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一、 概述
先进控制： • 解决的是给定的设定值下装置的平稳操作问题 • 不负责各个设定值是否最佳工艺条件，是否有最大经 济效益。 实时优化的诞生： • 实际生产中经常会遇到原料和公用工程条件的变化。 （与原来设计不同）
•
工艺调整必然性：催化剂的老化、换热器结垢、设备 状况变差的情况，需要适时调整工艺。
七、先进控制实施的外部条件
多专业、多学科的紧密合作；
要求工作人员具备丰富的工程能力和经验。
由工艺专家和自控专家共同合作完成； 公司技术人员应具备化工背景。
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2.3 化工过程模实时优化
一、 概述
二、实时优化的应用范围和功能 三、实时优化系统主要结构框图
四、实时优化的方程组集形式 五、实时优化的目标函数
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3、基本操作系统的弊端： 1）DCS控制器的基础的常规算法是PID算法，这种算 法对于具有较大滞后的回路其效果很差。 2）控制变量对于操作变量的改变而引起的响应经常 是非线性的。 3）化工过程操作的叠加的结果使得化工装置的某部 分难以控制，即使采用标准控制器和标准方法。
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二、先进控制和DCS（集散型控制系统）控制的主要区别
(1)计划内的变更：如原料的批次，计划内的高负荷或减负荷， 设备的定期切换等
(2)事物本身的不稳定性：如同一批次原料质量的差异与波动， 催化剂活性的降低。
(3)意外事故，设备故障，人为的误操作等； (4)装置的开停车。 原有稳态与平衡破坏，系统向着新的平衡发展。
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2、动态变化中最为关心的问题：
（1）波动对整个系统产生多大的影响？产品质量与产量有 多大波动？ （2）有无发生危险的可能？可能会导致哪些危害，危害程 度如何？ （3）一旦产生波动或事故，应当如何处理、调整？最恰当 的措施、步骤？ （4）干扰波动的持续时间多长？克服之使之恢复正常又需 多久？
（5）开停车的最佳策略。
5
二、动态模拟的主要功能和应用领域
（一）动态特性研究
1、内容：研究过程参数随时间变化的规律，从而得到有关过 程的正确的设计方案或操作步骤。 2、作用：应用动态模拟可以更全面、正确的认识一个化工过 程，预测某一个波动或干扰发生时系统会发生怎样的变化。 3、例子：在固定床，催化剂条件下的甲烷化反应，进料为 50%的合成气和50%的水蒸气。
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Setpoint公司：
成立于1977年
曾承担过大量石油化工装置的先进控制项目的设计工 作。 特点：工程经验丰富，工程业绩遍及全世界 最早进入中国的过程控制公司，中国有多套由它设计
的先进控制在运行。
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Dynamic Matrix Control公司：
• • • 1984年创办。 创办人：Dr. Charlie Culter，先进控制理论创始人之一。 该公司长期从事动态矩阵控制软件的研究和应用，其软
（5）保证开停车过程顺利进行；
（6）取得最佳经济效益。
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（三）动态仿真操作工培训系统
建立动态仿真系统是动态模拟的重要用途； 动态仿真系统既有稳态又有波动干扰引起的变化；
（四）先进控制系统的设计工具
先进控制：起源于20世纪70年； 过程控制技术： 20世纪90年； 过程控制技术必要条件：过程的动态特性
卡边控制 • 先进控制从整体上提高了装置的控制水平，使控制变量的 波动更小，操作更加平稳 • 控制变量波动的平均值将更贴近规定的工艺规定或约束条 件（是否合理，不是先进控制的任务）。 • 带来可观的经济效益
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卡边控制
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2、先进控制的核心是多变量预估控制
先进控制软件根据装置的实时数据，采用多变量模型 预估计算，计算出最优的设定值，送往控制器执行。 3、控制范围
鲁棒性/抗变换性（英文：robustness）原是统计学中的一
个专门术语，20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起 来，用以表征控制系统对特性或参数扰动的不敏感性。
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7、投资回收期短
投资回收期都在半年到一年之间，装置的规模越大， 效益越明显。
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四、多变量预估控制的执行步骤
1、预估计算
利用装置的动态模型和当前装置的工艺参数，计算出控制变
6
1206
1250
7
（二）开停车指导
1、开停车的重要性 大型石化装置，每开停车一次损失为几十万甚至几百万元。 2、动态模拟对开停车的重要指导作用： （1）缩短开停车时间，尽快达到稳定操作状态或安全停车； （2）降低物耗、能耗，减少开停车损耗； （3）避免可能产生的误操作或事故； （4）减少不合格产品；
1、先进控制的历史 先进控制理论20世纪70年代初提出；
工业上的最初应用始于70年代末； 90年代以来，先进控制的工业应用获得了蓬勃发展，获 得巨大经济效益，大量工业装置纷纷在已有的DCS的基 础上配备了先进控制系统。 21世纪，先进控制技术在许多方面发展十分成熟：
• • • • 各种多变量预估控制的理论基础已被广泛认同； 多变量预估控制涉及的范围不断地扩充； 多变量预估控制软件包不断涌现； 大量的先进控制正在在各种工业装置中实施。
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2、实际上，众多过程变量之间的相互影响是必然 的，操作变化和控制变化之间的关系如图2-3Biblioteka 173、DCS的缺点：
（70年代初进入工业装置） 基本不考虑变量之间的相互影响，将操作变量 （manipulated variable ,MV）和控制变量（controlled variable，CV）之间的关系设定为一一对应的关系。 一一对应的关系忽略了变量之间的耦合关系，不能反 映装置的实际情况，因此难以真正实现装置的平稳控 制。
量，如产品组成、温度等的预期的变化值。
2、最优目标计算
利用适当的计算方法，如线性规划，确定符合所有约束的最 优的稳态工艺条件。
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3、控制设定值计算
• 基于预估的控制变量的预期轨迹以及根据线性规划得到的 最优控制目标，计算出各个操作变量的预期的设定值的最 佳组合。 • 通过操作变量的调整，驱动装置朝所希望的操作区域移动， 而不违反所有的约束条件，或者操作变量的极限值。
件的高品质和先进控制的高性能吸引了大量的客户，至
1994年，已经实施了500多个先进控制项目。
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2、英国
Predictive Control Ltd.公司成立于1988年；
专门从事先进控制系统的设计； 有名的控制软件包：CONNOISSEUR。
3、美国——Honeywell公司
原是著名 的DCS的供应商； 近年来向着先进控制和实时优化的方向发展。 兼并了美国的Profimatics公司，先进控制业务有较大发 展。 有部门专门从事先进控制和优化业务，推出工厂一体化 化解决方案（TPS）由先进控制包和实时优化包两部分 34 组成。
第2 章
化工过程模拟及相关高新技术
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课程内容
2.1 化工过程模拟
2.2 化工过程先进控制
2.3 化工过程模实时优化
2.4 四项高新技术之间的关系和效益
2
2.1 化工过程动态模拟
一、概述
二、动态模拟的主要功能和应用领域
三、国外动态模拟的发展
四、稳态模拟与动态模拟的异同
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一、概述
1、引起化工过程动态变化的因素：
1、美国（1996年之前）
Setpoint公司的SMCA Dynamic Matrix Control公司的DMC
1998年加拿大 Treiber Control公司
1996年 Aspen Tech公司收购
Aspen Tech公司： 软件DMC Plus融合上述2个软件的优点， 1997年底，全世界实施先进控制的项目有1500套， Aspen Tech完成了1050套，占70%。 全世界最大的五套催化裂化装置全部采用的Aspen Tech的 DMC技术。
多变量预估控制使得控制整个装置成为可能，可控制整个装 置的所有变量。
4、显著的经济效益
先进控制可使装置在最大经济效益的条件下操作：最大的产量、 最大的转化率和最低的装置操作费用。
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5、在各种条件下均有较高的在线因子 通常是95%或更高。 6、维护工作量较小
先进控制具有很高的鲁棒性，且各项技术都纳入一个统一的软 件包，便于运行和安装。
控制系统
软件：填充式的控制软件——新的数据库软件——新的改
进了的优化算法——基于模型的多变量预估控制软件
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2、典型化工装置的生产操作特性(常规控制手段下)：
（1）对动态反应存在实质性的时间延迟和滞后；
（2）要求控制的变量未能在线检测； （3）非线性动态响应； （4）相互耦合； （5）存在约束；
（6）存在大的外部干扰。
二、先进控制和DCS（集散型控制系统）控制的主要区别
三、先进控制的特点
四、多变量预估控制的执行步骤
五、先进控制的经济效益 六、国外发展概况 七、先进控制实施的外部条件
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2.2 化工过程先进控制
一、概述 1、化工过程控制的巨大变化： 硬件：手动阀门——自动控制阀——PID控制器（比例-积
分-微分控制器）——集散型控制系统（DCS）——计算机
装置 常减压 催化裂化 催化重整 加氢裂化 烷基化 规模（万吨/年） 750 370 215 265 130 年净增效益/万美元 225-450 420-1050 150-450 225-450 135-315
延迟焦化
异构化 乙烯
212
155 45
144-480
50-150 300-500
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六、国外发展概况
• 现代化的工业生产要求整个装置经济效益最大，要求 在给定约束条件下，按照适时的生产数据，求出各个 工艺参数的匹配，并随时适时优化控制。
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