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先进控制技术及其在常减压装置中的应用 刘 伟 (大庆石化计算机开发公司163714) 摘要 本文以大庆石化第三套常减压装置实施先进控制为应用背景，深入浅出地介绍了石油加 工装置先进控制的基本原理及其应用实施过程，指出了先进控制技术是改造传统产业一项高新 技术，在石油加工装置(如常减压装置、重油催化裂化装置)实施先进控制可以稳定化生产，大幅 度地降低生产成本，给企业带来巨大的经济效益，是今后流程行业应大力推广的重大技术措施之 关健词 先进控制 常减压装置 一、概述 石油加工过程中，被控对象生产过程中各装置及其设备。例如换热器、加热炉、蒸汽 锅炉、精馏塔、反应器等。被调量通常是温度、压力、液位、成分和转速等。过程慢，动态 响应时间长并存在严重的纯滞后问题。与随动过程相比过程多目标、多变量、互相关联 是它的主要特点。典型装置有常减压装置(CDU)和催化裂化(FCC,RFCC)等。自50年代 以来一直是以生产的平稳和安全为主要目标，这种基于古典控制理论设计的PID常规控 制以其简单、容易理解和掌握一直得到广泛应用，就是在广泛推广先进控制的今天也仍 有80%以上的控制回路由PID常规控制担当。 但是这种生产方式和控制水平，不能使装置达到最佳工况，生产装置约有20%左右 的效益没有挖掘出来。十年前，因没有有效的工程化手段挖掘这部分能力，使这部分效 益白白流失。随着市场竞争的加剧和国际先进控制技术的迅速发展，有一定实施先进控 制条件的企业不能停留在只按平稳和安全为目标的生产，企业要要挖潜增效、优化生产， 提高产品质量和效益，先进控制与优化控制就成了炼油化工生产过程技术改造、保证 “安 稳长满优”运行的一个重要手段。它是企业挖潜增效、投资少见效快、提高竞争力的一个 战略措施，是衡量一个企业技术进步、提高效益潜力大小的一项标志。大庆石化先进控 制技术经过五年来的发展应用显示，它能给炼油厂生产带来了巨大的经济效益。 19%年2月，作为中石化总公司与美国Honeywell公司策略联盟第一批先进控制试 点的大庆第三套常减压装置先进控制项目经一年的开发和两年的运行，各项指标达到了 合同的要求，取得300万元/年以上的经济效益。 二、先进控制技术基本原理 先进过程控制(AdvancedProcessControl沪P()简称先进控制，其核心内容就是模型预 估控制，代表性的工具软件有DMCplus和RMPCT，基本思想是采用过程模型预测未来时 刻的输出，用对象实际输出与模型预测输出的差值修正过程模型，同时实现最优控制。 预测控制有三个特点:预测模型、滚动优化和反馈修正。预测控制的这三个特性，正 好对应于一般控制理论中的模型、控制、反馈概念。预测模型，它是一个描述系统行为的 基础模型，它具有预估的功能，既能根据系统的现状和未来输人，预测其未来的输出值。 目前从工业过程领域中生产的预测控制算法，如MAC,DMC等，都是脉冲响应或阶跃响 6S 应作为预测模型，这类非参数模型在实际工业应用中较易直接辨识，加上对模型的精度 要求不很高，模型可建得简单些。另一种是状态、空间模型(MPC)。他们共同的特点是， 打破了传统控制中对模型结构严格的要求，更着眼于在信息的基础上根据功能要求按最 方便的途径建立系统模型。 由于利用模型预测未来时刻被控对象的运动和误差(被控对象和其给定值的误差)， 作为确定当前控制作用的依据，使之适应动态系统所具有的储存性和因果性，得到比PID 控制(利用当前的误差的确定当前的控制效果)更好的控制效果。对常见的有纯滞后的 生产过程，可得到较好的控制效果，并具有较好的对干扰的滤波作用和鲁棒性。 滚动优化，从机理上说，预测控制也是一种控制算法，但它与通常的最优控制算法不 同，即采用滚动式的、有限时域输出优化。对于多人多出系统，由于采用二次型最优指 标，控制系统总体性能较好。使用滚动优化方式，系统优化目标是随着时间推移的，即在 每一时刻都提出一个立足于该时刻优化的局部优化目标。因此优化过程不是一次、离线 进行的，而是反复在线进行的。这种滚动优化目标的局部性，是其在理想情况下只能得 到全局次优解。然而，当模型失配或时变、非线性或其它干扰因素时却能顾及这种不确 定性，及时进行弥补，减小偏差，保持实际上的最优。由于采用了有限时域输出优化，结 合模型的输人功能，易于得到简便的在线控制规律、能适合在线反复进行优化的需要。 此外，