清大騰飛的先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)

　　在目前常規(guī)的裝置控制和操作方式中，存在兩個(gè)主要問題。一是常規(guī)的PID控制通常對(duì)工藝設(shè)備和生產(chǎn)過程的各種參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位等）分別加以控制，割裂了這些量之間存在的本質(zhì)內(nèi)在關(guān)聯(lián)，無法將相關(guān)的多個(gè)變量統(tǒng)籌考慮、協(xié)調(diào)控制，影響了裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性。二是生產(chǎn)方案中規(guī)定的操作條件和操作員的實(shí)際操作過程均無法適應(yīng)原料、市場(chǎng)和操作環(huán)境的頻繁變化，無法保持裝置始終處于高效的生產(chǎn)狀態(tài)。

先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)正是為解決這兩個(gè)問題而提出的，并一直為流程工業(yè)學(xué)術(shù)界和企業(yè)界所廣泛關(guān)注。上世紀(jì)九十年代以來，先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的迅速發(fā)展已逐漸成熟并廣泛應(yīng)用于國(guó)外先進(jìn)的煉油化工裝置上，成為其提升效益的重要手段。Chemshare公司的研究表明，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化所獲取的經(jīng)濟(jì)效益是應(yīng)用DCS的5倍。西方國(guó)家重點(diǎn)石化生產(chǎn)裝置的先進(jìn)控制系統(tǒng)覆蓋率已經(jīng)超過了90%。我國(guó)隨著煉化工業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展，裝備水平的提升，也已基本具備了廣泛推廣先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)。

北京清大騰飛科技有限公司一直致力于流程工業(yè)先進(jìn)控制和在線優(yōu)化的研究開發(fā)工作，取得了一批有自主版權(quán)的成果，例如通用多變量魯棒預(yù)測(cè)控制軟件、實(shí)時(shí)優(yōu)化軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)等商品化軟件產(chǎn)品，并已進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得成功。

清大騰飛的先進(jìn)控制技術(shù)突破了常規(guī)的單參數(shù)PID控制模式，注重裝置的整體控制，即以整個(gè)裝置為對(duì)象，把主要被控對(duì)象和控制量全部納入控制系統(tǒng)，因而具有良好的跟蹤性能，整體控制既保證了整個(gè)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，又達(dá)到卡邊生產(chǎn)的目標(biāo)。清大騰飛的反應(yīng)深度實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)則可準(zhǔn)確及時(shí)控制反應(yīng)深度，可及時(shí)確定當(dāng)前反應(yīng)產(chǎn)物中各產(chǎn)物產(chǎn)率和優(yōu)化目標(biāo)值，而且尋優(yōu)周期短，可適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化過程和原料性質(zhì)頻繁變化。

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化，面臨著相當(dāng)復(fù)雜的情況，需要解決的問題很多。概括起來，主要是過程數(shù)據(jù)及其歷史值的實(shí)時(shí)獲取與處理、故障檢測(cè)、不可測(cè)變量的在線實(shí)時(shí)計(jì)算、先進(jìn)控制(目前得到成功應(yīng)用的主要是模型預(yù)估控制技術(shù))和裝置優(yōu)化。通常要在一套分布式計(jì)算機(jī)分級(jí)系統(tǒng)(DCS及其上位機(jī))上實(shí)現(xiàn)。這些子系統(tǒng)可分以下四個(gè)層次：

基礎(chǔ)層：常規(guī)PID控制系統(tǒng)；

觀測(cè)計(jì)算層：提供先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化所需的重要不可測(cè)變量的計(jì)算值；

控制層：主要目標(biāo)是平穩(wěn)控制、約束控制與實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)；

優(yōu)化層：反應(yīng)深度的實(shí)時(shí)優(yōu)化，也是生產(chǎn)裝置與生產(chǎn)調(diào)度(更上一級(jí))的接口，它要根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度要求，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)；吸收穩(wěn)定約束優(yōu)化，提高有價(jià)值產(chǎn)品的收率。

分層控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是下一層運(yùn)行正常后，上一層控制才能投入運(yùn)行，對(duì)于先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)來說，PID控制是基礎(chǔ)級(jí)，即只有在所需PID控制投入閉環(huán)控制時(shí)，先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的控制器才能運(yùn)行，發(fā)揮其控制與優(yōu)化作用。先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程的調(diào)整作用是通過改變常規(guī)PID控制器的給定值來實(shí)現(xiàn)。為此，不僅要求所用PID控制閉環(huán)運(yùn)行，還要求PID處于遠(yuǎn)程給定(或串級(jí)CAS)狀態(tài)。這樣做的目的是保證安全，即當(dāng)PID可正常投入閉環(huán)控制運(yùn)行時(shí)，說明生產(chǎn)過程運(yùn)行正常，可投運(yùn)先進(jìn)控制。先進(jìn)控制投運(yùn)后，一旦出現(xiàn)問題，可迅速切換為常規(guī)控制。無論投入或退出先進(jìn)控制，先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)與PID常規(guī)控制之間均是無擾切換(切換時(shí)常規(guī)控制調(diào)節(jié)閥開度保持不變)。

觀測(cè)計(jì)算提供先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化所需的重要不可測(cè)變量的計(jì)算值，是先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)，只有觀測(cè)計(jì)算正常運(yùn)行后，先進(jìn)控制才能運(yùn)行。

反應(yīng)深度尋優(yōu)與全裝置協(xié)調(diào)，是通過改變先進(jìn)控制器中被控變量的給定值或給出操作變量的目標(biāo)值而實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)要求先進(jìn)控制器將生產(chǎn)過程平穩(wěn)地控制在優(yōu)化目標(biāo)值，因此只有在先進(jìn)控制器運(yùn)行正常后，優(yōu)化層才能運(yùn)行。

清大騰飛在近年來為中國(guó)石油提供的先進(jìn)控制和優(yōu)化服務(wù)中，取得了豐碩的成果。

在大連350萬噸/年重油催化裂化裝置實(shí)施了先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化后，提高了自控投用率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化；改善了PID控制效果；每15秒給出一次餾出口產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，解決原有采樣化驗(yàn)方式只能4－8小時(shí)才能給出一個(gè)化驗(yàn)值、并且有約兩三個(gè)小時(shí)滯后的狀況；每10秒給出反應(yīng)熱、劑油比、回?zé)挶鹊戎担阌谥笇?dǎo)操作；提高總液收0.78%，并且可根據(jù)生產(chǎn)要求在線設(shè)定目標(biāo)產(chǎn)品的類型；直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2295萬元/年。

在遼陽石化45萬噸/年重整裝置上實(shí)施了先進(jìn)控制與實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)后，芳烴收率收提高0.715%；改善了裝置的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)催化劑的壽命；反應(yīng)器重整溫度波動(dòng)小于3℃；每噸進(jìn)料節(jié)約燃料氣15.3公斤；通過裝置標(biāo)定計(jì)算，系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1050萬元/年。

支撐清大騰飛取得這些成果的是清大騰飛在人才、技術(shù)和服務(wù)策略上的優(yōu)勢(shì)。這里匯集了由數(shù)十名博士、碩士組成的專業(yè)化工程實(shí)施隊(duì)伍，并得到清華大學(xué)、石油大學(xué)、天津大學(xué)、華東理工大學(xué)等多所大學(xué)知名教授組成專家隊(duì)伍的支持。

清大騰飛擁有控制和優(yōu)化技術(shù)專利，首推的反應(yīng)深度實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)可應(yīng)用于各種石化裝置的反應(yīng)器部分，可以顯著提高反應(yīng)器的目標(biāo)產(chǎn)品收率，直接獲得可測(cè)量的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，清大騰飛推薦使用的基于狀態(tài)反饋的先進(jìn)控制器也具有工況適應(yīng)范圍廣，模型調(diào)整方便，無需進(jìn)行階越測(cè)試的特點(diǎn)，在提高控制效果的同時(shí)，還避免了階越測(cè)試等帶來的隱含的安全問題和實(shí)施成本。

領(lǐng)先服務(wù)策略是清大騰飛充分發(fā)揮其人才、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)的保證。清大騰飛在長(zhǎng)達(dá)半年的項(xiàng)目實(shí)施過程中，整個(gè)項(xiàng)目組始終堅(jiān)持駐扎現(xiàn)場(chǎng)，與一線工人同步工作。始終駐扎現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施保證了能隨時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決裝置中存在的問題，發(fā)掘操控過程中存在的增效點(diǎn)，還能提高一線工人對(duì)先進(jìn)控制和優(yōu)化系統(tǒng)的認(rèn)知和認(rèn)可程度。清大騰飛注重基礎(chǔ)控制問題的解決，應(yīng)用各種非常規(guī)控制手段解決基礎(chǔ)控制問題，為先進(jìn)控制打下了良好的基礎(chǔ)。清大騰飛考慮到先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)的復(fù)雜性和國(guó)內(nèi)操作工目前的技術(shù)水平，為此類項(xiàng)目提供長(zhǎng)期的售后服務(wù)，隨時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)條件和裝置的變化，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期投用。

在強(qiáng)調(diào)科技就是第一生產(chǎn)力，全社會(huì)都在提倡科學(xué)發(fā)展觀的今天，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化無疑將成為中國(guó)石化行業(yè)提升操控水平和創(chuàng)效能力的重要手段。