探讨石化企业中控制技术发展新方向

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1、探讨石化企业中控制技术发展新方向探讨石化企业中控制技术发展新方向本文由 pandfstudio 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。摘要： 摘要：石化企业是实现“节能减排”的重要一环，先进控制技术能保证该战略目标的提早实现。介 绍了几种先进的控制技术，以期为石化企业的生产提供一些帮助。 关键词： 关键词：石化企业；控制技术；稳定 0 引言 作为流程型的化工行业，生产过程基本是在密封装置中进行的。由于客户的要求越来越苛刻，竞 争对手的水平越来越高，如何保持过程生产中的稳定，使质量不合格 的产品越少越好成为生产 者的当务之急。大型石油化工

2、企业必须综合应用自动控制技术、计算机技术、信息技术、网络技 术等，扩大和加快企业综合自动化系统建 设，提高信息集成化程度，提高管控一体化程度，从 而达到降低原材料和能源消耗，降低成本，提高产品产量和质量，提高企业整体效益，増强竞争 能力的目的。 1 石化生产控制系统的发展过程 石油化工过程控制技术的发展最主要的可以说是控制论的形成和发展、电子计算机的出现和发 展、以及炼油工艺（包括装备）技术本身的发展。 40 年代形成的经典（反馈）控制论，与大规模连续生产过程（包括石油化工过程）中广泛采用 的 PID 控制相联系；50 年代出现的“工程控制论”与基于 PID 的串级、前馈、比值、选择性等控 制

3、技术相联系；这些技术一直沿用至今。1 50 年代末，在航天技术革命过程中，形成了现代控制理论，到 60 年代，人们试图将现代控制方 法应用到石油化工过程，但未取得成功。其主要原因是：建立生产过程数学模型较困难，控制的 目标和方法不能照搬；缺少既懂生产工艺又懂控制理论的技术人员。 80 年代初，石油化工过程工艺及装备（包括检测仪表和执行机构）的改进、数学模型研究与开 发的进展、继承了最优控制又适应生产过程的模型预估控制 （MPC）技术的出现，以 DCS 为 代表的过程控制计算机系统的出现、大系统理论和人工智能的发展，这些技术进步，不仅形成了 80 年代在石油化工过程中开始 付诸实现的先进控制2（

4、APC） ，也推动了生产装置优化、调 度管理优化，朝着全厂或全公司计算机集成系统（CIMS）发展。 近年来，DCS 的价格不断下降，而性价比却不断提高。据统计，34 个控制回路、70 个检测点 的控制系统采用 DCS 的价格已与电 III 型仪表几乎相当。回路 数越增加，其经济性则越好。新 一代 DCS 继续向智能化、开放型方向发展。一些“标准化”的策略软件，以适当的模块方式,组合 应用于 DCS 之中，增强了系统 性能。DCS 的技术进步，使 DCS 厂家除提供比值、串级、前 馈、 等基本控制软件外， PID 还提供了一些先进过程控制(APC)软件。 Honey- well 公司将 HMPC

5、 如 多变量预估控制器作为应用模块组合在 TDC23000DCS 系统中。日本横河公司 CENTUM 系统 控制策略中,包含了自整定控制、 顺序控制、批量控制、预估控制和模糊逻辑控制等等。 2 控制技术发展新方向 2.1 多变量预估控制 多变量预估控制器（RMPC）可由多输入多输出、基于模型的、有预估能力和优化功能组成， 能够控制和优化高度耦合的石化生产过程。RMPC 控制器与要控 制的工业过程相结合，根据预 估将来情况并决定怎样调节控制器输出把所有被控变量保持在设定的点上或约束范围内。 多变量 控制在石化行业中应用范围可从蒸馏塔 的双组分控制到 FCCU 两器和主分馏塔的燃烧、 苛刻度 和产

6、品回收控制,近年在天然气加工、合成氨生产、时滞焦化分馏塔产品控制、加氢裂化、渣油 加氢处理等 领域中也有诸多应用。 2.2 智能控制 随着社会生产的迅速发展，控制科学面临着越来越多的挑战，例如，要实现对越来越复杂且具有 不确定性的对象进行有效的控制，要求所设计的控制系统具有学习能 力、强鲁棒性、实时性和柔性结构，以及自组织与并行处理等智能化信息处理能力，这就是智能控制。人工神经元网络由 于具有学习能力、自适应、自组织、容错与 自修复等能力，使它在控制领域中的应用收到了高 度的重视，神经控制已成为智能控制的一个重要发展方向3。化工生产过程中 pH 中和过程是一 类有代表性的 复杂化工过程，不同情

7、况下，溶液 pH 值相对于加料量的变化非常大，具有明显 的非线性，而且，在实际的反应过程中还存在混合、测量等时滞环节，更加重了这一 过程的复 杂程度，传统的非线性 PID 控制能将问题转化到线性区域，然而一旦对象特性发生小的变化， 已经整定好的非线性补偿环节就很难抵消 pH 过程的非线性 特性影响，基于此，可将 PID 控制 器与神经元控制器相结合，用一个神经元实现变结构 PID 控制器中结构变化的部分，同时用另 一个神经元实时调整 PID 控制 器的参数，从而解决该问题。 2.3 人工介入控制 石油化工的生产过程是一个复杂的人机综合系统，在这个系统中，人、原材料、设备、工艺和 环境是组成这个

8、系统的基本要素4，人在这个系统中起主导作 用。尽管系统的自动化程度提高 了，但是还要由人来控制操作，要由人来负责设计、制造、组织、管理、维修、训练，要由人来 决策，因此研究人与机器、人与环境 及机器与环境之间的相互关系，把人的因素作为系统设计 的重要条件和原则， 为系统研究提供一种新的理论依据和方法。 一般计算机和控制技术在石化公 司的应用可 分为两大部分：一是管理部分，即管理信息系统（MIS） ；二是生产过程控制部分。 人工介入控制系统的实质是监督控制，其重要功能在于优化操作，结合石化企 业运营实际，可 将人工介入生产过程分为以下几个过程：装置监督控制与优化、优化控制与先进控制、中央控制 人

9、员、常规过程控制、巡回检查人员以及生产过程。 通过采用计算机和通信技术，对石油化工 生产过程的作业人员进行管理， 将生产过程的人员监控管理和过程控制融为一体。 在石油化工生 产过程中引入人工介入控制 系统，可以达到优化操作，提高企业经济效益的目的。 2.4 统计过程控制 统计过程控制即 SPC，主要是指应用统计分析技术对生产过程进行实时监控，科学的区分出生 产过程中产品质量的随机波动与异常波动。随着客户的要求越来越苛 刻，竞争对手的水平越来 越高，如何保持过程生产中的稳定，使质量不合格的产品越少越好成为石化企业的当务之急。 SPC 主要是通过各种控制图来达到进行质量 分析、质量控制和质量改进的

10、目的。SPC 的核心 工具是控制图，如计量型控制图(平均值-极差图、平均值-标准差图等)和计数型控制图(不合格品 率图、缺陷 数图、单位缺陷数图等)等，用来直接控制生产过程，进行质量诊断和质量改进，在 生产过程中起到了预防为主的作用，正所谓：检验是一种浪费，只有预防才会创 造价值。除控 制图外，SPC 还包括有直方图、排列图、散点图、分层图，这些图构成了 QC 的七大手法。SPC 强调过程监控、 全系统参与， 并且强调用科学方法 (主要是统计技术)来保证全过程的预防。 SPC 不仅适用于质量控制，还可应用于一切管理过程(如产品设计、市场分析等)。正是它的这种全员 参与管理质量的 思想，实施 S

11、PC 可以帮助企业在质量控制上真正作到“事前”预防和控制。 3 结语 为确保实现国家“节能减排”的重要战略目标，追求最大的社会经济效益，就石化企业而言，最切 实可行的途径就是对不科学不先进的生产装置和工艺进行改造，加大“人”的主导作用，同时采用 先进控制技术，使基本被控环节经常处于稳定运行状态。 参考文献 1 钱学森,宋健著. 工程控制论M. 北京：科学出版社, 1980. 2 王立行. 石油化工过程先进控制技木的现状与发展趋势J. 炼油设计，2000，30(2). 3 王伟,柴天佑. 工业中应用的控制技术发展新方向J. 控制工程,2006,13(1). 4 黄曙东. 现代化工业企业人因失误分

12、析与事故预防J. 工业安全与环保，2002，18(8).1 本文由 pandfstudio 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。摘要： 摘要：石化企业是实现“节能减排”的重要一环，先进控制技术能保证该战略目标的提早实现。介 绍了几种先进的控制技术，以期为石化企业的生产提供一些帮助。 关键词： 关键词：石化企业；控制技术；稳定 0 引言 作为流程型的化工行业，生产过程基本是在密封装置中进行的。由于客户的要求越来越苛刻，竞 争对手的水平越来越高，如何保持过程生产中的稳定，使质量不合格 的产品越少越好成为生产 者的当务之急。大型石油化工企业

13、必须综合应用自动控制技术、计算机技术、信息技术、网络技 术等，扩大和加快企业综合自动化系统建 设，提高信息集成化程度，提高管控一体化程度，从 而达到降低原材料和能源消耗，降低成本，提高产品产量和质量，提高企业整体效益，増强竞争 能力的目的。 1 石化生产控制系统的发展过程 石油化工过程控制技术的发展最主要的可以说是控制论的形成和发展、电子计算机的出现和发 展、以及炼油工艺（包括装备）技术本身的发展。 40 年代形成的经典（反馈）控制论，与大规模连续生产过程（包括石油化工过程）中广泛采用 的 PID 控制相联系；50 年代出现的“工程控制论”与基于 PID 的串级、前馈、比值、选择性等控 制技术

14、相联系；这些技术一直沿用至今。1 50 年代末，在航天技术革命过程中，形成了现代控制理论，到 60 年代，人们试图将现代控制方 法应用到石油化工过程，但未取得成功。其主要原因是：建立生产过程数学模型较困难，控制的 目标和方法不能照搬；缺少既懂生产工艺又懂控制理论的技术人员。 80 年代初，石油化工过程工艺及装备（包括检测仪表和执行机构）的改进、数学模型研究与开 发的进展、继承了最优控制又适应生产过程的模型预估控制 （MPC）技术的出现，以 DCS 为 代表的过程控制计算机系统的出现、大系统理论和人工智能的发展，这些技术进步，不仅形成了 80 年代在石油化工过程中开始 付诸实现的先进控制2（AP

15、C） ，也推动了生产装置优化、调 度管理优化，朝着全厂或全公司计算机集成系统（CIMS）发展。 近年来，DCS 的价格不断下降，而性价比却不断提高。据统计，34 个控制回路、70 个检测点 的控制系统采用 DCS 的价格已与电 III 型仪表几乎相当。回路 数越增加，其经济性则越好。新 一代 DCS 继续向智能化、开放型方向发展。一些“标准化”的策略软件，以适当的模块方式,组合 应用于 DCS 之中，增强了系统 性能。DCS 的技术进步，使 DCS 厂家除提供比值、串级、前 馈、 等基本控制软件外， PID 还提供了一些先进过程控制(APC)软件。 Honey- well 公司将 HMPC 如

16、 多变量预估控制器作为应用模块组合在 TDC23000DCS 系统中。日本横河公司 CENTUM 系统 控制策略中,包含了自整定控制、 顺序控制、批量控制、预估控制和模糊逻辑控制等等。 2 控制技术发展新方向 2.1 多变量预估控制 多变量预估控制器（RMPC）可由多输入多输出、基于模型的、有预估能力和优化功能组成， 能够控制和优化高度耦合的石化生产过程。RMPC 控制器与要控 制的工业过程相结合，根据预 估将来情况并决定怎样调节控制器输出把所有被控变量保持在设定的点上或约束范围内。 多变量 控制在石化行业中应用范围可从蒸馏塔 的双组分控制到 FCCU 两器和主分馏塔的燃烧、 苛刻度 和产品回收控制,近年在天然气加工、合成氨生产、时滞焦化分馏塔产品控制、加氢裂化、渣油 加氢处理等 领域中也有诸多应用。 2.2 智能控制 随着社会生产的迅速发展，控制科学面临着越来越多的挑战，例如，要实现对越来越复杂且具有 不确定性的对象进行有效的控制，要求所设计的控制系统具有学习能 力、强鲁棒性、实时性和柔性结构，以及自组织与并行处理等智能化信息处