最優(yōu)控制序列，但只輸出其中第一個值，下一個采樣周期再計算一次，輸出一次，周而復(fù)始滾動執(zhí)行，其實質(zhì)是考慮了實際控制過程中各種不確定性；模型的誤差和系統(tǒng)的干擾通過被控變量測量值進(jìn)行反饋校正，從而使系統(tǒng)達(dá)到實際上的最優(yōu)。44預(yù)測控制原理圖示過去未來yR(k)yM(k)u(k)P10L-1ky(k)ysy45預(yù)測控制各部分間的關(guān)系參考軌跡控制算法 對 象預(yù)估模型ySyRuyd+-yM46先進(jìn)控制與常規(guī)控制與常規(guī)控制同樣的操作手段、同樣的最終目標(biāo)、不同的控制和優(yōu)化方法基于常規(guī)PID控制，但對PID有要求（儀表、調(diào)節(jié)閥、PID參數(shù)等）系統(tǒng)設(shè)計源于工藝機(jī)理

21、、常規(guī)控制與日常操作經(jīng)驗APC是工具，為操作服務(wù)常規(guī)控制針對單回路，單輸入與單輸出Single Input Single Output (SISO) 先進(jìn)控制針對多輸入多輸出對象Multiple Input Multiple Output (MIMO)47PIDOPSPPVSingle-Input-Single-Output單輸入單輸出MBPCPV1PV2PNnSPsOP1OP2OP3OPmMulti-Input-Multi-Output多輸入多輸出什么是多變量控制48大量存在關(guān)聯(lián)性的流程工業(yè)過程 對模型精度不敏感控制器結(jié)構(gòu)靈活多變對大規(guī)模的復(fù)雜過程，相對易于實現(xiàn)與使用多變量控制應(yīng)用特色49M

22、V 1MV 2MV 3DV 1CV 1CV 2CV 3預(yù)測模型50期望的CV軌跡HistorySettling TimeNow期望CV 軌跡偏差Time51控制作用下的CV軌跡forced CV trajectoryProjected future movesSettling TimeNowHistoryTime52預(yù)測試與PID整定功能設(shè)計與效益分析階躍測試模型辨識離線控制器設(shè)計與仿真操作工與工程師培訓(xùn)調(diào)試投運(yùn) 多變量預(yù)測控制器實施53軟測量技術(shù)介紹基本概念軟測量又稱軟儀表（Soft Sensor），是把控制理論與生產(chǎn)工藝過程知識有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，對一些難于測量或暫時不能測量的重

23、要變量，選擇另外一些容易測量的變量，通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷和估計，以軟件來代替儀表功能。55基本概念軟測量基于模型，用可測變量計算不可測值提供操作指導(dǎo)閉環(huán)控制在線校正模型溫度流量壓力液位軟測量值56為什么使用軟測量技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量是控制的主要目的 所有工業(yè)生產(chǎn)的目的都是為了獲得合格的產(chǎn)品，于是質(zhì)量控制成為所有控制的核心。為了實現(xiàn)良好的質(zhì)量控制，就必須對產(chǎn)品質(zhì)量或與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的重要過程變量進(jìn)行嚴(yán)格控制。質(zhì)量指標(biāo)往往不易實時獲得目前還沒有在線質(zhì)量分析儀在線質(zhì)量分析儀過于昂貴維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜有較大的測量滯后，難于滿足實時控制要求57為什么使用軟測量技術(shù)軟測量技術(shù)的出現(xiàn)推動了產(chǎn)品質(zhì)量的直接閉環(huán)控制早

24、在 70年代，Brosillow就提出了推斷控制的基本思想和方法：采集過程中比較容易測量的輔助變量 (Secondary Variable)，構(gòu)造推斷估計器來估計并克服擾動和測量噪聲對過程主導(dǎo)變量 (Primary Variable)的影響。推斷控制策略包括估計器和控制器的設(shè)計。現(xiàn)在發(fā)展起來的軟測量技術(shù)就體現(xiàn)了估計器的特點(diǎn)。在以軟儀表的估計值作為反饋信號的控制系統(tǒng)中，控制器與軟儀表的設(shè)計是分離的，給設(shè)計帶來極大的便利。58可測過程擾動可測過程輸入可測過程輸出軟測量模型主導(dǎo)變量估計值在線校正輔助變量軟測量技術(shù)特點(diǎn)軟測量技術(shù)是以某種最優(yōu)化準(zhǔn)則，利用輔助變量計算實現(xiàn)對主導(dǎo)變量的推斷。核心是表征輔助變

25、量和主導(dǎo)變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。59軟測量技術(shù)特點(diǎn)軟測量模型注重的是通過輔助變量來獲取對主導(dǎo)變量的最佳估計，不是強(qiáng)調(diào)各輸入、輸出之間的關(guān)系。軟測量模型不是一般意義上的數(shù)學(xué)模型公式。軟測量模型完成由輔助變量構(gòu)成的可測信息到主導(dǎo)變量y的映射。利用數(shù)學(xué)公式表示為：60軟測量技術(shù)分類軟測量的技術(shù)分類都是依據(jù)軟測量模型的建立方法 建模的方法多種多樣、互有交叉，目前又有融合的趨勢。很難有妥當(dāng)?shù)亩秩娴姆椒?。一般將軟測量技術(shù)分為：機(jī)理建模、回歸分析、狀態(tài)估計、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、過程層析成像、相關(guān)分析和現(xiàn)代非線性處理技術(shù)等。61軟測量技術(shù)分類其中機(jī)理建模、回歸分析、狀態(tài)估計、模式識別、人工神

26、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)軟測量的技術(shù)研究較為深入，在過程檢測和控制有許多成功的應(yīng)用。而后三種技術(shù)：過程層析成像、相關(guān)分析和現(xiàn)代非線性處理技術(shù)限于技術(shù)發(fā)展水平，在過程控制中還應(yīng)用較少。62軟測量建模方法機(jī)理建模：一般又稱“白箱”辨識建模：一般又稱“黑箱”機(jī)理建模和辨識建模相結(jié)合：一般又稱“灰箱”63軟測量建模方法機(jī)理建模方法推斷估計 (Inferential Control)穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型動態(tài)機(jī)理模型的觀測器方法 白箱模型64軟測量建模方法辨識建模方法回歸分析法 （PCR，PLS）ANN模式識別法模糊數(shù)學(xué)法 黑箱模型?65軟測量建模方法機(jī)理建模辨識建模 灰箱模型66軟測量在線校正校正原因：生產(chǎn)裝置在實際運(yùn)

27、行過程中，隨著操作條件的變化，其過程對象特性不可避免地發(fā)生變化和漂移。有必要對軟儀表的預(yù)測進(jìn)行在線校正，來適應(yīng)新工況。（如煉油中，原料性質(zhì)的變化，對軟儀表冷性質(zhì)的預(yù)測影響是很大的。）軟儀表的校正包括兩個方面：模型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型參數(shù)修正67軟測量在線校正生產(chǎn)過程常規(guī)測量儀表常規(guī)控制軟測量儀表校正數(shù)據(jù)先進(jìn)控制優(yōu)化控制過程監(jiān)測管理68機(jī)理分析、選擇輔助變量數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理建立軟儀表模型設(shè)計校正模塊在裝置上實現(xiàn)軟測量評價軟測量軟測量開發(fā)流程69主要內(nèi)容先進(jìn)控制系統(tǒng)概述先進(jìn)控制系統(tǒng)技術(shù)介紹案例分析工程實施70典型裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)蒸餾71蒸餾裝置的軟測量系統(tǒng)對初餾塔、常壓塔塔頂及側(cè)線餾分產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行計算，

28、提供以下軟測量參數(shù)初餾塔頂終餾點(diǎn)常壓塔頂終餾點(diǎn)常壓塔一線干點(diǎn)常壓塔一線閃點(diǎn)常壓塔二線傾點(diǎn)常壓塔三線傾點(diǎn)72常壓塔控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV) 初餾塔頂溫度初頂冷回流流量初餾塔進(jìn)料總流量初餾塔頂終餾點(diǎn)常頂冷回流流量初餾塔進(jìn)料溫度常壓塔頂溫度常一線抽出流量常壓塔進(jìn)料總流量常壓塔頂終餾點(diǎn)常二線抽出流量常壓塔汽提蒸汽流量常壓塔一線10%點(diǎn)、98%點(diǎn)常三線抽出流量常壓塔一線閃點(diǎn)、冰點(diǎn)常四線抽出流量常壓塔二線95%點(diǎn)常一中回流量常壓塔二線傾點(diǎn)常二中回流量常壓塔三線抽出溫度常壓爐出口溫度常壓塔四線抽出溫度73減壓塔控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)減壓塔頂溫度減

29、頂冷回流量減壓爐進(jìn)料總流量減壓塔一線95%點(diǎn)減一線抽出流量減頂真空度減二線抽出溫度減二線抽出流量減壓塔汽提蒸汽流量減三線抽出溫度減三線抽出流量減四線抽出溫度減四、五線抽出流量減一中回流量減二中回流量減壓爐出口溫度74系統(tǒng)達(dá)到的目標(biāo)在保證各產(chǎn)品餾出口質(zhì)量合格的情況下，輕油（汽油+航煤+常二線柴油）收率提高0.35%以上在不影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)及收率的情況下，提高裝置熱回收率，降低裝置能耗在10（千克標(biāo)油/噸原料）以下產(chǎn)品質(zhì)量餾出口合格率由98%提高至98.5%裝置在處理量波動上有較大彈性，能夠適應(yīng)頻繁的生產(chǎn)方案變化，避免生產(chǎn)波動，盡可能降低勞動強(qiáng)度，保證工藝平穩(wěn)率在98.5%以上75典型裝置先進(jìn)控制

30、系統(tǒng)催化裂化76催化裂化軟測量系統(tǒng)反應(yīng)再生部分主分餾塔部分吸收穩(wěn)定部分富氣、汽油、柴油、回?zé)?、外甩重油產(chǎn)率汽劑比、各進(jìn)料比、燒焦量、再生催化劑定碳、煙氣氧含量、再生煙氣氧含量與燒焦量、催化劑總循環(huán)量、外取熱熱量異常工況檢測：滑閥異常、催化劑流動異常（架橋、塌方等）粗汽油干點(diǎn)；柴油95%點(diǎn)；塔內(nèi)各段氣、液相（內(nèi)回流）流量、線速、油氣分壓；進(jìn)料組成（裂化反應(yīng)產(chǎn)物中個產(chǎn)品產(chǎn)率）液位速率穩(wěn)定汽油干點(diǎn)穩(wěn)定汽油10%點(diǎn)液化氣C2含量液化氣C5含量；干氣C3含量液位速率77反應(yīng)再生控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)宏觀反應(yīng)熱反應(yīng)溫度回?zé)捰蜏囟确磻?yīng)溫度汽提蒸汽流量回?zé)捰蜐{溫度再生溫度新鮮進(jìn)

31、料流量再生器主風(fēng)量氧含量回?zé)捰土髁績善鞑顗夯責(zé)捁抟何煌馑τ蜐{流量再滑閥壓降回?zé)捁抟何凰俾释馊崃吭响F化蒸汽流量預(yù)提升蒸汽流量二反滑閥閥位78主分餾系統(tǒng)控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)汽油干點(diǎn)塔頂溫度塔頂溫度三通閥塔頂冷回流貧吸收油流量富吸收油返塔溫度柴油閃點(diǎn)頂循流量解吸塔再沸后溫度柴油95%點(diǎn)一中流量 穩(wěn)定塔再沸后溫度柴油抽出溫度二中流量沉降器出口溫度塔底溫度柴油抽出層溫度塔底蒸汽流量塔底液位柴油汽提蒸汽量裝置總進(jìn)料量塔底液位速率油漿循環(huán)流量油漿回?zé)捔客馑α髁?9吸收穩(wěn)定系統(tǒng)控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)吸收劑比值吸收塔補(bǔ)吸劑流量粗汽油進(jìn)料溫度L

32、PGC2含量貧吸收油流量粗汽油流量LPGC5含量再吸收塔頂壓力分餾塔頂循流量干氣C3含量解析塔底再沸器溫度分餾塔一中流量穩(wěn)定汽油的10%點(diǎn)穩(wěn)定塔頂回流穩(wěn)定塔頂溫度穩(wěn)定塔底再沸器溫度穩(wěn)定塔底再沸溫度吸收塔頂溫度解析塔底溫度80系統(tǒng)達(dá)到的目標(biāo)在保證裝置運(yùn)行在約束范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上，汽、柴、液態(tài)烴總收率提高0.5%液態(tài)烴C2含量1液態(tài)烴C5含量0.5%干氣C3含量2.5%汽油干點(diǎn)、柴油干點(diǎn)實現(xiàn)卡邊控制，控制指標(biāo)為度以內(nèi)；81典型裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)加氫裂化82加氫裂化軟測量系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)部分分餾系統(tǒng)部分精制反應(yīng)器氫油比精制反應(yīng)器空速轉(zhuǎn)化率裂化反應(yīng)器氫油比裂化反應(yīng)器空速熱高壓分離器液位速率熱低壓分離器液位速率冷

33、高壓分離器液位速率冷低壓分離器液位速率液化氣C5含量脫丁烷塔頂回流罐V1007液位速率脫丁烷塔液位速率輕、重石腦油干點(diǎn)航煤干點(diǎn)、殘留量、閃點(diǎn)柴油干點(diǎn)常壓塔底液位速率減一、二、三線（輕、中、重質(zhì)滑油料）98%點(diǎn)減一、二線（輕、中質(zhì)滑油料）2%點(diǎn)減壓塔液位速率83反應(yīng)控制器被控變量(CV)操作變量(MV)干擾變量(DV)精制反應(yīng)溫度CAT1F1001出口溫度加熱爐入口溫度精制一床層入口溫度精制二床層冷氫量原料油流量精制二床層入口溫度精制三床層冷氫量燃料氣壓力精制三床層入口溫度煙道擋板開度循環(huán)氫流量反應(yīng)爐氧含量爐膛供風(fēng)手操器循環(huán)油流量反應(yīng)爐膛負(fù)壓反應(yīng)一床層冷氫量混合原料油密度轉(zhuǎn)化率反應(yīng)二床層冷氫量減

34、壓回?zé)捰土苛鸦磻?yīng)溫度CAT2反應(yīng)三床層冷氫量減頂乙烯料回?zé)捔苛鸦淮矊尤肟跍囟确磻?yīng)四床層冷氫量裂化二床層入口溫度裂化三床層入口溫度裂化四床層入口溫度84反應(yīng)分離控制器被控變量(CV)操作變量(MV)干擾變量(DV)熱高分V1003液位V1003液位給定原料油流量熱高分V1003液位速率V1004液位給定冷高分V1004液位V1005出料量給定冷高分V1004液位速率V1006出料量給定熱低分V1005液位熱低分V1005液位速率冷低分V1006液位冷低分V1006液位速率85脫丁烷塔控制器被控變量(CV)操作變量(MV)干擾變量(DV)脫丁烷塔頂溫度脫丁烷塔頂回流量V1005進(jìn)T1001量液

35、化氣C5含量再沸爐出口溫度V1005進(jìn)T1001溫度脫丁烷塔底溫度煙道擋板開度V1006進(jìn)T1001量再沸爐出口溫度爐膛供風(fēng)手操器V1006進(jìn)T1001溫度再沸爐氧含量再沸爐一支路閥位燃料氣罐壓力再沸爐爐膛負(fù)壓再沸爐二支路閥位V1007壓力V1007液位V1007出料量V1007進(jìn)料溫度V1007液位速率86常壓塔控制器被控變量(CV)操作變量(MV)干擾變量(DV)輕石腦油干點(diǎn)常頂回流量常壓爐進(jìn)料總量常壓塔頂溫度重石抽出量常壓爐進(jìn)料溫度重石腦油干點(diǎn)T1005再沸溫度常壓塔頂壓力重石抽出溫度航煤抽出量燃料氣罐壓力航煤干點(diǎn)柴油抽出量航煤閃點(diǎn)常壓爐出口溫度航煤抽出溫度煙道擋板開度柴油干點(diǎn)爐膛供風(fēng)手

36、操器抽出溫度常壓爐出口溫度常壓爐氧含量87減壓塔控制器被控變量(CV)操作變量(MV)干擾變量(DV)減壓塔頂溫度減頂回流量減壓爐進(jìn)料總量減一線98%點(diǎn)、2%點(diǎn)減一抽出量減壓爐進(jìn)料溫度減一線抽出溫度減二抽出量減壓塔頂真空度減二線98%點(diǎn)、2%點(diǎn)減底出裝置量燃料氣罐壓力減二線抽出溫度減壓爐燃料氣壓力減三線2%點(diǎn)減壓爐煙道擋板開度減壓爐出口溫度、氧含量減壓爐支路流量I減壓爐爐膛負(fù)壓減壓爐支路流量II減壓塔底液位及速率常壓塔底液位及速率88系統(tǒng)達(dá)到的目標(biāo)提高裝置控制性能，重要變量波動均方差減少20%以上 在原料性質(zhì)一致，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率一定的情況下，保證（航煤柴油）總收率提高個百分點(diǎn) 實現(xiàn)處理量的提高89

37、典型裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)連續(xù)重整90連續(xù)重整裝置軟測量系統(tǒng)預(yù)加氫與重整反應(yīng)部分重整分餾塔部分預(yù)加氫反應(yīng)氫油比WAITWABT重整反應(yīng)氫油比重整生成油芳烴含量重整汽油辛烷值四個重整反應(yīng)器宏觀反應(yīng)熱簡稱反應(yīng)熱脫戊烷塔頂C6+含量脫戊烷塔底C5-含量C301塔頂C5+含量C301塔底C4-含量脫C6塔塔頂C7+含量脫C6塔塔底C6-含量91預(yù)加氫及重整反應(yīng)控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)預(yù)加氫爐出口溫度預(yù)加氫爐瓦斯壓力預(yù)加氫進(jìn)料流量重整一反入口溫度1 #爐出口溫度預(yù)加氫進(jìn)料預(yù)熱后溫度重整二反入口溫度2 #爐出口溫度重整反應(yīng)進(jìn)料流量重整三反入口溫度3 #爐出口溫度一反加熱爐入口溫度重

38、整四反入口溫度4 #爐出口溫度二反加熱爐入口溫度一反反應(yīng)熱三反加熱爐入口溫度二反反應(yīng)熱四反加熱爐入口溫度三反反應(yīng)熱四反反應(yīng)熱92重整分餾控制器被控變量(CV)操縱變量(MV)干擾變量(DV)脫戊烷塔頂C6+含量脫戊烷塔頂回流量脫戊烷塔分離罐底抽出量脫戊烷塔底C5-含量脫戊烷塔去脫丁烷塔量脫戊烷塔進(jìn)料溫度脫戊烷塔靈敏板溫度脫戊烷塔底液位給定脫戊烷塔頂壓力脫戊烷塔回流罐液位脫戊烷塔再沸爐燃?xì)鈮毫γ撐焱樗滓何幻撐焱樗诇囟菴301烷塔頂C5+含量C301烷塔頂回流量C301烷塔進(jìn)料溫度C301烷塔底C4-含量C301烷塔液化氣出裝置C301烷塔進(jìn)料流量C301烷塔靈敏板溫度C301烷塔再沸器加熱蒸

39、汽量C301烷塔塔頂壓力C301烷塔回流罐液位C301烷塔底溫度脫C6塔頂C7+含量脫C6塔頂回流量脫C6塔進(jìn)料溫度脫C6塔底C6-含量脫C6塔C6去芳烴量脫C6塔頂壓力脫C6塔靈敏板溫度脫C6塔加熱爐燃?xì)鈮毫γ揅6塔底溫度脫C6塔回流罐液位93系統(tǒng)達(dá)到的目標(biāo)使苯類產(chǎn)品的收率和回收率提高，提高苯類產(chǎn)品收率0.5%處理量同比提高1%改善裝置的穩(wěn)定性，延長催化劑的壽命：保證反應(yīng)器重整溫度波動小于3攝氏度。控制苯類產(chǎn)品的純度在其規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)內(nèi)，達(dá)到國標(biāo)優(yōu)級。每月燃料氣消耗，綜合能耗同比降低3%。94反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)95反應(yīng)深度優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo) 其中： 反應(yīng)產(chǎn)物中各產(chǎn)品產(chǎn)率或其他指標(biāo)； 各產(chǎn)率或

40、指標(biāo)加權(quán)系數(shù)。 選擇不同加權(quán)系數(shù)得到各種不同目標(biāo)。 96反應(yīng)深度實時優(yōu)化調(diào)優(yōu)方法反應(yīng)深度動態(tài)自尋優(yōu)基于在線實時計算優(yōu)化目標(biāo)和反應(yīng)深度控制適應(yīng)工程實際，不要求儀表絕對準(zhǔn)確以動態(tài)數(shù)學(xué)模型計算的目標(biāo)和反應(yīng)熱相對變化為依據(jù)按動態(tài)數(shù)學(xué)模型確定調(diào)優(yōu)方向，改變反應(yīng)熱設(shè)定維持優(yōu)化：尋到優(yōu)化值后自行停止調(diào)優(yōu)，平穩(wěn)運(yùn)行適應(yīng)變化：原料、工況和操作條件變化后自行起動尋優(yōu)充分利用各種可測或觀測信息，充分考慮各種約束尋優(yōu)周期：10分鐘（用穩(wěn)態(tài)模型需120分鐘以上）97反應(yīng)深度實時優(yōu)化調(diào)優(yōu)特色不要求原料性質(zhì)和催化劑活性化驗數(shù)據(jù)不要求儀表絕對準(zhǔn)確可在正常動態(tài)變化過程中完成尋優(yōu)根據(jù)裝置運(yùn)行情況，自動完成尋優(yōu)后維持平穩(wěn)運(yùn)行可隨時

41、在線調(diào)整優(yōu)化目標(biāo)（加權(quán)系數(shù)）98催化裂化反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)催化反應(yīng)深度優(yōu)化軟測量催化反應(yīng)深度優(yōu)化器富氣（干氣、液態(tài)烴）、汽油、柴油、回?zé)?、外甩重油產(chǎn)率汽劑比、各進(jìn)料比、燒焦量（生焦率）、再生催化劑定碳、煙氣氧含量、再生煙氣氧含量與燒焦量、催化劑總循環(huán)量（一再到二再）、外取熱熱量異常工況檢測：滑閥異常、催化劑流動異常（架橋、塌方等）優(yōu)化目標(biāo)：各產(chǎn)品收率調(diào)優(yōu)手段：宏觀反應(yīng)熱反應(yīng)深度控制CV：宏觀反應(yīng)熱、反應(yīng)溫度MV：再生滑閥（反應(yīng)溫度PID）DV：反應(yīng)壓力、再生溫度、進(jìn)料溫度等99連續(xù)重整反應(yīng)深度實時優(yōu)化系統(tǒng)反應(yīng)深度優(yōu)化軟測量反應(yīng)深度優(yōu)化控制器重整反應(yīng)器反應(yīng)熱重整反應(yīng)器入口加權(quán)平均溫度WAIT重整生成油芳烴含量重整生成油的辛烷值優(yōu)化目標(biāo)：芳烴收率或產(chǎn)品收率調(diào)優(yōu)手段：宏觀反應(yīng)熱反應(yīng)深度控制CV：宏觀反應(yīng)熱（