過程控制中的若干問題

一、控制理論發(fā)展

1.40-50年代經典控制理論

傳遞函數為基礎，在頻率域對單輸入單輸出SISO控制系統(tǒng)

分析與設計的埋論

20世紀40年代開始形成的控制理論被稱為“20世紀上半

葉三大偉績之一”

最輝煌的成果之一PID控制

根軌跡Evans

頻率特性NyquistBode

隨動控制一定值控制

定量分析困難定性分析相稱有用

2.60年代現代控制理論

狀態(tài)空間措施為基礎，以極小值原理和動態(tài)規(guī)劃措施等

最優(yōu)控制理論為特證，而以采用卡爾曼濾波器時隨機干擾

下的線性二次型系統(tǒng)宣布了時域措施的完畢。

研究多輸入多輸出系統(tǒng)

在航天、航空、導制等領域獲得了輝煌的成果

對復雜工業(yè)過程卻顯得無能為力，重要原因：要有精確過程

數學模型

建精確過程數學模型難點：

機理復雜非線性與分布參數時變性

不確定性多變量之間耦合信息不完全性

IFAC--系統(tǒng)辨識與參數估計(1965年以來每三年一次)

現代工業(yè)過程建模重要特性：

模型的I層次性。系統(tǒng)構造為遞階構造型，為此過程建模將圍繞著構造逐層進行，各層

模型之間通過信息通道互相聯(lián)絡。

模型日勺多時標性。模型的各層次時標快慢亦是不一樣H勺，每一層次兼有兩種狀態(tài)，相

對于下層快時標系統(tǒng)它是離散事件變量,相對于上層慢時標系統(tǒng),它可視為持續(xù)時間變量。

信息的多樣性。信總是語言,文字，圖形,符號,圖象,數字等多媒體信息集成。

建模措施：機理建模；經驗建模；智能建模(神經網絡建

模、知識模型、模糊模型、邏輯關系模型等)。

3.七十年代開始逐漸發(fā)展形成了大系統(tǒng)理論

大系統(tǒng)理論是現代控制理論和系統(tǒng)理論相結合，其關鍵思

想是系統(tǒng)的分解與協(xié)調,多級遞階優(yōu)化與控制。

大系統(tǒng)理論仍未突破現代控制理論的基本思想與框架，除

了高維線性系統(tǒng)之外,它對其他復雜系統(tǒng)仍然束手無策。

對于具有大量不確定性和難于建模日勺復雜系統(tǒng)，基于欠［識

的專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經網絡控制、學習控制和

基于信息論日勺智能控制等應運而生，它們在許多領域都得到

了廣泛的應用。成為自動控制歐I前沿學科之一。

智能控制與老式控制措施相結合：

模糊變構造控制(FVSC)

自適應模糊控制(AFC)

自適應神經網絡控制(ANNC)

神經網絡變構造控制(NNVAC)

神經網絡預測控制(ANNPC)

模糊預測控制(FPC)

專家模糊控制(EFC)

模糊神經網絡控制(FNNC)

專家神經網絡控制(ENNC)

二、工業(yè)過程計算機控制發(fā)展

1.直接數字控制(DDC)70年代此前

DDC實現集中控制,替代常規(guī)控制儀表

控制算法:單回路及常用復雜控制系統(tǒng)

由于集中控制的I固有缺陷,硬件可靠性低，未能普及

2.集散控制系統(tǒng)(DCS..70-80年代

DCS在硬件上將控制回路分散化，數據顯示、實時監(jiān)督

等功能集中化,有助于安全平穩(wěn)生產。

就控制方略而言，DCS仍以簡樸PID控制為主，再加上某

些復雜控制算法，并沒有充足發(fā)揮計算機H勺功能和控制水

平。

3.二級優(yōu)化控?.80年代后來

在DCS日勺基礎上實現先進控制和優(yōu)化控制。

在硬件上采用上位機和DCS或電動單元組合儀表相結合,

構成二級計算機優(yōu)化控制。

以多變量預測控制為代表的先進控制方略和靜態(tài)優(yōu)化控制

成功應用，獲得明顯經濟效益后來，出現了眾多先進控制和靜

態(tài)優(yōu)化控制軟件企業(yè)：

Aspen（美國.DM.Corp...DM....Dynami.Matri.Control

DMIDynamicMatrixIdentification

SetPonitIncSMCASetPonitMultivariableControl

Architecture

SMC-IdcomMultivariableControlpackage

SMC-TestPlatetestpackage

SMC-ModelIdentificationpackage

Honeywellprofiniatics（MH）RMPCTRobustMultivariable

PreductiveControlTechnology

PCTPredictiveControlTechnology

TreiberControl（力口拿大）OPCOptimumPredictiveControl

Adersa（法國）HIECONHierarchecalConstraintControl

PFCPredictiveFunctionalControl

GLIDEIdentificationPackage

InvensysPredictiveControlConnoisseurOn-lineModelling

（英國）LtdController

On-lineAdaptiveControl

ConstrainedOptimization

Simulation

....Scienc.Cor...ROMe....On-line/Off-lin.OPtimizatio

國外著名企業(yè)的先進控制軟件包及應用

DMC企業(yè)：DMC軟件包初次應用時間1985

使用套數（1995記錄）600套

Setpoint企業(yè)：IDCOM-M軟件包,初次應用時間1987

使用套數（1995記錄）402套

SCMCA軟件包首，次應用時間1993

Profimatics企業(yè)：PCT軟件包,初次應用時間1984

使用套數（1995記錄）372套

RMPCT軟件包首，次應用時間1991

Adersa企業(yè)：IDC0M軟件包，初次應用時間1973

使用套數（1995記錄）438套

軟HIECON件包首，次應用時間1986

Treiber企業(yè)：OPC軟件包，初次應用時間1987

使用套數（1995記錄）416套

4,工業(yè)過程計算機集成控制--90年代

伴隨計算機及網絡技術的發(fā)展，DCS出現了開放式系統(tǒng),

實現多層次計算機網絡構成口勺管控一體化系統(tǒng)

(CIPS)o

將生產調度計劃與、經營管理和決策引入計算機控制系

統(tǒng)構成計算機集成控制(CIPS)，由五級構成：基礎控制

級先進控制與優(yōu)化控制級計劃與調度級生產經營管理

級決策級

計算機集成控制(CIPS)關鍵是信息的獲取、處理與加

工。

同步，以現場總線為原則，實現以微處理器為基礎的現場儀

表與控制系統(tǒng)之間進行全數字化、雙向和多站通訊日勺現場

總線網絡控制系統(tǒng)(FCS)o它將對控制系統(tǒng)構造帶來革命

性變革,開辟控制系統(tǒng)日勺新紀元。

三、目前過程控制系統(tǒng)發(fā)展的某些重要特點

1.生產裝置實行先進控制成為發(fā)展主流

由于受到經典控制理論和常規(guī)控制的限制，難以處理工業(yè)

過程中存在的耦合性、非線性和時變性等。伴隨企業(yè)提出

的高柔性、高效益的規(guī)定，上述控制方案已經不能適應，以

多變量預測控制為代表的先進控制方略日勺提出和成功應用

后來，先進控制受到了過程工業(yè)界的關注，生產裝置實行先

進控制成為發(fā)展主流。

先進過程控制(Advancedprocesscontrol,APC)是指一

類在動態(tài)環(huán)境中，基于模型、充足借助計算機能力，為工廠

獲得最大利潤而實行的運行和技術方略。這種新口勺控制方

略實行后，系統(tǒng)運行在最佳工況，實現所謂“卡邊生產”。

據資料報道，一種乙烯裝置投資163萬美元實行先進控制,

完畢后預期可獲得效益600萬美元/年。

國外許多控制軟件企業(yè)和DCS生產商都在競相開發(fā)先進

控制和優(yōu)化控制的商品化工程軟件包，西方國家有一定規(guī)模

時先進控制軟件企業(yè)大概有45家,推出APC軟件312種.全

世界應用APC有數千項，APC軟件應用年增長率到達30%

左右,先進控制方略重要有：

狀態(tài)反饋控制

純滯后賠償控制

多變量解耦控制

自適應控制

魯棒控制

多變量預測控制

推理控制及軟測量技術

故障檢測、診斷與容錯控制

智能控制（專家控制、模糊邏輯控制和神經網絡控制）等,

尤其智能控制已成為開發(fā)和應用的熱點。

著名過程控制專家提出過程控制方略分類：

第一類（老式控制方略）：PID控制；比值控制；串級控

制；前饋控制。

第二類（先進控制一經典技術）：增益調整；時滯賠償；解

耦控制；選擇性控制。

第三類（先進控制一流行技術）：模型預測控制；記錄質量

控制；內?？刂?；自適應控制。

第四類：（先進控制一潛在技術）：最優(yōu)控制；非線性控

制；專家系統(tǒng)；模糊控制；神經網絡控制。

第五類（先進控制一研究中方略）：魯棒控制；H8和口綜

合。

先進控制方略重要有：

純滯后賠償控制：Smith預估賠償器，多種改善Smith預估

賠償器，觀測賠償器，采樣控制，內?？刂?，達林控制等，這些

措施對模型參數變化敏捷度太高,魯棒性差。

多變量關聯(lián)（解耦）系統(tǒng)：被控變量與操縱變量對的匹配；

參數整定；減少控制回路；多變量解耦控制。

針對不確定性出現了自適應控制，魯棒控制。

①自適應控制系統(tǒng)是一種具有適應能力的系統(tǒng)，它必須可

以辯識過程參數與環(huán)境條件變化，在此基礎上自動地校正

控制規(guī)律。

②適應控制是辨識與控制日勺結合，但兩者有一種難處理的

矛盾；

適應控制中，除了本來日勺反饋回路外，還增長了調整控制算

法的適應作用回路，后者（外層回路）常常是非線性的，系

統(tǒng)的穩(wěn)定性有時無法保證；

魯棒控制的任務是設計一種固定控制器，使得對應的

閉環(huán)系統(tǒng)在指定不確定性擾動作用下仍能維持預期的性能,

或對應的閉環(huán)系統(tǒng)在保持預期的性能前提下，能容許最大

時不確定性擾動。

魯棒控制H勺研究是近年來非常熱門H勺研究課題。

多變量預測控制：預測模型、反饋校正、滾動優(yōu)化

由于預測控制的某些基本特性使其產生許多優(yōu)良性質：

對數學模型規(guī)定不高且模型的型式是多樣化的；

具有良好H勺跟蹤性能和較強的抗干擾能力；

對模型誤差具有較強的魯棒性。

重要研究：

穩(wěn)定性（帶約束MPC以及開環(huán)不穩(wěn)定、非最小相位、時

滯等特性的對象）；MPC魯棒性分析和綜合；可行性（在

給定約束與性能指標的條件下，對應的預測控制規(guī)律與否存

在的問題）；非線性MPC性能和算法研究。

推理控制及軟測量技術

推斷控制是運用數學模型由可測信息將不可測H勺輸出變量

推算出來實現反饋控制，或將不可測擾動推算出來以實現前

饋控制。

由于推斷控制是基于模型的控制，要獲得過程模型精確

時難度較大，因此此類推斷控制應用不多。

軟測量口勺基本思想是對于難于測量或臨時不能測量

的重要變量（或稱之為主導變量），選擇此外某些輕易測

量的變量（或稱之為輔助變量），通過構成某種數學關系

來推斷和估計，以軟件來替代硬件（傳感器）功能。

此類措施具有響應迅速，持續(xù)給出主導變量信息，且具

有投資低，維護保養(yǎng)簡樸等長處。

數據校正,動態(tài)預測，在線校正。

故障檢測、診斷與容錯控制

故障檢測和診斷：基于信號處理的措施、基于解析模型的

措施和基于知識的措施?；诙嘧兞坑涗浖夹g日勺措施也在

近年來迅速發(fā)展起來。

研究內容：魯棒性，自適應性、綜合診斷

（1）研究措施：

（2）人工神經網絡與模糊邏輯措施的結合。

（3）人工神經網絡與專家系統(tǒng)措施相的結合。

小波變換技術與人工神經網絡的結合。一種措施是用小

波分析對信號進行預處理，通過將小波基與信號的內積進

行加權和來實現信號特性的提取，然后將提取的特性向量

送入神經網絡處理；另一種措施即所謂日勺小波神經網絡

（WNN）,它把小波變換與神經網絡有機地結合起來，充足

繼承了兩者的長處，是一種很有前途時措施。

多變量記錄技術與基于知識的措施口勺結合。多變量記錄

技術是基于穩(wěn)態(tài)數據建立起來的模型，因而難于應用到對瞬

態(tài)過程的監(jiān)測上；本質上是基于線性過程發(fā)展起來的，但實

現起來過于復雜；自身難于實現故障原因時解釋。因此，將

多變量記錄技術與基于知識H勺措施相結合，構造出一種充足

運用各自優(yōu)勢的混合型措施是一種必然趨勢。

記錄過程控制（SPC）

記錄過程控制判斷過程與否處在“在控狀態(tài)”或“失控

狀態(tài)”，并通過產品質量分析，從中發(fā)現過程中可改善原因,

并加以改善。理論基礎是中心極限定理和3原理。

措施:控制圖措施；多變量投影措施（PCATLS）。

記錄過程控制措施重要用于過程監(jiān)視和異常工況檢測、

質量的記錄建模等。

智能控制（專家控制、模糊邏輯控制和神經網絡控制）等,

尤其智能控制已成為開發(fā)和應用的熱點。

模糊控制長處：模糊控制是建立在經驗基礎上的控制,

無需建立數學模型，是處理不確定系統(tǒng)的一種途徑；具有較

強的魯棒性。

缺陷:模糊控制設計缺乏系統(tǒng)性,無法定義控制目歐J,控制

規(guī)則日勺選擇、論域日勺選擇，模糊集的定義、量化因子的選用

等多采用試湊法,這對復雜控制是難于湊效時。

研究內容:模糊控制穩(wěn)定性；模糊模型的辯識；模糊最優(yōu)

控制；模糊自適應控制；與其他控制結合等。

專家控制長處：專家控制是建立在經驗基礎上的控制,

無需建立數學模型，是處理不確定系統(tǒng)的一種途徑；具有較

強的魯棒性。

研究內容：怎樣處理好知識時獲取，以及怎樣進行實時性

的搜索以處理實時控制問題；

怎樣將過程的深層與淺層知識合理結合起來構造知識庫，

有效地自動修改知識庫；

怎樣進行專家控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性分析；

怎樣建造通用時滿足過程控制的專家開發(fā)工具。

神經網絡控制

?ANN的重要吸引力在于：

?可以以任意精度迫近任意非線性映射，給建模帶來一種非

老式日勺體現工具；

?自適應性能力，包括自學習能力，自組織推理能力等；

?并行構造和并行處理，它不僅構造上是并行H勺，處理次序

也是并行的，因此處理速度快，能迅速實現大量復雜口勺控

制算法，進行實時處理；

分布式信息存儲與處理構造,具有獨特H勺容錯性；

缺陷：（1）近年來對ANN自身日勺研究，如網絡構造、

控制參數等沒有主線的I突破；（2）ANN的泛化能力局限

性；（3）網絡自身日勺黑箱式內部知識體現方式，使其不能

運用經驗進行學習，易陷于局部極小值。這些固有的缺陷極

大地限制了ANN的應用。

研究內容：開展神經網絡控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、收斂性、

魯棒性和可靠性等理論研究；

開展神經網絡的學習算法研究，研究新的迅速學習算法,

設計用于控制的新神經網絡模型和算法,改善既有的算法；

研究NNC與其他控制措施的結合例如繼續(xù)進行NN在系

統(tǒng)辯識、狀態(tài)估計、自適應控制、故障診斷、容錯控制

等；

研究NN的硬件實現問題，增進NN在控制領域的應用。

2.過程優(yōu)化受到普遍關注

在過程控制中,過程優(yōu)化已受到了普遍關注。

在過程優(yōu)化中，重要尋找最佳的工藝參數設定值以獲得最

大的經濟效益，這稱之為穩(wěn)態(tài)優(yōu)化。穩(wěn)態(tài)優(yōu)化采用靜態(tài)模型,

進行離線或在線優(yōu)化計算。

生產過程的優(yōu)化是在多種優(yōu)化條件下，求取目的函數的最優(yōu)

值，一般是復雜口勺非線性優(yōu)化問題。在過程優(yōu)化中，由于系

統(tǒng)日勺復雜性，求全局最優(yōu)值十分困難，并且實際過程并不一

定規(guī)定最優(yōu)值，而只規(guī)定得“優(yōu)化區(qū)域”或“滿意解”就可

滿足規(guī)定。

近來有人提出把工藝設計與控制整體考慮，在工藝設計的同

步考慮到控制的實行方案及效果，就可以在工藝設計階段消

除那些也許導致控制困難日勺原因，這種措施正在受到人們日勺

關注。

優(yōu)化算法

基于模型的優(yōu)化算法有解析法、線性規(guī)劃、梯度搜索

法、數值搜索法、整數規(guī)劃法等。這些算法比較成熟。

目前過程工業(yè)首先向大型化發(fā)展，另首先向精細化發(fā)展。采

用老式的優(yōu)化措施，常常會出現由于問題太復雜導致需要搜

索日勺空間太大而引起日勺“組合爆炸”、搜索不收斂或收斂

太慢而找不到最優(yōu)解、收斂在局部最長處而無法抵達全局

最長處等問題。為克服這些問題，出現了某些新的優(yōu)化算

法。

1）逐次二次規(guī)劃措施（SQP）

這是一種“不可行途徑”法，在優(yōu)化過程中，在過程解向可

行域靠近時，評價函數也向最長處迫近，最長處和可行解在

優(yōu)化終點同步抵達。Biegler等在該措施中考慮了過程模型

的特殊性，合用于變量眾多的大型優(yōu)化命題。國外已開發(fā)日勺

許多過程模型模擬與優(yōu)化的商品化軟件采用了這一算法。

2）隨機優(yōu)化措施

此類算法都將定向性搜索（沿好日勺方向）與隨機性搜索結

合在一起，既有高日勺搜索效率與速度，又能跳出局部最長處,

能保證搜索日勺收斂性。重要有模擬退火法（SA）、遺傳算

法（GA）o綜合SA和GA以及趨化法（CA）日勺長處，李

兵等提出了SAGACIA算法，搜索性能很好，可合用于多種

優(yōu)化命題。張克進比較了目前多種隨機優(yōu)化計算日勺特點，提

出一種更完善日勺隨機搜索優(yōu)化措施一綜合優(yōu)化措施

（SOA）,該措施具有良好日勺漸進收斂特性、高日勺最優(yōu)率和

更快的收斂速度，在延遲焦化妝置上應用后提高了液體產品

收率。

3）混沌優(yōu)化措施

運用混沌運動的“隨機性”和遍歷性，得出一種合用于持續(xù)

優(yōu)化日勺高效措施。張春慨等提出在局部搜索空間運用線性

搜索加速解日勺收斂速度和精度，并與精確不可微罰函數結合

來求解非線性約束優(yōu)化問題的新措施，再進行混沌搜索尋

優(yōu)。該措施已經應用在甲醛生產過程日勺在線優(yōu)化中。

4）區(qū)域優(yōu)化措施

對于任何一種優(yōu)化命題，當采用多種老式日勺優(yōu)化算法進行

尋優(yōu)時，最終所獲得的最優(yōu)解（或次優(yōu)解）在解空間中都體

現為一種最長處，這種優(yōu)化被稱為點優(yōu)化。實際過程中伴隨

點優(yōu)化的進行，當進入某一種區(qū)域后,繼續(xù)尋優(yōu)對優(yōu)化目的

函數日勺影響作用己經不明顯。有時雖然尋到最優(yōu)工作點，但

也難以實行。比較理想H勺優(yōu)化方式是區(qū)域優(yōu)化。

所謂區(qū)域優(yōu)化是相對于點優(yōu)化而言的，特指圍繞命題的優(yōu)

化目日勺，以搜索解空間中的具有次優(yōu)特點日勺滿意區(qū)域為目日勺

的尋優(yōu)技術。優(yōu)化成果雖不一定是全局最優(yōu)成果，但這種優(yōu)

化措施在工程應用時是合理時并且可以實行。

對該措施的研究處在初級階段，其中工況的劃分和工況區(qū)

域的識別是關鍵問題。

3.老式的DCS在走向國際統(tǒng)一原則的開放式系統(tǒng)

自1975年第一套分布式工業(yè)控制計算機系統(tǒng)誕生以來,

歷經近23年,各家DCS生產廠家的產品大多不能兼容,最終

終于聯(lián)手共同推出一種國際原則的現場總線（FIELDBUS）

控制系統(tǒng)，它被公認為具有時代特點的I新一代分布式計算機

控制系統(tǒng)，它的重要特點為：（1）開放性現場總線采用同

一種國際原則的通訊協(xié)議，不一樣廠家的產品可以便地互聯(lián),

可與局域網相連；（2）智能化現場儀表除了一般現場控制,

檢測儀表功能以外，還具有診斷、自賠償、現場組態(tài)、現場

校驗功能；（3）現場儀表采用數字信號傳播提高傳播可靠

性，節(jié)省傳播線的投資；（4）徹底的分散性簡樸控制回路

基本分散在現場實現，關鍵數字信號進中央控制室，中央控

制室重要完畢信息管理、先進控制和優(yōu)化。

伴隨現場總線技術的出現和發(fā)展，多種現場總線的市場競

爭日趨劇烈，由于各大集團對于既有市場利益的追逐，便統(tǒng)

一的現場總線國際原則遲遲不能出臺。通過妥協(xié)，在2023

年1月宣布有8種現場總線均列入國際原則，形成多種現場

總線共同競爭的局面。

4.綜合自動化系統(tǒng)（CIPS）是發(fā)展方向

過程工業(yè)自動化在90年代此前仍是自動化孤島模式。進入

90年代，企業(yè)把提高綜合自動化水平作為挖潛增效、提高競

爭能力的重要途徑。集常規(guī)控制、先進控制、過程優(yōu)化、

生產調度、企業(yè)管理、經營決策等功能于一體的綜合自動

化成了目前自動化發(fā)展的趨勢。綜合自動化就是在計算機

通訊網絡和分布式數據庫的支持下，實現信息與功能H勺集成,

進而充足調感人的原因的經營系統(tǒng)、技術系統(tǒng)及組織系統(tǒng)

(humanware)的集成，最終形成一種能適應生產環(huán)境不確

定性和市場需求多變性的全局優(yōu)化的高質量、高效益、高

柔性的智能生產系統(tǒng)，這就是CIM思想在持續(xù)工業(yè)中的體

現。

工業(yè)過程計算機集成控制系統(tǒng)一般由由信息、優(yōu)化、控制和對象模型等構成，詳細可由六

級構成，如圖所示

工業(yè)過程計算機集成系統(tǒng)的關鍵是信息的獲取、處理與

加工。來自基本控制級的直接測量信息，通過濃縮處理及加

工后變成高級控制的不可測變量的估計信息以及車間核算

信息和工況信息，經記錄、分析和匯總后送到調度級和管理

級，再經深度加工后進入決策級作為企業(yè)領導決策時根據。

決策級除來自企業(yè)內部的綜合信息外，還要掌握市場信息、

同行信息等外部信息。

(1)綜合自動化系統(tǒng)重要特點有：

(2)系統(tǒng)主線采用遞階系統(tǒng)構造形式。人歐I介入程度

是自下而上逐漸增長日勺，人工智能的應用程度也是自下

而上逐漸增長的，不過工作頻率的周期是自下而上逐漸

減少的，如基礎控制級的周期在秒級，作操優(yōu)化的周期

在小時級，調度的周期以天計，計劃的周期以月、季、

年計。

系統(tǒng)的主線是控制與管理兩個方面。綜合自動化系統(tǒng)

需選擇合適的計算機和網絡，實行構造集成。一般由DCS

或現場總線系統(tǒng)完畢控制任務，由中、小型機或微機完畢管

理任務。

系統(tǒng)信息時集成至關重要。來自基礎控制級時直接測

量信息，通過數據處理后變成先進控制中不可直接測量變量

的估計信息以及車間核算信息和工況信息，經記錄、分析和

匯總送到調度級和管理級，再經深度加工后進入決策級作為

企業(yè)領導決策時根據。決策級除來自企業(yè)內部日勺綜合信息

外,還要掌握市場信息、同行信息等外部信息。

數據挖掘：

我們正處在信息化的社會，大量信息在給人們帶來以

便的同步也帶來了一大堆問題：

第一是信息過量，難以消化；

第二是信息真假難以辨識；

第三是信息安全難以保證；

第四是信息形式不一致，難以統(tǒng)一處理。人們開始提

出一種新的口號：”要學會拋棄信息”。

人們開始考慮：“怎樣才能不被信息沉沒，而是從中及時

發(fā)既有用的知識、提高信息運用率？”面對這一挑戰(zhàn)，數據

開采和知識發(fā)現(DMKD)技術就應運而生，并顯示出強大時

生命力。

數據庫急劇增長，數據污染、不真實、不完全等。

四、我國先進控制軟件包應用

目前我國已引進IDCOM-M,SMCA等先進控制軟件，并

已投入使用，獲得明顯經濟效益。

此外，HoneywellProfimatics企業(yè)已經與中國石化總企業(yè)

合作，在石化行業(yè)推廣他們的RMPCT軟件，部分已投入

使用。

國外這些軟件日勺價格非常之高，并且國外廠商對其關鍵技

術是保密日勺。我國通過“八五”“九.五”國家重點科技

攻關等，在先進控制與優(yōu)化控制方面積累了許多經驗,成功

應用實例亦不少,部提成果已逐漸形成商品化軟件。

1.催化裂化妝置

(1)齊魯石化企業(yè)勝利煉油廠引進美國Setpoint企業(yè)的多

變量預測控制技術(IDCOM-M)。該技術在國內初次成功

應用于處理量為60萬噸/年催化裂化妝置的反/再系統(tǒng)上。

該項目于93年9月底交付工藝使用，投運率在95%以上，運

行狀況良好。平穩(wěn)了生產、穩(wěn)定了產品質量、提高輕質油

收率2.8%、增長了處理量、節(jié)省了能耗。整體效益明顯，超

過了預期的387萬元/年的目的。

(2)大慶石油化工總廠和Honeywell企業(yè)在100萬噸/年重

油催化妝置反/再系統(tǒng)和分儲系統(tǒng)中開發(fā)應用了多變量預估

技術，平穩(wěn)了操作。摻渣油比例穩(wěn)定40%o在設計能力

110%負荷下能長期穩(wěn)定地運行。汽油干點波動方差減少

50%o獲得了688.4力兀/年的經濟效益。

(3)蘭州煉油化工總廠處理量為120萬噸/年重油催化妝置

開發(fā)應用了HoneyWellHispecSulution企業(yè)先進控制技術。

該軟件包重要由RMPCT(魯棒多變量預估控制技術)，

Tookit(工業(yè)計算包)，LABVPDATE(數據修正)，APECS

(用于控制及仿真H勺應用環(huán)境及數據庫平臺)構成，先進控

制自98年4月正式投運以來，使生產操作愈加平穩(wěn)，被控變

量時原則偏差平均下降40%,提高了儲出產品日勺質量合格率

與穩(wěn)定性，汽油干點合格率由96.77%提高至U98.92%,柴油凝

固點由90.9%提高到94.4%,產品汽油的收率平均提高了

1.94%O先進控制系統(tǒng)實際的效益在600萬元以上。

(4)前郭煉油廠重油催化裂化妝置在反再系統(tǒng)、分儲塔、

吸取穩(wěn)定部分采用Honeywell企業(yè)的I魯棒多變量預估控制

器RMPCT后，減少能耗、提高產品收率、獲得明顯的J經濟

效益870萬元/年。

(5)撫順石化一廠,蘭州煉油廠等。

(6)福建煉油廠化工有限企業(yè)與浙江大學合作開發(fā)催化

裂化妝置先進控制系統(tǒng)，于96年3月通過國家教委組織的

鑒定。重要內容有：不可測變量與產品質量指標的在線軟測

量，單、多變量預估控制器及反/再單元的故障檢測三部分,

實現了在線估計和產品質量指標的卡邊控制以及催化裂化

反/再單元H勺故障診斷與預測,年經濟效益可達300萬元。

(7)洛陽石油化工總廠與石油大學、洛陽石化企業(yè)共同

開發(fā)催化裂化妝置反/再、分儲系統(tǒng)先進控制是國家八五重

點科技攻關項目，采用友力2023集散系統(tǒng)，于96年通過鑒

定。反/再系統(tǒng)采用反應熱為被控變量及反應溫度的多變量

協(xié)調預估控制。操作平穩(wěn)，波動范圍減少30%o主分儲塔的

汽油干點與柴油凝固點多變量協(xié)調控制技術，粗汽油干點由

198℃-201℃,汽油約提高0.4噸/小時。輕柴油凝固點由-

5.3℃--1℃,輕柴油約提高0.8噸/小時。每年可增產值

764.8萬元。

?.(8)茂名石化煉油廠與石油大學聯(lián)合開發(fā)催化裂化妝置先

進控制與實時優(yōu)化系統(tǒng)：(1).反應深度多變量協(xié)調預估控

制系統(tǒng)；(2).反應深度實時優(yōu)化與協(xié)調系統(tǒng)；(3).粗汽油

干點控制系統(tǒng)。反應深度尋優(yōu)可獲得年經濟效益1000萬

元以上。汽油干點與柴油90%點在線計算和控制，實現

卡邊，年經濟效益在50。萬元以上。

(9)上海交通大學與浙江大學開發(fā)研制的多變量約束控制

軟件包MCC是一種處理約束時多變量、多目日勺、多控制

模式和基于模型預測的最優(yōu)控制器，己成功應用于石家莊

煉油化工股份有限企業(yè)催化裂化妝置(反應再生系統(tǒng)、

分儲系統(tǒng)以及吸取穩(wěn)定系統(tǒng))，效益日勺提高十分明顯。首

先裝置的I總處理量有較大的提高；另一方面產品的分布

有較大的改善，汽油收率提高了2.33%,液體氣收率提高

了1%,同步輕柴油收率卜降了2.57%o純原料利潤也提

高了4.8%o綜合上述原因年經濟效益在1200萬元以

上。

2.常減壓裝置

齊魯石化企業(yè)勝利煉油廠引進HoneyWell企業(yè)先進控制

軟件。自1997年1月份投運以來，通過不停改善，目前基本

正常。HoneyWell企業(yè)先進控制技術重要內容有：數據庫平

臺(APECS),分儲工藝計算軟件(FractionatorToolkit),

中間調整控制(IntermediateRegulatoryControl)、魯棒多

變量預估控制器(RMPCT),魯棒PID,計算成果日勺化驗數

據校正等。該技術具有魯棒性強，優(yōu)化性能好，操作靈活等

特點。該軟件投運以來，通過裝置標定成果和分析表明，第

二常減壓裝置的控制品質得到了改善，穩(wěn)定了操作，提高了

裝置輕質油H勺回收率，由此可獲592.1萬元/年經濟效益。

蘭州煉油廠

3.持續(xù)重整裝置

(1)廣州石油化工總廠持續(xù)重整裝置采用美國西雷企業(yè)日勺

數據平臺ONSEPEC.美國Setpoint企業(yè)的多變量預估軟件

SMCA,美國UOP企業(yè)重整反應辛烷值的計算模型，實行辛

烷值、反應器加權平均溫度、反應壓力、氫/油比及進料優(yōu)

化控制。從96年4月投運以來，平穩(wěn)了生產，提高了液體產

品收率,減少了能耗,提高了產品質量，獲得了340多萬/年經

濟效益。

(2)金陵石化企業(yè)煉油廠持續(xù)重整和抽提裝置上采用

Honeywell企業(yè)日勺魯棒多變量預估控制器RMPCT,重要有

預處理、加權平均溫度、反應深度、穩(wěn)定、二甲苯等單元

的5個多變量控制器。投運后，提高產品合格率，實現了卡

邊操作,增長了液體收率,獲得明顯經濟效益356萬元/年。

(3)鎮(zhèn)海煉化股份有限企業(yè)煉油廠持續(xù)重整裝置采用美國

Aspen企業(yè)DMCplus先進控制軟件，設計了預加氫汽提塔及

重沸爐控制器、預加氫脫丁烷塔、CCR反應部分、穩(wěn)定塔,

投運后裝置處理量提高，產率增長，能耗減少獲得明顯經濟

效益520萬元/年。

3.聚丙烯裝置

(1)揚子石化企業(yè)聚丙烯裝置實行先進控制技術:

polytechTool-Kit原則軟件包，推理計算，魯棒PID及關聯(lián)

計算(熔體流動指數MI)等。

先進控制系統(tǒng)投運后：

優(yōu)化卡邊操作增長產量480萬/年；

穩(wěn)定后提高產品優(yōu)級率193.23萬/年；

開發(fā)新產品減少過渡料214.72萬/年；

減少停車減少能耗101.24萬/年。合計獲得經濟效益萬

年。

(2)上海石化，H勺先進控制技術是在塑料廠2PP裝置上實

行的，投入59力美兀，效益十分明顯589力兀/年。齊魯石化

等。

五、我國DCS時應用

石油化工用于過程控制的DCS共678套(截止到1999年

九月)

其中煉油211套，化工182套。化纖39套，化肥38套，油田

113其他為95套。分別由國外10家企業(yè)引進的20種型號

產品。數量居前五家企業(yè)分別為美國霍尼威爾為225套，日

本橫河為163套，FISHER-ROSEMOUNT為37套，美國

FOXBORO為35套，美國ABB為20套。國產DCS為21

套。

石油化工系統(tǒng)1990年前引進日勺122套DCS總投資約為

6000萬美元。平均每套價格為50萬美元，初期價格高，約

100萬美元一套，近期價格低，約30?40萬美元一套。成套引

進或與承包商成交日勺一般較單獨成交的高。

據化工部信息中心記錄，僅化工行業(yè)在1995年就安裝

DCS為446套，1997年達671套，年增長率為22.6%重要用

于化肥為189套，氯堿為33套，有機化工為47套，一般化工

為52套。到2023年石油化工已使用DCS有700套。

目前，我國應用大中型DCS約2023多套，其中90%以上

是引進國外技術或合資生產的產品。自行開發(fā)的中小型

DCS,已形成小批量生產能力。

全國在1996年市場銷售DCS約為15-20億人民幣,

其中國產DCS約100套，約1億人民幣。

據報道，到2023年，我國石化系統(tǒng)有

1000多套生產裝置需要用DCS控制，其中有100套重要裝

置采用先進優(yōu)化控制，一套先進優(yōu)化控制軟件價格約50萬

美元。電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬KW發(fā)電機組都需要

DCS實現監(jiān)控。

估計到2023年，我國石化，電力，化工，冶

金，市政等行業(yè)業(yè)需DCS系統(tǒng)為1500套，約人民幣為30—

35億元。

論文書寫格式

題目

作者單位

摘要

關鍵詞

正文

參照文獻

英文（題目作者單位摘要關鍵詞）

參照文獻書寫格式

1.書

作者書名出版地出版社出版年

俞金壽主編,工業(yè)過程先進控制北京中國石化出版社,2023

2.期刊

作者題目期刊名年，卷（期）：頁碼

于靜江凋春暉，過程控制中的軟測量技術，控制理論與應用，1996,

13（.2）:137—144

3?論文學位

作者題目xxxx碩士（博士）論文保留地時間

4?.敏.軟測量措施和應用研究.碩士論.華東理工大學,上海,1999

5.會議論文

作者題目見主編

肖衛(wèi)國.推斷控制在氯化氫合成中的應用.見

郭齊斌主編：工業(yè)過程模型化及控制，Vo.7化學工業(yè)出版社，1996,

322-325

期刊

化工自動化儀表石油化工自動化自動化儀表

世界儀表與自動化控制工程冶金自動化

計算機工程與應用信息與控制控制理論與應用控制與決

策自動化學報儀器儀表學報

IEEETransactionsonAutomaticControl

IEEETransactionsonInstrumentation&Measurement

IEEETransactionsonKnowledge&Engineering

PatternRecognitionControlEngineering

AutomaticInternatoonJournalofControl

JournalofProcessControlISATransactions

NeuralComputationNeuralNetworks

Computers&ChemicalEngineeringHydrocarbonprocessing

ChemicalEngineeringScience

ChemicalEngineeringCommunications

ChemicalEngineeringResearch&DesignAIChEJournal

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