第一篇：石油化工过程先进控制与优化研究进展PPT-4
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—— 现状与发展
华东理工大学
钱 锋
二零零七年八月
主要内容
一、过程控制与优化的作用
二、过程控制与优化的现状 APC与RTO广泛应用 与 广泛应用
三、工程应用中过程控制的新方向
过程监控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系统集成监控 过程监控： 全系统集成监控 自适应控制器： 自适应控制器：克服传统概念对模型精确性要求
四、过程控制与优化的案例分析
一、过程控制与优化的作用
国家发展战略需求
国家中长期科学和技术发展规划纲要》 流程工业的绿色化、《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“流程工业的绿色化、自 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“ 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工业概念 的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、智能化检测控制 技术、装备和调控系统。技术、装备和调控系统。” 中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》 《中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》装备制造业振兴 的重点： 推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、成套设备和对二甲苯 的重点：“推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、对苯二甲酸 成套设备国产化。成套设备国产化。”（自动化技术非常重要）国产化 自动化技术非常重要）国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，《 国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》 指出，在“ 发展重大 工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，满足重点建设工程及其他 实现重点突破。重大（成套）重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要 ”实现重点突破。
用自动化技术提高流程工业自主创新能力
石油和化学工业发展需求
国民经济的支柱产业 2005年石油和化学工业总产值达到 年石油和化学工业总产值达到33762亿元，占 亿元，年石油和化学工业总产值达到 亿元 国民生产总值（亿元）国民生产总值（182321亿元）的18.5% 亿元 石油和化学工业既是产能大户又是耗能大户 2005年我国石油化工行业总能耗3.048亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤 占全国总能耗的15% 占全国总能耗的 万元GDP能耗是0.903吨标准煤，比国外同行业平均 能耗是 吨标准煤，万元 能耗 吨标准煤 水平高 水平高15%～20% ～ 污水排放，全行业达32.3亿吨，废气 亿吨，污水排放，全行业达 亿吨 废气1.4274万亿立 万亿立 方米，固体废弃物8406万吨 方米，固体废弃物 万吨
应用过程控制与优化技术实现节能减排
过程控制与优化如何实现节能降耗 1.运行过程优化操作
过程控制
目的：克服扰动，目的：克服扰动，保证操作安全性和平稳性 手段：先进控制器（控制方法、算法）手段：先进控制器（控制方法、算法）设计
过程优化
目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、减排 手段：生产装置、过程、手段：生产装置、过程、流程的模拟和优化运行
用能过程监控
优化生产操作条件，优化生产操作条件，确保过程用能始终保持在高效工况 下运行
过程控制与优化如何实现节能降耗 2.过程用能组合优化
夹点技术提升和设计换热网络
对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费 对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费20 ％～50％，投资回收期一年左右； ％，投资回收期一年左右 ％～ ％，投资回收期一年左右； 对新建工厂换热设备进行优化设计，比传统方法可节省 对新建工厂换热设备进行优化设计，投资10％～ ％，操作费节省 ％～50％。％～20％，操作费节省30％～ 投资 ％～ ％，操作费节省 ％～ ％。Exergy分析方法 分析方法
注重能量的质量高低或有效能的大小 工艺装置能量优化、工艺装置能量优化、工艺装置及与其它单元之间的热联 合、全厂低温热优化利用以及蒸汽动力系统综合优化 应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，可取得 极大的经济效益与社会效益。极大的经济效益与社会效益。
先进控制和优化应用的效益
Aspen公司 数据表明： 公司 数据表明：
实施APC取得的效益中，降低能耗占10％，产品质 取得的效益中，降低能耗占 ％，％，产品质 实施 取得的效益中 量提高占10%，提高装置生产平稳与安全性占 ％，量提高占，提高装置生产平稳与安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。％，提高加工能力占 提高回收率占 ％，提高加工能力占 ％。Chemshare公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 改造常规仪表获得10％的效益，用DCS改造常规仪表获得 ％的效益，在DCS上实 改造常规仪表获得 上实 上实现RTO获得 获得40 获得40％的效益，上实现 获得 现APC获得 ％的效益，在APC上实现 获得 的效益。％的效益。Foxboro公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 效益比：DCS为 1 : ARC为 3 : APC为 5 : RTO 为 9。效益比： 为 为 为。
过程控制与优化技术面临的挑战
市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、先 进控制和过程优化技术提出了新的要求和挑战 严格的环保指标和成本控制要求，多目标、严格的环保指标和成本控制要求，多目标、变约束 的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、先进 控制和过程优化技术尚不能完全胜任，控制和过程优化技术尚不能完全胜任，需要进一步 加强创新研究 过程模型化技术和水平还远不能满足我国石化行业发 展的需要 关键石化技术国际供应商在模型上对我国实行技术 封锁，需要自主地进行流程的设计、封锁，需要自主地进行流程的设计、优化和提升
先进控制与优化技术面临的挑战
过程模型和优化技术的创新与进步
模型的准确性和效率、在线模型参数调整、模型的准确性和效率、在线模型参数调整、测量 仪表故障补偿、系统扰动克服、仪表故障补偿、系统扰动克服、系统框架优化设 计、系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 装置上长期有效运行不理想的主要原因； 装置上长期有效运行不理想的主要原因； 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、先进 等关键技术的创新对流程模拟 控制和过程优化至关重要； 控制和过程优化至关重要；
二、过程控制与优化的现状
过程控制发展的回顾
阶段 控制理论 控制工具 控制要求 控制水平一 年代70以前 以前）（年代 以前）
经典控制理论 二 年代）（70～80年代）～ 年代 现代控制理论 三 年代）（90年代）年代 控制论、信息论、控制论、信息论、系 统论、统论、人工智能等学 科交叉 计算机网络、计算机网络、现场总 线系统与智能仪表
常规仪表 分布式控制计算机（DCS））气动、液动、电动）（气动、液动、电动）安全、安全、平稳 简单控制系统
市场预测、快速响应、优质、高产、优质、高产、低消耗 市场预测、快速响应、柔性生产、柔性生产、创新管理 先进控制系统 综合自动化（综合自动化（CIPS））
先进的控制工具，先进的控制工具，DCS、现场总线控制系统的出现与完善；、现场总线控制系统的出现与完善； 现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、非线 性控制、性控制、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法仍然为目前国内 外学术界与工程界的热点研究课题。外学术界与工程界的热点研究课题。APC、RTO、PMC 的作用、、先进控制 – 确保操作运行在局部约束条件边界上 随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，系 优化 /在线优化 –，表现为控制目标多元化，统的复杂性不断增加，表现为控制目标多元化，变量 统的复杂性不断增加追求效益最大化目标 数目增多且相关性增强以及存在多种约束。数目增多且相关性增强以及存在多种约束。改进、过程监控 – 改进、提高运行效率
先进控制
优化/在线优化 优化 在线优化
过程监控 Operators 工程界形成共识： 工程界形成共识： Control + Optimization + Monitoring = Profits Planning、RTO、APC 的作用、、原材料信息获取/生产计划优化
计划优化系统（PIMS））
每月/周
Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用简化模型，采用简化模型，仅考虑主要约束条件 简化模型 优化全厂 全厂装置 优化全厂装置 优化预期进料 预期进料、优化预期进料、操作条件和价格 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 生产计划－每月/每周 每周平均计划 生产计划－每月 每周平均计划
调度约束、调度约束、价格等
计划、计划、调度 的过程变量
操作条件实时优化
在线优化
（RTO））CurrentOperations Optimization 小时
详细的工程模型，详细的工程模型，准确预测所有约束 进行各个装置的单元优化 单元优化，进行各个装置的单元优化，非全厂规模 基于当前生产 当前生产操作条件与价格进行优化 基于当前生产操作条件与价格进行优化 优化目标值能够自动执行 优化目标值能够自动执行
优化目标
过程约束
先进控制应用
Advanced Control Applications 通过装置测试获取线性动态模型 通过装置测试获取线性动态模型 应用范围小于RTO（单一指标、控制回路等）应用范围小于（单一指标、控制回路等）进行动态约束控制 进行动态约束控制 各约束条件预先定义的 预先定义的、各约束条件预先定义的、区分优先级别
先进控制
（APC））
分钟
APC/RTO 实现过程
RTO 模型 及其在线应用
目标函数、定价、目标函数、定价、逻辑 PA1 进料/产品分析 进料 产品分析
实验室
OVEREAHD LIGHT ENDS SS1 LVN TO PWF PA2 SS2 HF ATF 计划调度 人员 PA3 T101 GOA CRUDE PA4 SS3 HF HCN LCCO GOC CRUDE F-101 F-170 Stm SS4 HF HCCO LCCO FO CRUDE BLENDING OVERFLASH CRUDE T-151 HCN T2101 LVGO LCCO F-2 1 0 1 F-2 1 5 0 分析工程师
价格 驱动力 限制约束 CRUDE FCCU 离线学习 ASSAY BLEND F 2 10 1 F 2 15 0 HVGO SLURRY ASPHALT 优化 工程师 APC应用
终端用户
系统工程师 RTO 系统平台
先控 工程师 DCS界面 界面 FC 101 操作工程师
过程控制与优化的位置
月/周 周 周/天 天
计划 调度 实时优化(RTO)小时 分钟 秒
先进控制（APC））常规控制回路 DCS – 仪表
先进控制技术（APC））
目标： 目标：
处理多变量的约束控制 提供单元的局部约束优化与动态控制
主要特点： 主要特点：
基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）应包括装置单元的所有主要约束条件 其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简 其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简），单的经济指标 实现DCS层面上控制回路设定值的自动改变 层面上控制回路设定值的自动改变 实现
技术创新： 技术创新：
多变量测试与辨识技术 应用举例
PTA溶剂脱水塔的 溶剂脱水塔的APC应用： 应用： 溶剂脱水塔的 应用
溶剂脱水塔先进控制系统
基于关键组分的多变量预测控制系统方案设计
扰动（反应器抽出水）扰动（反应器抽出水）或 进料量+回流温度（PX进料量 回流温度）进料量 回流温度）L（回流量设定值）（XD（塔底 2O含量）塔底H 含量 XB（塔顶 塔顶HAC含量）含量 DP（全塔压差）（全塔压差）FV1（蒸汽流量阀位）蒸汽流量阀位）FV2（回流量阀位）回流量阀位）
先 进 控 制 器 GC V（蒸汽流量设定值）（T（塔底温度回路设定值）（目标： 目标： 稳定塔釜组成DI1702（釜水）（釜水）稳定塔釜组成 降低塔顶酸耗和能耗
应用举例
MV测试（多变量）： 测试（多变量）： 测试
应用举例
阶跃响应模型： 阶跃响应模型：
应用举例
MPC投运后的 曲线： 投运后的CV曲线 投运后的 曲线： APC应用现状 应用现状
1、建立了标准化的APC工程实施方案与步骤；、建立了标准化的 工程实施方案与步骤； 工程实施方案与步骤
2、从复杂实际工程应用中寻找问题根源，逐步完善现有、从复杂实际工程应用中寻找问题根源，APC技术（如闭环辨识技术）； 技术（如闭环辨识技术）； 技术
3、对数据分析、过程机理的综合应用逐步加强、对数据分析、实时数据分析（模式识别方法）实时数据分析（模式识别方法）如，常减压装置原料频繁切换问题； 常减压装置原料频繁切换问题； 与基于严格机理的模型相结合 如，关键指标预估
在线优化技术（在线优化技术（RTO））
目标： 目标：
自动、自动、实时完成最优目标值 最大化经济效益（一个或多个装置）最大化经济效益（一个或多个装置）
主要特点： 主要特点：
非线性模型－ 非线性模型－基于工艺机理模型 根据装置运行数据自动实现模型的在线修正 基于经济定价的优化 基于装置运行信息反馈的优化 最优目标的自动、最优目标的自动、闭环实现 针对当前约束条件下效益最高的装置单元 RTO 优化目标
RTO的目标：在保证产品要求和过程变量满足最小/最大约束 的目标：在保证产品要求和过程变量满足最小 最大约束 的目标 的前提下最大化当前的操作利润 最大化利润 = ∑产品价值∑公用工程费用
炼油为例）产品要求（炼油为例）
塔顶轻组分质量指标 侧线采出组分质量指标 塔底重组分质量指标
最小/最大约束条件 最小 最大约束条件 先进控制器（MPC）先进控制器（MPC）的主要约束条件 RTO 如何提升操作性能－精馏塔控制示例
冷凝器约束
再沸器约束 塔压设计约束
进料
溢流液泛线
漏液线 塔压
实时优化过程
稳态模型实现在线运行，稳态模型实现在线运行，从总体效益上进行优化 利用 APC技术实现目标 技术实现目标 当过程处于稳态时RTO运行 运行 当过程处于稳态时 当过程处于稳态时，一般每4小时运行一次 当过程处于稳态时，一般每4小时运行一次 正常情况下，每天运行 ～ 次 正常情况下，每天运行3～5次 稳态检测时，一般要检查至少 个以上变量情况 稳态检测时，一般要检查至少30个以上变量情况 尽可能地实现最大化利润 基于经济信息 利用RTO 改进操作实现最大化利润 利用
实时优化过程
等待装置调整平稳 稳态检测
优化值下装到DCS 控制器设定值改变 RTO 循环
从DCS中获取数据
计算最优化操作条件
数据有效性验证
约束、控制器状态、约束、控制器状态、价格因素等
模型计算/参数调整(基本工况)RTO每个班次将自动实现 ～4次循环计算 每个班次将自动实现3～ 次循环计算 每个班次将自动实现
APC 与 RTO 技术比较 APC应用 应用
过程中包含多个控制器 ? 动态经验模型(假定过程响应是线 假定过程响应是线 性的)性的 ? 更新偏差 预测误差 更新偏差/预测误差 ? 进料信息特性描述简单 ? 简单线性规划优化 ? 线性规划只是几个操作变量的代 价函数 RTO 应用
包含全部过程 ? 严格的、基于工艺机理的、稳态、严格的、基于工艺机理的、稳态、非线性模型 ? 更新工程参数 ? 详尽的进料信息，如组分、比例 详尽的进料信息，如组分、? 非线性优化 ? 详细的经济参数，有关原料供应、详细的经济参数，有关原料供应、产品、产品、公用工程的价格等
RTO 系统对 系统对APC的要求 的要求
APC能够保证系统达到稳态 能够保证系统达到稳态 实现过程中，的约束。在RTO实现过程中，优先考虑控制器中 实现过程中 优先考虑控制器中MV和CV的约束。和 的约束 因此，因此，应确保不能有不合理的箝位限制 APC 能够平稳实现RTO的优化目标并保持这一目标，同时 能够平稳实现RTO的优化目标并保持这一目标 的优化目标并保持这一目标，满足所有 MV/CV的约束 的约束
值得注意的是: 必要情况下，牺牲经济指标满足控制需求，值得注意的是 必要情况下，牺牲经济指标满足控制需求，控制稳定性更为重要。控制稳定性更为重要。
三、工程应用中过程 控制的新方向 过程监控 自适应控制器
过程监控
过程监控问题： 过程监控问题：
过程参数的变化：催化剂中毒、过程参数的变化：催化剂中毒、热交换器结垢等 干扰参数的变化：进料流股中的浓度变化、干扰参数的变化：进料流股中的浓度变化、环境温度变化等 执行器问题：卡住、空气泄露、执行器问题：卡住、空气泄露、气源故障等 传感器问题：堵塞、结垢、标定误差等造成仪表损坏或偏差 传感器问题：堵塞、结垢、控制器问题： 控制器问题：控制性能等
工业生产过程应用现状： 工业生产过程应用现状：
限幅传感：超过定义阈值即报警，最为普遍、限幅传感：超过定义阈值即报警，最为普遍、常用 偏差监测：仿真结果与实际观测值比较，偏差监测：仿真结果与实际观测值比较，依赖于模型准确性
目前基于仪表检测信息的单变量监控应用普遍
满足工业装置运行需求
工业过程故障分析
产品不合格,不安全的操作条件 设备损坏等 产品不合格 不安全的操作条件,设备损坏等 不安全的操作条件 不能及时检测和确认故障源将导致损失巨大经济损失，不能及时检测和确认故障源将导致损失巨大经济损失，仅美 国石化行业，国石化行业，每年估计因缺乏对异常事件的有效监控而损失 200亿美元 亿美元
事实上
石化行业的自动化程度很高 从信息系统中获取的数据量是非常惊人的因此
可利用丰富的数据信息进行过程监测，可利用丰富的数据信息进行过程监测，有效实现控制与优化 事实上，现代计算机技术可以分析处理这些数据，事实上，现代计算机技术可以分析处理这些数据，而这在以 前是不可能的
寻找有效的实时故障检测和识别方法是 目前工业应用中主要发展目标之一。目前工业应用中主要发展目标之一。
过程监控的传统方法
单变量统计监控
经典方法：基于施瓦特图（经典方法：基于施瓦特图（Shewhart）的应用）
给定一定的阈值，给定一定的阈值，可以在训 练集中数据的统计特性基础 上，应用统计假设理论来预 测系统变化是否失控。测系统变化是否失控。
故障识别
给定一个观测变量X，每个变量的标准误差： 给定一个观测变量，每个变量的标准误差：
e j =(x j ? μ j)/ s j μ j 是均值，s j 是第 个变量的标准差 是均值，是第j个变量的标准差
将标准差绘制在同一表中，将标准差绘制在同一表中，并且用基于显著性水平的阈值 检测失控变量。检测失控变量。
目前过程监控的主要方法
基于多变量统计技术的监控方法： 基于多变量统计技术的监控方法：
数据驱动方法
主元分析法（主元分析法（PCA））费舍尔判别分析法（基于模式分类学的故障诊断）基于模式分类学的故障诊断）部分最小二乘法 类似于PCA的子空间辨识方法）的子空间辨识方法）规范变量分析法（类似于 的子空间辨识方法
特点： 特点：高维数据变换为 低维，低维，通过单图显示 数据可视化），），有助（数据可视化），有助 于为操作员解释过程数 据的显著变化趋势。据的显著变化趋势。
解析法
基于参数估计、基于参数估计、基于观测器设计和等价关系
特点：应用在输入、特点：应用在输入、输出和状态数目相对 较小的系统
基于知识的方法
采用定性模型——基于因果分析、专家系统和模式识别 基于因果分析、采用定性模型 基于因果分析
克服单变量统计技术忽略的过程变量空间相关以及序列相关性的影响
过程监控的金字塔结构
广义 PCA 模型
特 定 事 件 的 PCA监控模型 监控模型 基于简单模型的监测，基于简单模型的监测，PID 监控器，阀流量模型 监控器，异常事件检测（异常事件检测（AED））(复杂工况检测 复杂工况检测)复杂工况检测
实时指导系统
多变量)智能报警(多变量 多变量
(诊断 & 建议 诊断 建议)报警信息管理（ACM/AEA））DCS 报警系统
过程监控系统的目标(I)报警与事件管理（报警与事件管理（Alarm and Event Management））通过开发相关工具和程序有效提升报警系统性能;通过开发相关工具和程序有效提升报警系统性能
适当合理化和过滤报警信号 通过相关操作适时激活报警系统
确保报警信息 明确、明确、有效
为控制台和现场操作工提供报警和事件信息的整合 异常事件检测（异常事件检测（Abnormal Event Detection））检测操作条件 的偏离，的偏离，使操 开发针对炼油和石化过程关键单元操作的AED技术 开发针对炼油和石化过程关键单元操作的 技术 作员在报警前 仪表动作失效； 仪表动作失效；操作区域出现问题等 处理。处理。开发AED的有效工具，如PCA方法等 的有效工具，开发 的有效工具 方法等 为控制台操作人员提供实时的基于知识的工况检测和诊断指导信息 搭建操作员实时指导系统的结构框架
操作员实时指导系统（操作员实时指导系统（Real Time Advisories））
过程监控系统的目标(II)操作约束管理（操作约束管理（Operations Constraint Management）
帮助明确当前与操作（包括 帮助明确当前与操作（包括APC、RTO）相关的约束条件、）帮助理解当前各主要约束条件 帮助推向卡边操作以获取利润最大化 正确地预测(评估 正确地预测 评估)当前工况和下一可能约束之间的距离 评估
程序化操作（程序化操作（Procedural Operations））
检测、分析、指导、恢复等）发展在线程序以实现过程的无缝操作（检测、分析、指导、恢复等）
发展和实施过程管理系统集成解决方案，不论程序是否自动执行，发展和实施过程管理系统集成解决方案，不论程序是否自动执行，确保实现当前仅一个程序管理系统在运行
异常事件的检测过程
当前的观测值 正常过程行为描述 比较
统计模型、如：统计模型、工程关 系、启发式知识等
差异性解释
警告： 如果与正常预期变化不符 警告： 显示：解释差异在哪里 显示： 目标: 为操作员提供 早期预警 优点: 减少低负荷和停车工况
模糊布尔逻辑
异常事件的检测特征
AED 将在报警系 统前做出响应 DCS 报警系统
报警区域
AED 将让操作人员有 更多时间进行操作 操作员动作 对报警进行响应 采取预防措施
非正常工况检测区域
过程监控 正常操作
过程监控系统举例
95% 正常操作都在椭圆里 外部离群值警告将会有问 题出现 很容易识别有问题的变量 通过故障树分析，通过故障树分析，可以识 别问题起源 已验证此项技术的可靠性
过程监控发展的建模技术
预期的改进操作
控制器逐渐把离群值拉回到边界 控制器逐渐把离群值拉回到边界25%的范围内 的范围内
过程监控系统设计的主要特征
基于多变量控制技术，基于多变量控制技术，并确保控制器性能 采用基于线性规划的多变量控制技术 有DMC控制器的所有特性 控制器的所有特性 非正常工况的检测和处理确保多变量控制器性能 控制器会逐步实现产量最大化 监控系统确保安全性 当过程将出现问题时，当过程将出现问题时，会提醒操作人员 当有突发的严重的扰动时，当有突发的严重的扰动时，会切换到安全模式 控制器性能实现自动监控
自适应先进控制策略
控制系统的重要性
控制系统是装置运行的基础: 控制系统是装置运行的基础
财务 收入减少，收入减少，支出增加 质量，产量，质量，产量，原料 及公用工程消耗 产量、转化率、产量、转化率、分离效果等 设备性能变差
装置
过程单元 生产设备
反应器,压缩机, 反应器,压缩机,热交换器等
过程控制系统
传感器,常规控制,先进控制,分析仪表，阀,传感器,常规控制,先进控制,分析仪表，软测量
控制器性能差
控制器性能差
生产装置的操作性能变差 生产装置的操作性能变差
财务状况下降
自适应控制系统基础 － 实现控制器性能监测
控制器性能优劣直接影响装置生产操作，因此，控制器性能优劣直接影响装置生产操作，因此，开发控制器性 能监控技术有利于： 能监控技术有利于： 标准控制特性与装置效益的关联； 标准控制特性与装置效益的关联； 改进控制器性能； 改进控制器性能； 减少70%MPC的开发周期； 的开发周期； 减少 的开发周期 建立基于条件变化（建立基于条件变化（Condition-Based）的连续改进模型）
结果: 结果
更好的控制性能使工厂可以增加 的利润 更好的控制性能使工厂可以增加5%的利润 ? 基于条件的控制可以减少 基于条件的控制可以减少30%的维护费用 的维护费用
何为先进控制与优化系统的坚实基础？ 何为先进控制与优化系统的坚实基础？
在线优化/调度 在线优化 调度
在线优化/计划的实施基础： 在线优化 计划的实施基础： 计划的实施基础
先进控制„ 先进控制 DMC 准确的模型 有效调节、有效调节、控制 较宽的操作范围 APC的实施基础： 的实施基础： 的实施基础
基础控制系统/仪表 分析仪 基础控制系统 仪表/分析仪 仪表
提供可靠的关键仪表与分析仪器 基础控制回路性能良好
目前问题 — 如何实现自适应控制
存在问题（存在问题（MPC）:）
模型测试与辨识成本高； 模型测试与辨识成本高； 模型辨识、预测控制技术缺乏整体性； 模型辨识、预测控制技术缺乏整体性； 控制算法适用对象面窄； 控制算法适用对象面窄； 持续投运率低 不易维护 实施周期长成本高
先进控制„ 先进控制 DMC 先进控制层 先进控制器性能监测 控制器模型的自动更新 约束条件的自动分析 基础控制回路层
基础控制系统/仪表 分析仪 基础控制系统 仪表/分析仪 仪表
基础控制回路的性能监测 确认问题后的工作流程
自适应控制的目标
建立、发展一套工程应用工具与实施流程，建立、发展一套工程应用工具与实施流程，使得在低成本条 件下实现/维护先进控制系统运行在峰值性能范围中。件下实现 维护先进控制系统运行在峰值性能范围中。维护先进控制系统运行在峰值性能范围中
实现控制系统的自动、实现控制系统的自动、自适应维护是关键
利用、发展有效工具和方法，如： DMC Solution Analysis Tool 利用、发展有效工具和方法，采用和改进经济性度量标准，采用和改进经济性度量标准，保持控制器性能
先进控制器性能评价标准（除投运率外）先进控制器性能评价标准（除投运率外）
关联控制器性能评价与经济效益的关系
明确基础控制回路与控制系统整体结构的关系
确定机会损失
控制器性能
引起控制器性能衰减的因素 原 因
基于计划调度或RTO的经济目标的改变 的经济目标的改变 基于计划调度或 操作条件或者过程变化 基础控制回路与仪表出现问题
影 响
控制器将操作条件推向错误的目标值 模型失配、控制器失效 模型失配、控制器失效, 调节范围受限 无法克服扰动并维持控制目标
投运率本身也无法充分度量控制器性能和机会损失 2 3 效 益 机会损失
良好维护 在线监控
维护较差 无监控
控制器性能改善的要求
先进控制器性能的改善
适用范围、准确性等）高质量的控制器模型（适用范围、准确性等）
控制器模型随过程与操作条件而变化
基础回路控制器性能改善
更为频繁地监控基础控制回路层的性能 及时解决基础回路、及时解决基础回路、仪表和分析仪器的问题
其它有效方法－利用现有技术实现主要的、附加功能 其它有效方法－利用现有技术实现主要的、过程监控 事件检测与分析 事件的报告与解决方法
先控模型的自动更新
分为四个步骤： 分为四个步骤：
目前现状： 目前现状：
仅在出现问题时检查控制器 主要采用投运率ON / OFF作为监 主要采用投运率 作为监 测手段 XOM MV metric being rolled out – no baseline 提交工程师进行问题诊断
目前现状： 目前现状：
已经具有多种自动测试软件(Taiji, Smartstep)各自独立，各自独立，与辨识或控制过程不连接 要求专业人员使用 辨识过程没有自动实现，辨识过程没有自动实现，依靠手动专家经验
自动测试
目标： 目标： 自动辨识
自动测试软件与自动辨识软件相连 辨识结果修正、辨识结果修正、或者加强测试 对于非专业人员也能够简单操作，对于非专业人员也能够简单操作，仍需要过程知识
控制器性能监控
目标： 目标：
实现控制器性能的连续监控 在线性能监测指标 实时溯源问题诊断 确认先控系统调整带来性能改进(与模型 与模型 质量问题相区分）质量问题相区分）
目前现状： 目前现状： 矩阵训练工具（病态矩阵良化）病态矩阵良化）目标： 目标：
面向非专业人员使用－ 面向非专业人员使用－但仍需要过程知识 快速、快速、有效实现 一旦结构形式确认，一旦结构形式确认，可反复用于模型更新 非常复杂的过程，非常复杂的过程，需要专业人员 计算过程耗时长 每个控制器更新过程都需要
基础控制系统
对底层基础控制回路的性能进行监测 检测异 常信息 Detect 诊断/修复 诊断 修复 Diagnose / Quantify 基础控制系 统监测 Base Monitoring 检测基础回路控制层问题，检测基础回路控制层问题，确认执行器故 障对生产单元性能的影响 仪表与分析仪出现故障 控制阀滞涩 PID回路的参数整定问题 回路的参数整定问题 计算由于执行机构故障造成效益的机会损 失成本 导致先进控制系统回路中的变量无效 限制先进控制器操作范围 无法实现产量最大化 放弃其它附加的产品质量控制 为生产运营商（企业）为生产运营商（企业）处理异常信息提供 工作方案 为企业提供处理过程的优先级信息 对上述事件的处理进行跟踪
报告 Report 确定处理过程方案
企业运营部门
修复
集成的工作过程与工具
异常信息检测
自动测试
诊断/修复 诊断 修复
基础回 路控制
报告
控制器性 能监测 MPC/NLC 先进控制
自动辨识
形成工作流程
矩阵训练工具
企业运营部门
自适应控制 – 关键技术与软件
基础控制回路性能监测 代表软件： 代表软件：Matrikon ProcessDoctor PID 先进控制器性能监测 代表软件： 代表软件：AspenWatch 测试/辨识 建立、强化模型功能）测试 辨识（建立、强化模型功能）代表软件： 代表软件：Tai-Ji ID & SmartStep & Subspace ID 增强模型鲁棒性)矩阵条件数改进(增强模型鲁棒性 增强模型鲁棒性
代表软件： 代表软件： SmartAudit(AspenTech)收益分析
提高生产过程的操作性能： 提高生产过程的操作性能：
减少 减少30%的产品质量波动 的产品质量波动 ? 减少 ～10%的能耗 减少5～ 的能耗 ? 增加产量 ～5% 增加产量2～ ? 通过控制器监控的统一解决方案，减少总费用 通过控制器监控的统一解决方案，节省维护费用
基于条件的维护策略可以节约最多 基于条件的维护策略可以节约最多30%的维护费用 的维护费用 ? 可以节约 可以节约70%的MPC开发和重复测试的费用 的 开发和重复测试的费用
四、过程控制与优化的案例分析
典型案例
1、芳烃装置二甲苯分馏过程的优化、2、PTA加氢反应过程的优化、加氢反应过程的优化
3、聚酯装置反应过程的优化、4、乙烯装置中裂解炉的节能控制与优化、芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
研究对象： 研究对象： 芳烃装置对二甲苯分馏单元两条生产线： 芳烃装置对二甲苯分馏单元两条生产线： 800#（老装置）、（老装置）、8500#（新建装置））、（新建装置）
存在问题： 存在问题：
确保新老二甲苯 分馏装置所处理 的C8A资源负荷 资源负荷 分配在相对优化 的运行状态
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
二甲苯精馏装置机理建模
B1，B2分别为装置的输入分配比，分别为装置的输入分配比 DA801、DA804、DA8501分别为二甲苯的三个分离装置、、分别为二甲苯的三个分离装置
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
二甲苯精馏装置机理模型的校正: 二甲苯精馏装置机理模型的校正
ASPEN流程模拟软件对精馏与分离过程均采用平衡全 流程模拟软件对精馏与分离过程均采用平衡全 混池假设，混池假设，计算数据与工业实际值之间必然存在一些 偏差。偏差。
1、根据装置的结构数据、操作数据、各塔组分分析化验、根据装置的结构数据、操作数据、数据及能耗数据，采用数据调和技术 数据调和技术对数据进行有效 数据及能耗数据，采用数据调和技术对数据进行有效 性一致性分析，供建模分析。性一致性分析，供建模分析。模型参数调试、2、选择典型工况数据，进行模型参数调试、校正，使三、选择典型工况数据，进行模型参数调试 校正，塔塔板温度分布、组分大小与分配比例与实际相符。塔塔板温度分布、组分大小与分配比例与实际相符。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
灵敏度分析： 灵敏度分析： 1）改变输入分配比对装置能耗的影响）
可以看出，随着输入分配比 由小增大, 可以看出，随着输入分配比B1,B2由小增大 三塔的 由小增大 冷负荷也随之增大，基本呈线性。冷负荷也随之增大，基本呈线性。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
2）改变输入分配比对装置）改变输入分配比对装置OX产出的影响 产出的影响
为了能保证OX尽量多产出的情况下，降低装置的能耗，尽量多产出的情况下，降低装置的能耗，为了能保证 尽量多产出的情况下 需要研究输入分配比与装置OX产出的影响。产出的影响。需要研究输入分配比与装置 产出的影响 OX 产 出 KG /HR OX 产 出 KG /HR 可以看出，随着、的变化 的变化，产出接近二次曲线 产出接近二次曲线，可以看出，随着B1、B2的变化，OX产出接近二次曲线，B1=0.44，B2=0.65处各有一峰值。处各有一峰值。处各有一峰值
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
3）改变回流比对塔釜OX产出与冷负荷的影响）改变回流比对塔釜 产出与冷负荷的影响
回流比对操作工况的影响很大，塔为例，回流比对操作工况的影响很大，以DA804塔为例，改变回流 塔为例 对二甲苯装置的塔釜OX产出与冷负荷的影响，如图： 产出与冷负荷的影响，比，对二甲苯装置的塔釜 产出与冷负荷的影响 如图：
冷 负 荷 M M K C A L/ H R OX 产 出 KG /HR 从上图可看出，回流比增大，从上图可看出，回流比增大，塔釜采出与冷负荷也随之 增大，须折中考虑。增大，须折中考虑。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
4）改变进料塔板位置对冷负荷影响）
可调整的进料口位置： 可调整的进料口位置： DA801：FC8001－25块塔板、35块塔板，FC3034－50块塔板、60块塔板； ： 块塔板、块塔板 块塔板，块塔板、块塔板 块塔板； － 块塔板 － 块塔板 DA8501：FC7518－28块塔板、48块塔板，FC8504－96块塔板、144块塔板 ： 块塔板、块塔板 块塔板，块塔板、块塔板 － 块塔板 － 块塔板
冷 负 荷 M M KC AL /H R 冷 负 荷 M M KC AL /H R 进料位置改变前
进料位置改变后
根据上述调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，根据上述调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，冷 负荷略有上升。负荷略有上升。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
5）改变进料塔板位置对OX产出影响）改变进料塔板位置对 产出影响
改变进料位置对OX产出的影响 产出的影响 改变进料位置对 O X 产 出 K G / H R O X 产 出 K G / H R 进料位置改变前
进料位置改变后
按以上调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，按以上调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，OX产出下降。产出下降。产出下降
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化工艺操作条件优化： 工艺操作条件优化：
优化目标：三个塔塔釜OX产出最大化 & 三个塔总能耗最小 优化目标：三个塔塔釜 产出最大化 优化手段：三塔回流比、优化手段：三塔回流比、三塔的进料流量 约束条件：主要是三塔冷、热负荷，约束条件：主要是三塔冷、热负荷，同时确保： 同时确保：（1）各单元操作条件满足工艺许可的设定范围内；）各单元操作条件满足工艺许可的设定范围内；（2）各单元被控参数在工艺要求变化范围内；）各单元被控参数在工艺要求变化范围内；
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
将运用所建立的模型，将运用所建立的模型，根据上述的数据采集与处理方 采集现场数据，法，从DCS采集现场数据，以处理后的现场数据作为 采集现场数据 模型的输入，通过先进的优化算法，模型的输入，通过先进的优化算法，进行操作条件优 化的实时计算。化的实时计算。
对不同组成的进料进行流向分配，对不同组成的进料进行流向分配，通过输入各股进料 组成和流量，自动计算出最优的进料分配比例，组成和流量，自动计算出最优的进料分配比例，用于 指导操作人员的实际操作，指导操作人员的实际操作，进而在保证产品产量与质 量下，达到降低能耗的目的。量下，达到降低能耗的目的。PTA加氢反应过程优化 加氢反应过程优化 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
经换热网络预热至 281.5℃左右 形成 ℃左右,形成 26.5%wt左右的水溶液 左右的水溶液
固定床式反应器,内含 固定床式反应器 内含Pd/C催 内含 催 化剂床层,反应温度 反应温度281.5℃左 化剂床层 反应温度 ℃ 右,压力 压力7.2MPa左右 左右 压力
饱和蒸汽 TA进料 TA进料 H2 在高温高压下完全溶解于水，在反应器中流过Pd/C催化剂 将CTA在高温高压下完全溶解于水，与H2在反应器中流过 在高温高压下完全溶解于水 在反应器中流过 催化剂 床层,进行动态连续催化加氢还原 进行动态连续催化加氢还原,将 还原成为易溶于水的PT酸 床层 进行动态连续催化加氢还原 将4-CBA还原成为易溶于水的 酸, 还原成为易溶于水的 而有色杂质也同时分解,经过结晶过滤和干燥 得到纤维级PTA产品 其 经过结晶过滤和干燥,得到纤维级 产品,其 而有色杂质也同时分解 经过结晶过滤和干燥 得到纤维级 产品 含量可以≤15ppmw 中4-CBA含量可以 含量可以
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
PTA加氢反应过程优化目标之一：节能 加氢反应过程优化目标之一： 加氢反应过程优化目标之一
主要节能对象为界外饱和蒸汽（加氢换热网络用）主要节能对象为界外饱和蒸汽（加氢换热网络用）
PTA加氢反应过程优化目标之二：节水 加氢反应过程优化目标之二： 加氢反应过程优化目标之二
减少溶解CTA用打浆水 用打浆水 减少溶解
PTA加氢反应过程优化目标之三：减排 加氢反应过程优化目标之三： 加氢反应过程优化目标之三
节约打浆水的同时，节约打浆水的同时，会减少污水排放
PTA加氢反应过程优化目标之四：增产 加氢反应过程优化目标之四： 加氢反应过程优化目标之四
提高反应器产能
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
解决方法： 解决方法：基于机理
节 能
节 水
建模的操作条件优化
最有效、最易可行 最有效、的手段 — 提浓 操作条件优化： 操作条件优化： 温度、温度、H2流量等 减 排 增 产
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术 一 反应过程动力学模型
实验室研究并验证反应动力学网络并得到实验室动力学模型： 实验室研究并验证反应动力学网络并得到实验室动力学模型： 串级加氢主反应和脱羰副反应并存 CHO COOH Rh/C + CO COOH 二 反应器模型
根据工业反应器特性，通过合理假设选定合适的反应器模型： 根据工业反应器特性，通过合理假设选定合适的反应器模型：平推流模型 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化 PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术 三 流程模拟的建立
利用流程模拟软件，根据反应动力学模型和反应器模型，利用流程模拟软件，根据反应动力学模型和反应器模型，选择 合适的物性方程等，建立PTA PTA加氢反应过程的流程模拟 合适的物性方程等，建立PTA加氢反应过程的流程模拟 四 工业加氢反应过程模型的校正
根据实际工业数据，利用数据校正技术，对模型进行修正，根据实际工业数据，利用数据校正技术，对模型进行修正，主 要校正实验室反应动力学模型的参数 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
约束条件
接口程序
实际工况
优化算法
粒子群优化算法 等进化算法
流程模拟
反应机理
优化目标
优化结果
现场实施
评 价
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
扬子PTA装置加氢反应过程优化： 装置加氢反应过程优化： 扬子 装置加氢反应过程优化
第一阶段： 第一阶段： 配料浓度稳定在27%wt左右，生产控制上以在线浓度显示 左右，配料浓度稳定在 左右 值为主,调整下料转速使显示值控制在 左右(在线仪和 值为主 调整下料转速使显示值控制在24.3%左右 在线仪和 调整下料转速使显示值控制在 左右 人工分析值之间有2.7的偏差。人工分析值之间有 的偏差)。的偏差 第二阶段： 第二阶段： 配料浓度稳定在27.5%wt左右，生产控制上以在线浓度显 左右，配料浓度稳定在 左右 示值为主调整下料转速使显示值控制在24.8%左右。左右。示值为主调整下料转速使显示值控制在 左右 第三阶段： 第三阶段： 配料浓度稳定在28%wt左右，生产控制上以在线浓度显示 左右，配料浓度稳定在 左右 值为主调整下料转速使显示值控制在25.3%左右。左右。值为主调整下料转速使显示值控制在 左右
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
在线浓度分析 仪显示值
一阶段
14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 4-CBA含 ppmw 量 PTA中4-CBA含量 4-CBA人工分 人工分
三阶段
二阶段
析值≤14ppmw 析值
系列1 5 7 天 9 11 13 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
实施效果： 实施效果：
一、节水 在调优第一阶段，打浆水平均为 在调优第一阶段，打浆水平均为118.05t/h，调优第二阶段，打浆，调优第二阶段，水平均为117.19t/h，调优第三阶段，打浆水平均为 水平均为，调优第三阶段，打浆水平均为116.05t/h。进。料浓度从27%提高到 提高到28%时，单线每小时平均可以节约打浆水 节约打浆水2 料浓度从 提高到 时 单线每小时平均可以节约打浆水 吨左右。吨左右。每吨打浆水价格为6元 则节水经济效益为： 万元 每吨打浆水价格为 元，则节水经济效益为：9.6万元
二、减排
节约打浆水的同时，就会减少污水的排放。根据物料衡算，节约打浆水的同时，就会减少污水的排放。根据物料衡算，每节 吨打浆水，吨污水的排放。约1吨打浆水，大约可以减少 吨打浆水 大约可以减少0.73吨污水的排放。进料浓度从 吨污水的排放 进料浓度从27% 提高到28%时，单线每小时可以减少污水排放 减少污水排放1.46吨左右。吨左右。提高到 时 单线每小时可以减少污水排放 吨左右 每吨污水处理费用为22.5元，则减排经济效益为 26.28万元 元 每吨污水处理费用为 万元 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
实施效果： 实施效果：
三、节能
PTA精制单元的节能，主要针对供给换热网络的9.0MPa蒸汽。由 精制单元的节能，主要针对供给换热网络的 蒸汽。精制单元的节能 蒸汽 于在调优过程中，进料负荷基本维持不变，因此9.0MPa蒸汽日均 于在调优过程中，进料负荷基本维持不变，因此 蒸汽日均 消耗维持。当进料浓度从27%提高到 提高到28%时，每吨 消耗维持。当进料浓度从 提高到 时 每吨PTA可节约 可节约 0.023吨左右的 吨左右的9.0MPa蒸汽。蒸汽。吨左右的 蒸汽 每吨9.0MPa蒸汽折合成 每吨 蒸汽折合成92kg标油，每kg标油为 元，则节能经济效 标油，标油为3元 蒸汽折合成 标油 标油为 益为：235.2 万元 益为：
四、增产
PTA精制单元提浓最大的益处就是增产。当进料浓度从27%提高 精制单元提浓最大的益处就是增产。当进料浓度从 精制单元提浓最大的益处就是增产 提高 万吨。到28%时，可以增产大约 时 可以增产大约3.7%的PTA，增产 的，增产1.332万吨。万吨 每吨PTA纯利润为 元，则增产的经济效益为 1198.8 万元 纯利润为900元 每吨 纯利润为
聚酯装置反应过程优化
聚酯过程生产工艺
聚酯过程生产工艺主要分为三个阶段进行： 聚酯过程生产工艺主要分为三个阶段进行：
酯化：原料 按一定的摩尔配比加入打浆罐，酯化：原料PTA与EG按一定的摩尔配比加入打浆罐，在搅 与 按一定的摩尔配比加入打浆罐 拌下进行打浆均匀混合。拌下进行打浆均匀混合。浆料以齿轮泵定量连续送入酯化 釜，进行酯化反应。酯化过程生成的水随EG蒸出。蒸出。进行酯化反应。酯化过程生成的水随 蒸出 预缩聚：酯化产物用泵经过滤器送至预缩聚釜进行缩聚。预缩聚：酯化产物用泵经过滤器送至预缩聚釜进行缩聚。终缩聚：预缩聚产物以齿轮泵送至缩聚釜，在高温、终缩聚：预缩聚产物以齿轮泵送至缩聚釜，在高温、高真 空和搅拌下进行终缩聚，以达到反应终点。空和搅拌下进行终缩聚，以达到反应终点。
聚酯新老装置能耗对比
新老装置能耗对比 140 135 能耗，kg 标油 / T 聚酯 能耗，kg标油 标油/ 120 100 80 60 40 20 0 老聚酯 新装置 89.48 引进的聚酯生产老装置能耗是国产新装置的 1.5倍 原有装置存在较大节能空间。1.5倍，原有装置存在较大节能空间。1本文由百有任何贡献
ppt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。2007 PSE Asia 石油化工过程先进控制与优化
—— 现状与发展
华东理工大学
钱 锋
二零零七年八月
主要内容
一、过程控制与优化的作用
二、过程控制与优化的现状 APC与RTO广泛应用 与 广泛应用
三、工程应用中过程控制的新方向
过程监控：DCS/PCS/APC/RTO/MES全系统集成监控 过程监控： 全系统集成监控 自适应控制器： 自适应控制器：克服传统概念对模型精确性要求
四、过程控制与优化的案例分析
一、过程控制与优化的作用
国家发展战略需求
国家中长期科学和技术发展规划纲要》 流程工业的绿色化、《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“流程工业的绿色化、自 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“ 动化及装备”列为优先发展主题，重点研究开发“基于生态工业概念 的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、的系统集成和自动化技术，流程工业需要的传感器、智能化检测控制 技术、装备和调控系统。技术、装备和调控系统。” 中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》 《中国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》装备制造业振兴 的重点： 推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、成套设备和对二甲苯 的重点：“推进百万吨级大型乙烯成套设备和对二甲苯、对苯二甲酸 成套设备国产化。成套设备国产化。”（自动化技术非常重要）国产化 自动化技术非常重要）国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出，《 国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》 指出，在“ 发展重大 工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，工程自动化控制系统和关键精密测试仪器，满足重点建设工程及其他 实现重点突破。重大（成套）重大（成套）技术装备高度自动化和智能化的需要 ”实现重点突破。
用自动化技术提高流程工业自主创新能力
石油和化学工业发展需求
国民经济的支柱产业 2005年石油和化学工业总产值达到 年石油和化学工业总产值达到33762亿元，占 亿元，年石油和化学工业总产值达到 亿元 国民生产总值（亿元）国民生产总值（182321亿元）的18.5% 亿元 石油和化学工业既是产能大户又是耗能大户 2005年我国石油化工行业总能耗3.048亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤，年我国石油化工行业总能耗 亿吨标准煤 占全国总能耗的15% 占全国总能耗的 万元GDP能耗是0.903吨标准煤，比国外同行业平均 能耗是 吨标准煤，万元 能耗 吨标准煤 水平高 水平高15%～20% ～ 污水排放，全行业达32.3亿吨，废气 亿吨，污水排放，全行业达 亿吨 废气1.4274万亿立 万亿立 方米，固体废弃物8406万吨 方米，固体废弃物 万吨
应用过程控制与优化技术实现节能减排
过程控制与优化如何实现节能降耗 1.运行过程优化操作
过程控制
目的：克服扰动，目的：克服扰动，保证操作安全性和平稳性 手段：先进控制器（控制方法、算法）手段：先进控制器（控制方法、算法）设计
过程优化
目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、目的：确定最优操作条件，增产、节能、降耗、减排 手段：生产装置、过程、手段：生产装置、过程、流程的模拟和优化运行
用能过程监控
优化生产操作条件，优化生产操作条件，确保过程用能始终保持在高效工况 下运行
过程控制与优化如何实现节能降耗 2.过程用能组合优化
夹点技术提升和设计换热网络
对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费 对工厂换热网络运行进行优化操作，可节省操作费20 ％～50％，投资回收期一年左右； ％，投资回收期一年左右 ％～ ％，投资回收期一年左右； 对新建工厂换热设备进行优化设计，比传统方法可节省 对新建工厂换热设备进行优化设计，投资10％～ ％，操作费节省 ％～50％。％～20％，操作费节省30％～ 投资 ％～ ％，操作费节省 ％～ ％。Exergy分析方法 分析方法
注重能量的质量高低或有效能的大小 工艺装置能量优化、工艺装置能量优化、工艺装置及与其它单元之间的热联 合、全厂低温热优化利用以及蒸汽动力系统综合优化 应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，应用于实际工业装置的优化设计和节能改造中，可取得 极大的经济效益与社会效益。极大的经济效益与社会效益。
先进控制和优化应用的效益
Aspen公司 数据表明： 公司 数据表明：
实施APC取得的效益中，降低能耗占10％，产品质 取得的效益中，降低能耗占 ％，％，产品质 实施 取得的效益中 量提高占10%，提高装置生产平稳与安全性占 ％，量提高占，提高装置生产平稳与安全性占15％，提高回收率占15％，提高加工能力占30％。％，提高加工能力占 提高回收率占 ％，提高加工能力占 ％。Chemshare公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 改造常规仪表获得10％的效益，用DCS改造常规仪表获得 ％的效益，在DCS上实 改造常规仪表获得 上实 上实现RTO获得 获得40 获得40％的效益，上实现 获得 现APC获得 ％的效益，在APC上实现 获得 的效益。％的效益。Foxboro公司数据表明： 公司数据表明： 公司数据表明 效益比：DCS为 1 : ARC为 3 : APC为 5 : RTO 为 9。效益比： 为 为 为。
过程控制与优化技术面临的挑战
市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、市场、技术、政策导向等的变化不断给流程模拟、先 进控制和过程优化技术提出了新的要求和挑战 严格的环保指标和成本控制要求，多目标、严格的环保指标和成本控制要求，多目标、变约束 的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、的优化与控制任务等，目前已有的流程模拟、先进 控制和过程优化技术尚不能完全胜任，控制和过程优化技术尚不能完全胜任，需要进一步 加强创新研究 过程模型化技术和水平还远不能满足我国石化行业发 展的需要 关键石化技术国际供应商在模型上对我国实行技术 封锁，需要自主地进行流程的设计、封锁，需要自主地进行流程的设计、优化和提升
先进控制与优化技术面临的挑战
过程模型和优化技术的创新与进步
模型的准确性和效率、在线模型参数调整、模型的准确性和效率、在线模型参数调整、测量 仪表故障补偿、系统扰动克服、仪表故障补偿、系统扰动克服、系统框架优化设 计、系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 系统长期维护困难等是造成现有技术在工业 装置上长期有效运行不理想的主要原因； 装置上长期有效运行不理想的主要原因； 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 过程模型化技术和优化技术特别是在线模型校正 与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、与优化技术等关键技术的创新对流程模拟、先进 等关键技术的创新对流程模拟 控制和过程优化至关重要； 控制和过程优化至关重要；
二、过程控制与优化的现状
过程控制发展的回顾
阶段 控制理论 控制工具 控制要求 控制水平一 年代70以前 以前）（年代 以前）
经典控制理论 二 年代）（70～80年代）～ 年代 现代控制理论 三 年代）（90年代）年代 控制论、信息论、控制论、信息论、系 统论、统论、人工智能等学 科交叉 计算机网络、计算机网络、现场总 线系统与智能仪表
常规仪表 分布式控制计算机（DCS））气动、液动、电动）（气动、液动、电动）安全、安全、平稳 简单控制系统
市场预测、快速响应、优质、高产、优质、高产、低消耗 市场预测、快速响应、柔性生产、柔性生产、创新管理 先进控制系统 综合自动化（综合自动化（CIPS））
先进的控制工具，先进的控制工具，DCS、现场总线控制系统的出现与完善；、现场总线控制系统的出现与完善； 现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、现代控制理论的不断发展与提高。如预测控制、自适应控制、非线 性控制、性控制、鲁棒控制以及智能控制等控制策略与方法仍然为目前国内 外学术界与工程界的热点研究课题。外学术界与工程界的热点研究课题。APC、RTO、PMC 的作用、、先进控制 – 确保操作运行在局部约束条件边界上 随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，随着工业过程日益朝着集成化、大型化方向发展，系 优化 /在线优化 –，表现为控制目标多元化，统的复杂性不断增加，表现为控制目标多元化，变量 统的复杂性不断增加追求效益最大化目标 数目增多且相关性增强以及存在多种约束。数目增多且相关性增强以及存在多种约束。改进、过程监控 – 改进、提高运行效率
先进控制
优化/在线优化 优化 在线优化
过程监控 Operators 工程界形成共识： 工程界形成共识： Control + Optimization + Monitoring = Profits Planning、RTO、APC 的作用、、原材料信息获取/生产计划优化
计划优化系统（PIMS））
每月/周
Raw Material Acquisition / Run Plan Optimization 采用简化模型，采用简化模型，仅考虑主要约束条件 简化模型 优化全厂 全厂装置 优化全厂装置 优化预期进料 预期进料、优化预期进料、操作条件和价格 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 以效益最大化为驱动目标，实现经济定价 生产计划－每月/每周 每周平均计划 生产计划－每月 每周平均计划
调度约束、调度约束、价格等
计划、计划、调度 的过程变量
操作条件实时优化
在线优化
（RTO））CurrentOperations Optimization 小时
详细的工程模型，详细的工程模型，准确预测所有约束 进行各个装置的单元优化 单元优化，进行各个装置的单元优化，非全厂规模 基于当前生产 当前生产操作条件与价格进行优化 基于当前生产操作条件与价格进行优化 优化目标值能够自动执行 优化目标值能够自动执行
优化目标
过程约束
先进控制应用
Advanced Control Applications 通过装置测试获取线性动态模型 通过装置测试获取线性动态模型 应用范围小于RTO（单一指标、控制回路等）应用范围小于（单一指标、控制回路等）进行动态约束控制 进行动态约束控制 各约束条件预先定义的 预先定义的、各约束条件预先定义的、区分优先级别
先进控制
（APC））
分钟
APC/RTO 实现过程
RTO 模型 及其在线应用
目标函数、定价、目标函数、定价、逻辑 PA1 进料/产品分析 进料 产品分析
实验室
OVEREAHD LIGHT ENDS SS1 LVN TO PWF PA2 SS2 HF ATF 计划调度 人员 PA3 T101 GOA CRUDE PA4 SS3 HF HCN LCCO GOC CRUDE F-101 F-170 Stm SS4 HF HCCO LCCO FO CRUDE BLENDING OVERFLASH CRUDE T-151 HCN T2101 LVGO LCCO F-2 1 0 1 F-2 1 5 0 分析工程师
价格 驱动力 限制约束 CRUDE FCCU 离线学习 ASSAY BLEND F 2 10 1 F 2 15 0 HVGO SLURRY ASPHALT 优化 工程师 APC应用
终端用户
系统工程师 RTO 系统平台
先控 工程师 DCS界面 界面 FC 101 操作工程师
过程控制与优化的位置
月/周 周 周/天 天
计划 调度 实时优化(RTO)小时 分钟 秒
先进控制（APC））常规控制回路 DCS – 仪表
先进控制技术（APC））
目标： 目标：
处理多变量的约束控制 提供单元的局部约束优化与动态控制
主要特点： 主要特点：
基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）基于装置测试数据的过程动态模型（非机理、基于经验）应包括装置单元的所有主要约束条件 其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简 其包含优化是指实现操作目标（推向边界条件），或包含简），单的经济指标 实现DCS层面上控制回路设定值的自动改变 层面上控制回路设定值的自动改变 实现
技术创新： 技术创新：
多变量测试与辨识技术 应用举例
PTA溶剂脱水塔的 溶剂脱水塔的APC应用： 应用： 溶剂脱水塔的 应用
溶剂脱水塔先进控制系统
基于关键组分的多变量预测控制系统方案设计
扰动（反应器抽出水）扰动（反应器抽出水）或 进料量+回流温度（PX进料量 回流温度）进料量 回流温度）L（回流量设定值）（XD（塔底 2O含量）塔底H 含量 XB（塔顶 塔顶HAC含量）含量 DP（全塔压差）（全塔压差）FV1（蒸汽流量阀位）蒸汽流量阀位）FV2（回流量阀位）回流量阀位）
先 进 控 制 器 GC V（蒸汽流量设定值）（T（塔底温度回路设定值）（目标： 目标： 稳定塔釜组成DI1702（釜水）（釜水）稳定塔釜组成 降低塔顶酸耗和能耗
应用举例
MV测试（多变量）： 测试（多变量）： 测试
应用举例
阶跃响应模型： 阶跃响应模型：
应用举例
MPC投运后的 曲线： 投运后的CV曲线 投运后的 曲线： APC应用现状 应用现状
1、建立了标准化的APC工程实施方案与步骤；、建立了标准化的 工程实施方案与步骤； 工程实施方案与步骤
2、从复杂实际工程应用中寻找问题根源，逐步完善现有、从复杂实际工程应用中寻找问题根源，APC技术（如闭环辨识技术）； 技术（如闭环辨识技术）； 技术
3、对数据分析、过程机理的综合应用逐步加强、对数据分析、实时数据分析（模式识别方法）实时数据分析（模式识别方法）如，常减压装置原料频繁切换问题； 常减压装置原料频繁切换问题； 与基于严格机理的模型相结合 如，关键指标预估
在线优化技术（在线优化技术（RTO））
目标： 目标：
自动、自动、实时完成最优目标值 最大化经济效益（一个或多个装置）最大化经济效益（一个或多个装置）
主要特点： 主要特点：
非线性模型－ 非线性模型－基于工艺机理模型 根据装置运行数据自动实现模型的在线修正 基于经济定价的优化 基于装置运行信息反馈的优化 最优目标的自动、最优目标的自动、闭环实现 针对当前约束条件下效益最高的装置单元 RTO 优化目标
RTO的目标：在保证产品要求和过程变量满足最小/最大约束 的目标：在保证产品要求和过程变量满足最小 最大约束 的目标 的前提下最大化当前的操作利润 最大化利润 = ∑产品价值∑公用工程费用
炼油为例）产品要求（炼油为例）
塔顶轻组分质量指标 侧线采出组分质量指标 塔底重组分质量指标
最小/最大约束条件 最小 最大约束条件 先进控制器（MPC）先进控制器（MPC）的主要约束条件 RTO 如何提升操作性能－精馏塔控制示例
冷凝器约束
再沸器约束 塔压设计约束
进料
溢流液泛线
漏液线 塔压
实时优化过程
稳态模型实现在线运行，稳态模型实现在线运行，从总体效益上进行优化 利用 APC技术实现目标 技术实现目标 当过程处于稳态时RTO运行 运行 当过程处于稳态时 当过程处于稳态时，一般每4小时运行一次 当过程处于稳态时，一般每4小时运行一次 正常情况下，每天运行 ～ 次 正常情况下，每天运行3～5次 稳态检测时，一般要检查至少 个以上变量情况 稳态检测时，一般要检查至少30个以上变量情况 尽可能地实现最大化利润 基于经济信息 利用RTO 改进操作实现最大化利润 利用
实时优化过程
等待装置调整平稳 稳态检测
优化值下装到DCS 控制器设定值改变 RTO 循环
从DCS中获取数据
计算最优化操作条件
数据有效性验证
约束、控制器状态、约束、控制器状态、价格因素等
模型计算/参数调整(基本工况)RTO每个班次将自动实现 ～4次循环计算 每个班次将自动实现3～ 次循环计算 每个班次将自动实现
APC 与 RTO 技术比较 APC应用 应用
过程中包含多个控制器 ? 动态经验模型(假定过程响应是线 假定过程响应是线 性的)性的 ? 更新偏差 预测误差 更新偏差/预测误差 ? 进料信息特性描述简单 ? 简单线性规划优化 ? 线性规划只是几个操作变量的代 价函数 RTO 应用
包含全部过程 ? 严格的、基于工艺机理的、稳态、严格的、基于工艺机理的、稳态、非线性模型 ? 更新工程参数 ? 详尽的进料信息，如组分、比例 详尽的进料信息，如组分、? 非线性优化 ? 详细的经济参数，有关原料供应、详细的经济参数，有关原料供应、产品、产品、公用工程的价格等
RTO 系统对 系统对APC的要求 的要求
APC能够保证系统达到稳态 能够保证系统达到稳态 实现过程中，的约束。在RTO实现过程中，优先考虑控制器中 实现过程中 优先考虑控制器中MV和CV的约束。和 的约束 因此，因此，应确保不能有不合理的箝位限制 APC 能够平稳实现RTO的优化目标并保持这一目标，同时 能够平稳实现RTO的优化目标并保持这一目标 的优化目标并保持这一目标，满足所有 MV/CV的约束 的约束
值得注意的是: 必要情况下，牺牲经济指标满足控制需求，值得注意的是 必要情况下，牺牲经济指标满足控制需求，控制稳定性更为重要。控制稳定性更为重要。
三、工程应用中过程 控制的新方向 过程监控 自适应控制器
过程监控
过程监控问题： 过程监控问题：
过程参数的变化：催化剂中毒、过程参数的变化：催化剂中毒、热交换器结垢等 干扰参数的变化：进料流股中的浓度变化、干扰参数的变化：进料流股中的浓度变化、环境温度变化等 执行器问题：卡住、空气泄露、执行器问题：卡住、空气泄露、气源故障等 传感器问题：堵塞、结垢、标定误差等造成仪表损坏或偏差 传感器问题：堵塞、结垢、控制器问题： 控制器问题：控制性能等
工业生产过程应用现状： 工业生产过程应用现状：
限幅传感：超过定义阈值即报警，最为普遍、限幅传感：超过定义阈值即报警，最为普遍、常用 偏差监测：仿真结果与实际观测值比较，偏差监测：仿真结果与实际观测值比较，依赖于模型准确性
目前基于仪表检测信息的单变量监控应用普遍
满足工业装置运行需求
工业过程故障分析
产品不合格,不安全的操作条件 设备损坏等 产品不合格 不安全的操作条件,设备损坏等 不安全的操作条件 不能及时检测和确认故障源将导致损失巨大经济损失，不能及时检测和确认故障源将导致损失巨大经济损失，仅美 国石化行业，国石化行业，每年估计因缺乏对异常事件的有效监控而损失 200亿美元 亿美元
事实上
石化行业的自动化程度很高 从信息系统中获取的数据量是非常惊人的因此
可利用丰富的数据信息进行过程监测，可利用丰富的数据信息进行过程监测，有效实现控制与优化 事实上，现代计算机技术可以分析处理这些数据，事实上，现代计算机技术可以分析处理这些数据，而这在以 前是不可能的
寻找有效的实时故障检测和识别方法是 目前工业应用中主要发展目标之一。目前工业应用中主要发展目标之一。
过程监控的传统方法
单变量统计监控
经典方法：基于施瓦特图（经典方法：基于施瓦特图（Shewhart）的应用）
给定一定的阈值，给定一定的阈值，可以在训 练集中数据的统计特性基础 上，应用统计假设理论来预 测系统变化是否失控。测系统变化是否失控。
故障识别
给定一个观测变量X，每个变量的标准误差： 给定一个观测变量，每个变量的标准误差：
e j =(x j ? μ j)/ s j μ j 是均值，s j 是第 个变量的标准差 是均值，是第j个变量的标准差
将标准差绘制在同一表中，将标准差绘制在同一表中，并且用基于显著性水平的阈值 检测失控变量。检测失控变量。
目前过程监控的主要方法
基于多变量统计技术的监控方法： 基于多变量统计技术的监控方法：
数据驱动方法
主元分析法（主元分析法（PCA））费舍尔判别分析法（基于模式分类学的故障诊断）基于模式分类学的故障诊断）部分最小二乘法 类似于PCA的子空间辨识方法）的子空间辨识方法）规范变量分析法（类似于 的子空间辨识方法
特点： 特点：高维数据变换为 低维，低维，通过单图显示 数据可视化），），有助（数据可视化），有助 于为操作员解释过程数 据的显著变化趋势。据的显著变化趋势。
解析法
基于参数估计、基于参数估计、基于观测器设计和等价关系
特点：应用在输入、特点：应用在输入、输出和状态数目相对 较小的系统
基于知识的方法
采用定性模型——基于因果分析、专家系统和模式识别 基于因果分析、采用定性模型 基于因果分析
克服单变量统计技术忽略的过程变量空间相关以及序列相关性的影响
过程监控的金字塔结构
广义 PCA 模型
特 定 事 件 的 PCA监控模型 监控模型 基于简单模型的监测，基于简单模型的监测，PID 监控器，阀流量模型 监控器，异常事件检测（异常事件检测（AED））(复杂工况检测 复杂工况检测)复杂工况检测
实时指导系统
多变量)智能报警(多变量 多变量
(诊断 & 建议 诊断 建议)报警信息管理（ACM/AEA））DCS 报警系统
过程监控系统的目标(I)报警与事件管理（报警与事件管理（Alarm and Event Management））通过开发相关工具和程序有效提升报警系统性能;通过开发相关工具和程序有效提升报警系统性能
适当合理化和过滤报警信号 通过相关操作适时激活报警系统
确保报警信息 明确、明确、有效
为控制台和现场操作工提供报警和事件信息的整合 异常事件检测（异常事件检测（Abnormal Event Detection））检测操作条件 的偏离，的偏离，使操 开发针对炼油和石化过程关键单元操作的AED技术 开发针对炼油和石化过程关键单元操作的 技术 作员在报警前 仪表动作失效； 仪表动作失效；操作区域出现问题等 处理。处理。开发AED的有效工具，如PCA方法等 的有效工具，开发 的有效工具 方法等 为控制台操作人员提供实时的基于知识的工况检测和诊断指导信息 搭建操作员实时指导系统的结构框架
操作员实时指导系统（操作员实时指导系统（Real Time Advisories））
过程监控系统的目标(II)操作约束管理（操作约束管理（Operations Constraint Management）
帮助明确当前与操作（包括 帮助明确当前与操作（包括APC、RTO）相关的约束条件、）帮助理解当前各主要约束条件 帮助推向卡边操作以获取利润最大化 正确地预测(评估 正确地预测 评估)当前工况和下一可能约束之间的距离 评估
程序化操作（程序化操作（Procedural Operations））
检测、分析、指导、恢复等）发展在线程序以实现过程的无缝操作（检测、分析、指导、恢复等）
发展和实施过程管理系统集成解决方案，不论程序是否自动执行，发展和实施过程管理系统集成解决方案，不论程序是否自动执行，确保实现当前仅一个程序管理系统在运行
异常事件的检测过程
当前的观测值 正常过程行为描述 比较
统计模型、如：统计模型、工程关 系、启发式知识等
差异性解释
警告： 如果与正常预期变化不符 警告： 显示：解释差异在哪里 显示： 目标: 为操作员提供 早期预警 优点: 减少低负荷和停车工况
模糊布尔逻辑
异常事件的检测特征
AED 将在报警系 统前做出响应 DCS 报警系统
报警区域
AED 将让操作人员有 更多时间进行操作 操作员动作 对报警进行响应 采取预防措施
非正常工况检测区域
过程监控 正常操作
过程监控系统举例
95% 正常操作都在椭圆里 外部离群值警告将会有问 题出现 很容易识别有问题的变量 通过故障树分析，通过故障树分析，可以识 别问题起源 已验证此项技术的可靠性
过程监控发展的建模技术
预期的改进操作
控制器逐渐把离群值拉回到边界 控制器逐渐把离群值拉回到边界25%的范围内 的范围内
过程监控系统设计的主要特征
基于多变量控制技术，基于多变量控制技术，并确保控制器性能 采用基于线性规划的多变量控制技术 有DMC控制器的所有特性 控制器的所有特性 非正常工况的检测和处理确保多变量控制器性能 控制器会逐步实现产量最大化 监控系统确保安全性 当过程将出现问题时，当过程将出现问题时，会提醒操作人员 当有突发的严重的扰动时，当有突发的严重的扰动时，会切换到安全模式 控制器性能实现自动监控
自适应先进控制策略
控制系统的重要性
控制系统是装置运行的基础: 控制系统是装置运行的基础
财务 收入减少，收入减少，支出增加 质量，产量，质量，产量，原料 及公用工程消耗 产量、转化率、产量、转化率、分离效果等 设备性能变差
装置
过程单元 生产设备
反应器,压缩机, 反应器,压缩机,热交换器等
过程控制系统
传感器,常规控制,先进控制,分析仪表，阀,传感器,常规控制,先进控制,分析仪表，软测量
控制器性能差
控制器性能差
生产装置的操作性能变差 生产装置的操作性能变差
财务状况下降
自适应控制系统基础 － 实现控制器性能监测
控制器性能优劣直接影响装置生产操作，因此，控制器性能优劣直接影响装置生产操作，因此，开发控制器性 能监控技术有利于： 能监控技术有利于： 标准控制特性与装置效益的关联； 标准控制特性与装置效益的关联； 改进控制器性能； 改进控制器性能； 减少70%MPC的开发周期； 的开发周期； 减少 的开发周期 建立基于条件变化（建立基于条件变化（Condition-Based）的连续改进模型）
结果: 结果
更好的控制性能使工厂可以增加 的利润 更好的控制性能使工厂可以增加5%的利润 ? 基于条件的控制可以减少 基于条件的控制可以减少30%的维护费用 的维护费用
何为先进控制与优化系统的坚实基础？ 何为先进控制与优化系统的坚实基础？
在线优化/调度 在线优化 调度
在线优化/计划的实施基础： 在线优化 计划的实施基础： 计划的实施基础
先进控制„ 先进控制 DMC 准确的模型 有效调节、有效调节、控制 较宽的操作范围 APC的实施基础： 的实施基础： 的实施基础
基础控制系统/仪表 分析仪 基础控制系统 仪表/分析仪 仪表
提供可靠的关键仪表与分析仪器 基础控制回路性能良好
目前问题 — 如何实现自适应控制
存在问题（存在问题（MPC）:）
模型测试与辨识成本高； 模型测试与辨识成本高； 模型辨识、预测控制技术缺乏整体性； 模型辨识、预测控制技术缺乏整体性； 控制算法适用对象面窄； 控制算法适用对象面窄； 持续投运率低 不易维护 实施周期长成本高
先进控制„ 先进控制 DMC 先进控制层 先进控制器性能监测 控制器模型的自动更新 约束条件的自动分析 基础控制回路层
基础控制系统/仪表 分析仪 基础控制系统 仪表/分析仪 仪表
基础控制回路的性能监测 确认问题后的工作流程
自适应控制的目标
建立、发展一套工程应用工具与实施流程，建立、发展一套工程应用工具与实施流程，使得在低成本条 件下实现/维护先进控制系统运行在峰值性能范围中。件下实现 维护先进控制系统运行在峰值性能范围中。维护先进控制系统运行在峰值性能范围中
实现控制系统的自动、实现控制系统的自动、自适应维护是关键
利用、发展有效工具和方法，如： DMC Solution Analysis Tool 利用、发展有效工具和方法，采用和改进经济性度量标准，采用和改进经济性度量标准，保持控制器性能
先进控制器性能评价标准（除投运率外）先进控制器性能评价标准（除投运率外）
关联控制器性能评价与经济效益的关系
明确基础控制回路与控制系统整体结构的关系
确定机会损失
控制器性能
引起控制器性能衰减的因素 原 因
基于计划调度或RTO的经济目标的改变 的经济目标的改变 基于计划调度或 操作条件或者过程变化 基础控制回路与仪表出现问题
影 响
控制器将操作条件推向错误的目标值 模型失配、控制器失效 模型失配、控制器失效, 调节范围受限 无法克服扰动并维持控制目标
投运率本身也无法充分度量控制器性能和机会损失 2 3 效 益 机会损失
良好维护 在线监控
维护较差 无监控
控制器性能改善的要求
先进控制器性能的改善
适用范围、准确性等）高质量的控制器模型（适用范围、准确性等）
控制器模型随过程与操作条件而变化
基础回路控制器性能改善
更为频繁地监控基础控制回路层的性能 及时解决基础回路、及时解决基础回路、仪表和分析仪器的问题
其它有效方法－利用现有技术实现主要的、附加功能 其它有效方法－利用现有技术实现主要的、过程监控 事件检测与分析 事件的报告与解决方法
先控模型的自动更新
分为四个步骤： 分为四个步骤：
目前现状： 目前现状：
仅在出现问题时检查控制器 主要采用投运率ON / OFF作为监 主要采用投运率 作为监 测手段 XOM MV metric being rolled out – no baseline 提交工程师进行问题诊断
目前现状： 目前现状：
已经具有多种自动测试软件(Taiji, Smartstep)各自独立，各自独立，与辨识或控制过程不连接 要求专业人员使用 辨识过程没有自动实现，辨识过程没有自动实现，依靠手动专家经验
自动测试
目标： 目标： 自动辨识
自动测试软件与自动辨识软件相连 辨识结果修正、辨识结果修正、或者加强测试 对于非专业人员也能够简单操作，对于非专业人员也能够简单操作，仍需要过程知识
控制器性能监控
目标： 目标：
实现控制器性能的连续监控 在线性能监测指标 实时溯源问题诊断 确认先控系统调整带来性能改进(与模型 与模型 质量问题相区分）质量问题相区分）
目前现状： 目前现状： 矩阵训练工具（病态矩阵良化）病态矩阵良化）目标： 目标：
面向非专业人员使用－ 面向非专业人员使用－但仍需要过程知识 快速、快速、有效实现 一旦结构形式确认，一旦结构形式确认，可反复用于模型更新 非常复杂的过程，非常复杂的过程，需要专业人员 计算过程耗时长 每个控制器更新过程都需要
基础控制系统
对底层基础控制回路的性能进行监测 检测异 常信息 Detect 诊断/修复 诊断 修复 Diagnose / Quantify 基础控制系 统监测 Base Monitoring 检测基础回路控制层问题，检测基础回路控制层问题，确认执行器故 障对生产单元性能的影响 仪表与分析仪出现故障 控制阀滞涩 PID回路的参数整定问题 回路的参数整定问题 计算由于执行机构故障造成效益的机会损 失成本 导致先进控制系统回路中的变量无效 限制先进控制器操作范围 无法实现产量最大化 放弃其它附加的产品质量控制 为生产运营商（企业）为生产运营商（企业）处理异常信息提供 工作方案 为企业提供处理过程的优先级信息 对上述事件的处理进行跟踪
报告 Report 确定处理过程方案
企业运营部门
修复
集成的工作过程与工具
异常信息检测
自动测试
诊断/修复 诊断 修复
基础回 路控制
报告
控制器性 能监测 MPC/NLC 先进控制
自动辨识
形成工作流程
矩阵训练工具
企业运营部门
自适应控制 – 关键技术与软件
基础控制回路性能监测 代表软件： 代表软件：Matrikon ProcessDoctor PID 先进控制器性能监测 代表软件： 代表软件：AspenWatch 测试/辨识 建立、强化模型功能）测试 辨识（建立、强化模型功能）代表软件： 代表软件：Tai-Ji ID & SmartStep & Subspace ID 增强模型鲁棒性)矩阵条件数改进(增强模型鲁棒性 增强模型鲁棒性
代表软件： 代表软件： SmartAudit(AspenTech)收益分析
提高生产过程的操作性能： 提高生产过程的操作性能：
减少 减少30%的产品质量波动 的产品质量波动 ? 减少 ～10%的能耗 减少5～ 的能耗 ? 增加产量 ～5% 增加产量2～ ? 通过控制器监控的统一解决方案，减少总费用 通过控制器监控的统一解决方案，节省维护费用
基于条件的维护策略可以节约最多 基于条件的维护策略可以节约最多30%的维护费用 的维护费用 ? 可以节约 可以节约70%的MPC开发和重复测试的费用 的 开发和重复测试的费用
四、过程控制与优化的案例分析
典型案例
1、芳烃装置二甲苯分馏过程的优化、2、PTA加氢反应过程的优化、加氢反应过程的优化
3、聚酯装置反应过程的优化、4、乙烯装置中裂解炉的节能控制与优化、芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
研究对象： 研究对象： 芳烃装置对二甲苯分馏单元两条生产线： 芳烃装置对二甲苯分馏单元两条生产线： 800#（老装置）、（老装置）、8500#（新建装置））、（新建装置）
存在问题： 存在问题：
确保新老二甲苯 分馏装置所处理 的C8A资源负荷 资源负荷 分配在相对优化 的运行状态
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
二甲苯精馏装置机理建模
B1，B2分别为装置的输入分配比，分别为装置的输入分配比 DA801、DA804、DA8501分别为二甲苯的三个分离装置、、分别为二甲苯的三个分离装置
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
二甲苯精馏装置机理模型的校正: 二甲苯精馏装置机理模型的校正
ASPEN流程模拟软件对精馏与分离过程均采用平衡全 流程模拟软件对精馏与分离过程均采用平衡全 混池假设，混池假设，计算数据与工业实际值之间必然存在一些 偏差。偏差。
1、根据装置的结构数据、操作数据、各塔组分分析化验、根据装置的结构数据、操作数据、数据及能耗数据，采用数据调和技术 数据调和技术对数据进行有效 数据及能耗数据，采用数据调和技术对数据进行有效 性一致性分析，供建模分析。性一致性分析，供建模分析。模型参数调试、2、选择典型工况数据，进行模型参数调试、校正，使三、选择典型工况数据，进行模型参数调试 校正，塔塔板温度分布、组分大小与分配比例与实际相符。塔塔板温度分布、组分大小与分配比例与实际相符。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
灵敏度分析： 灵敏度分析： 1）改变输入分配比对装置能耗的影响）
可以看出，随着输入分配比 由小增大, 可以看出，随着输入分配比B1,B2由小增大 三塔的 由小增大 冷负荷也随之增大，基本呈线性。冷负荷也随之增大，基本呈线性。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
2）改变输入分配比对装置）改变输入分配比对装置OX产出的影响 产出的影响
为了能保证OX尽量多产出的情况下，降低装置的能耗，尽量多产出的情况下，降低装置的能耗，为了能保证 尽量多产出的情况下 需要研究输入分配比与装置OX产出的影响。产出的影响。需要研究输入分配比与装置 产出的影响 OX 产 出 KG /HR OX 产 出 KG /HR 可以看出，随着、的变化 的变化，产出接近二次曲线 产出接近二次曲线，可以看出，随着B1、B2的变化，OX产出接近二次曲线，B1=0.44，B2=0.65处各有一峰值。处各有一峰值。处各有一峰值
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
3）改变回流比对塔釜OX产出与冷负荷的影响）改变回流比对塔釜 产出与冷负荷的影响
回流比对操作工况的影响很大，塔为例，回流比对操作工况的影响很大，以DA804塔为例，改变回流 塔为例 对二甲苯装置的塔釜OX产出与冷负荷的影响，如图： 产出与冷负荷的影响，比，对二甲苯装置的塔釜 产出与冷负荷的影响 如图：
冷 负 荷 M M K C A L/ H R OX 产 出 KG /HR 从上图可看出，回流比增大，从上图可看出，回流比增大，塔釜采出与冷负荷也随之 增大，须折中考虑。增大，须折中考虑。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
4）改变进料塔板位置对冷负荷影响）
可调整的进料口位置： 可调整的进料口位置： DA801：FC8001－25块塔板、35块塔板，FC3034－50块塔板、60块塔板； ： 块塔板、块塔板 块塔板，块塔板、块塔板 块塔板； － 块塔板 － 块塔板 DA8501：FC7518－28块塔板、48块塔板，FC8504－96块塔板、144块塔板 ： 块塔板、块塔板 块塔板，块塔板、块塔板 － 块塔板 － 块塔板
冷 负 荷 M M KC AL /H R 冷 负 荷 M M KC AL /H R 进料位置改变前
进料位置改变后
根据上述调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，根据上述调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，冷 负荷略有上升。负荷略有上升。
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
5）改变进料塔板位置对OX产出影响）改变进料塔板位置对 产出影响
改变进料位置对OX产出的影响 产出的影响 改变进料位置对 O X 产 出 K G / H R O X 产 出 K G / H R 进料位置改变前
进料位置改变后
按以上调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，按以上调整进料塔板位置，在同样的输入配比和回流比下，OX产出下降。产出下降。产出下降
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化工艺操作条件优化： 工艺操作条件优化：
优化目标：三个塔塔釜OX产出最大化 & 三个塔总能耗最小 优化目标：三个塔塔釜 产出最大化 优化手段：三塔回流比、优化手段：三塔回流比、三塔的进料流量 约束条件：主要是三塔冷、热负荷，约束条件：主要是三塔冷、热负荷，同时确保： 同时确保：（1）各单元操作条件满足工艺许可的设定范围内；）各单元操作条件满足工艺许可的设定范围内；（2）各单元被控参数在工艺要求变化范围内；）各单元被控参数在工艺要求变化范围内；
芳烃装置二甲苯分馏过程的优化
将运用所建立的模型，将运用所建立的模型，根据上述的数据采集与处理方 采集现场数据，法，从DCS采集现场数据，以处理后的现场数据作为 采集现场数据 模型的输入，通过先进的优化算法，模型的输入，通过先进的优化算法，进行操作条件优 化的实时计算。化的实时计算。
对不同组成的进料进行流向分配，对不同组成的进料进行流向分配，通过输入各股进料 组成和流量，自动计算出最优的进料分配比例，组成和流量，自动计算出最优的进料分配比例，用于 指导操作人员的实际操作，指导操作人员的实际操作，进而在保证产品产量与质 量下，达到降低能耗的目的。量下，达到降低能耗的目的。PTA加氢反应过程优化 加氢反应过程优化 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
经换热网络预热至 281.5℃左右 形成 ℃左右,形成 26.5%wt左右的水溶液 左右的水溶液
固定床式反应器,内含 固定床式反应器 内含Pd/C催 内含 催 化剂床层,反应温度 反应温度281.5℃左 化剂床层 反应温度 ℃ 右,压力 压力7.2MPa左右 左右 压力
饱和蒸汽 TA进料 TA进料 H2 在高温高压下完全溶解于水，在反应器中流过Pd/C催化剂 将CTA在高温高压下完全溶解于水，与H2在反应器中流过 在高温高压下完全溶解于水 在反应器中流过 催化剂 床层,进行动态连续催化加氢还原 进行动态连续催化加氢还原,将 还原成为易溶于水的PT酸 床层 进行动态连续催化加氢还原 将4-CBA还原成为易溶于水的 酸, 还原成为易溶于水的 而有色杂质也同时分解,经过结晶过滤和干燥 得到纤维级PTA产品 其 经过结晶过滤和干燥,得到纤维级 产品,其 而有色杂质也同时分解 经过结晶过滤和干燥 得到纤维级 产品 含量可以≤15ppmw 中4-CBA含量可以 含量可以
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
PTA加氢反应过程优化目标之一：节能 加氢反应过程优化目标之一： 加氢反应过程优化目标之一
主要节能对象为界外饱和蒸汽（加氢换热网络用）主要节能对象为界外饱和蒸汽（加氢换热网络用）
PTA加氢反应过程优化目标之二：节水 加氢反应过程优化目标之二： 加氢反应过程优化目标之二
减少溶解CTA用打浆水 用打浆水 减少溶解
PTA加氢反应过程优化目标之三：减排 加氢反应过程优化目标之三： 加氢反应过程优化目标之三
节约打浆水的同时，节约打浆水的同时，会减少污水排放
PTA加氢反应过程优化目标之四：增产 加氢反应过程优化目标之四： 加氢反应过程优化目标之四
提高反应器产能
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
解决方法： 解决方法：基于机理
节 能
节 水
建模的操作条件优化
最有效、最易可行 最有效、的手段 — 提浓 操作条件优化： 操作条件优化： 温度、温度、H2流量等 减 排 增 产
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术 一 反应过程动力学模型
实验室研究并验证反应动力学网络并得到实验室动力学模型： 实验室研究并验证反应动力学网络并得到实验室动力学模型： 串级加氢主反应和脱羰副反应并存 CHO COOH Rh/C + CO COOH 二 反应器模型
根据工业反应器特性，通过合理假设选定合适的反应器模型： 根据工业反应器特性，通过合理假设选定合适的反应器模型：平推流模型 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化 PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： PTA加氢反应过程流程模拟的关键技术： 加氢反应过程流程模拟的关键技术 三 流程模拟的建立
利用流程模拟软件，根据反应动力学模型和反应器模型，利用流程模拟软件，根据反应动力学模型和反应器模型，选择 合适的物性方程等，建立PTA PTA加氢反应过程的流程模拟 合适的物性方程等，建立PTA加氢反应过程的流程模拟 四 工业加氢反应过程模型的校正
根据实际工业数据，利用数据校正技术，对模型进行修正，根据实际工业数据，利用数据校正技术，对模型进行修正，主 要校正实验室反应动力学模型的参数 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
约束条件
接口程序
实际工况
优化算法
粒子群优化算法 等进化算法
流程模拟
反应机理
优化目标
优化结果
现场实施
评 价
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
扬子PTA装置加氢反应过程优化： 装置加氢反应过程优化： 扬子 装置加氢反应过程优化
第一阶段： 第一阶段： 配料浓度稳定在27%wt左右，生产控制上以在线浓度显示 左右，配料浓度稳定在 左右 值为主,调整下料转速使显示值控制在 左右(在线仪和 值为主 调整下料转速使显示值控制在24.3%左右 在线仪和 调整下料转速使显示值控制在 左右 人工分析值之间有2.7的偏差。人工分析值之间有 的偏差)。的偏差 第二阶段： 第二阶段： 配料浓度稳定在27.5%wt左右，生产控制上以在线浓度显 左右，配料浓度稳定在 左右 示值为主调整下料转速使显示值控制在24.8%左右。左右。示值为主调整下料转速使显示值控制在 左右 第三阶段： 第三阶段： 配料浓度稳定在28%wt左右，生产控制上以在线浓度显示 左右，配料浓度稳定在 左右 值为主调整下料转速使显示值控制在25.3%左右。左右。值为主调整下料转速使显示值控制在 左右
PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
在线浓度分析 仪显示值
一阶段
14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 4-CBA含 ppmw 量 PTA中4-CBA含量 4-CBA人工分 人工分
三阶段
二阶段
析值≤14ppmw 析值
系列1 5 7 天 9 11 13 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
实施效果： 实施效果：
一、节水 在调优第一阶段，打浆水平均为 在调优第一阶段，打浆水平均为118.05t/h，调优第二阶段，打浆，调优第二阶段，水平均为117.19t/h，调优第三阶段，打浆水平均为 水平均为，调优第三阶段，打浆水平均为116.05t/h。进。料浓度从27%提高到 提高到28%时，单线每小时平均可以节约打浆水 节约打浆水2 料浓度从 提高到 时 单线每小时平均可以节约打浆水 吨左右。吨左右。每吨打浆水价格为6元 则节水经济效益为： 万元 每吨打浆水价格为 元，则节水经济效益为：9.6万元
二、减排
节约打浆水的同时，就会减少污水的排放。根据物料衡算，节约打浆水的同时，就会减少污水的排放。根据物料衡算，每节 吨打浆水，吨污水的排放。约1吨打浆水，大约可以减少 吨打浆水 大约可以减少0.73吨污水的排放。进料浓度从 吨污水的排放 进料浓度从27% 提高到28%时，单线每小时可以减少污水排放 减少污水排放1.46吨左右。吨左右。提高到 时 单线每小时可以减少污水排放 吨左右 每吨污水处理费用为22.5元，则减排经济效益为 26.28万元 元 每吨污水处理费用为 万元 PTA加氢反应过程的优化 加氢反应过程的优化
实施效果： 实施效果：
三、节能
PTA精制单元的节能，主要针对供给换热网络的9.0MPa蒸汽。由 精制单元的节能，主要针对供给换热网络的 蒸汽。精制单元的节能 蒸汽 于在调优过程中，进料负荷基本维持不变，因此9.0MPa蒸汽日均 于在调优过程中，进料负荷基本维持不变，因此 蒸汽日均 消耗维持。当进料浓度从27%提高到 提高到28%时，每吨 消耗维持。当进料浓度从 提高到 时 每吨PTA可节约 可节约 0.023吨左右的 吨左右的9.0MPa蒸汽。蒸汽。吨左右的 蒸汽 每吨9.0MPa蒸汽折合成 每吨 蒸汽折合成92kg标油，每kg标油为 元，则节能经济效 标油，标油为3元 蒸汽折合成 标油 标油为 益为：235.2 万元 益为：
四、增产
PTA精制单元提浓最大的益处就是增产。当进料浓度从27%提高 精制单元提浓最大的益处就是增产。当进料浓度从 精制单元提浓最大的益处就是增产 提高 万吨。到28%时，可以增产大约 时 可以增产大约3.7%的PTA，增产 的，增产1.332万吨。万吨 每吨PTA纯利润为 元，则增产的经济效益为 1198.8 万元 纯利润为900元 每吨 纯利润为
聚酯装置反应过程优化
聚酯过程生产工艺
聚酯过程生产工艺主要分为三个阶段进行： 聚酯过程生产工艺主要分为三个阶段进行：
酯化：原料 按一定的摩尔配比加入打浆罐，酯化：原料PTA与EG按一定的摩尔配比加入打浆罐，在搅 与 按一定的摩尔配比加入打浆罐 拌下进行打浆均匀混合。拌下进行打浆均匀混合。浆料以齿轮泵定量连续送入酯化 釜，进行酯化反应。酯化过程生成的水随EG蒸出。蒸出。进行酯化反应。酯化过程生成的水随 蒸出 预缩聚：酯化产物用泵经过滤器送至预缩聚釜进行缩聚。预缩聚：酯化产物用泵经过滤器送至预缩聚釜进行缩聚。终缩聚：预缩聚产物以齿轮泵送至缩聚釜，在高温、终缩聚：预缩聚产物以齿轮泵送至缩聚釜，在高温、高真 空和搅拌下进行终缩聚，以达到反应终点。空和搅拌下进行终缩聚，以达到反应终点。
聚酯新老装置能耗对比
新老装置能耗对比 140 135 能耗，kg 标油 / T 聚酯 能耗，kg标油 标油/ 120 100 80 60 40 20 0 老聚酯 新装置 89.48 引进的聚酯生产老装置能耗是国产新装置的 1.5倍 原有装置存在较大节能空间。1.5倍，原有装置存在较大节能空间。1
第二篇：最新最准石油化工过程安全控制未来发展趋势
石油化工过程安全控制未来发展趋势
3月22日，亚洲最大的石油展——第十届中国国际石油石化技术装备展览会在中国国际展览中心（新馆）开幕，同期由《电气时代》杂志社主办，而由中国机械工业联合会、中国石油化工自动化应用协会、中国仪器仪表学会担任指导的《石油化工领域过程安全控制论坛》也在中国国际展览中心
本次论坛在经过整整一天的精彩、热烈。论坛上共有8个大会发言，来自国内外的几位专家就“石油化工领域过程安全控制”的问题发表了自己的看法，并介绍了体现各自过程安全控制技术发展的新思维、新趋势！
电气时代杂志社副社长陈大立先生，在嘉宾致辞中，对于本次论坛的主题、内容、与目的进行了介绍。使与会人员对本次论坛有了全面的了解。中国石油和化工自动化应用协会秘书长陈明海先生也讲了话，他特别强调了企业安全的问题，希望自动化、仪器仪表行业，应当具有更高层次的安全理念，最后他还表示了对于论坛的祝贺。
北京化工大学博导，中国石油化工股份有限公司(青岛)安全工程研究所化学品安全控制国家重点实验室首席专家吴重光教授则以“石油化工系统安全控制进展”为题图文并茂地向大家介绍了石油化工系统安全控制系统与技术的新进展与系统安全管理的新概念。并进一步介绍了HAZOP国际标准及应用、采用TRIZ理论的应用等内容。使大家对于石油化工系统安全控制领域的发展有了一个比较全面的了解。
ABB（中国）有限公司客户事业部副总裁的陈夕先生，就“石油化工电气自动化系统集成”问题介绍了ABB公司的节能增效的先进理念与成功案例（如、；系统集成驱动力-隐性技术等）。还介绍了ABB在中国可持续发展的历程。ABB公司是获得了TUV认证的企业。足以证明ABB功能安全管理系统符合国际标准，其产品、工程、项目组及安装皆采用最佳实践方法。
罗克韦尔自动化ICS Triplex中国区销售经理刘军先生，就“从安全控制到关键控制”问题报告了企业的理念与工作（如：北海石油项目应用的Trusted系统）。就过程安全与机器安全的问题介绍了对于“安全可靠性”的理解-对于过程控制如何提高其安全水平。介绍了“关键控制”的要点，强调“关键控制系统”是扩大了的“安全控制”，其涵盖了“过程安全”与“基础安全”。
中国石化工程建设公司副总工程师黄步余则就“过程安全仪表系统设计”的问题介绍了石化工程建设中的过程安全仪表系统的设计问题。特别介绍了石油化工企业的生命周期（IEC61508/IEC61511）问题，强调应用生命周期的观念来设计石油化工系统。贯穿于安全
仪器仪表和控制系统的全过程。“健康、安全、环保”是我们从事安全工作的理念，“要考虑可靠性、可用性、可维护性”，不仅仅是仪器仪表，还有网络安全的问题。要“以人为本”，人是第一位的！同时，安全问题还要强调“团队精神”！
霍尼韦尔过程控制部经理李宇霖先生介绍了“过程安全控制”的问题。提出应当注意“过程安全控制”有一个成本问题。霍尼韦尔给用户提供了一个广泛的安全系统。安全保护的层次、火气安全系统的应用等。中国的石油化工企业应当把火气安全系统纳入安全系统的范畴。
西门子过程自动化控制部经理姜荣怀先生，则就“过程自动化中的安全集成”的问题进行了介绍，其中，特别就西门子过程自动化控制部专家关于“安全集成”的理念与“安全集成”的产品的特点，谈到过程自动化中的安全集成问题。从工艺出发，采用安全仪表系统，按照严格的等级区分。
通过上述演讲嘉宾的介绍，中国自动化学会专家咨询工作委员会主任委员孙柏林在总结时表示，未来，石油化工过程安全控制的发展趋势是：
一是以保障安全为目的，在石油化工生产过程自动化控制方面加入和强化安全方面的模块，对生产过程中的数据，进行实时的安全监控、预警和分析，以便及时发现和处理问题。即在现有的DCS上做二次开发，使标准化的DCS更加符合目前的生产实际。
二是信息管理方面，强化实时数据的分类采集，把生产控制信息与管理信息进行有效的整合，建立信息化一体架构，解决企业的“信息化孤岛”问题。其中包括包括ERP、MES、OA、硬件、网络、安全等等。还应该建立安全专项网络数据库，利用网络平台把监控摄像头安装到需要监控的各个地方，对摄像画面进行智能化图像处理，发现不安全的迹象及时报警和处理。并在此基础上建立石化企业集中的数据采集与监视控制系统SCADA。
三是完善石油化工企业安全管理。如果放松安全管理，导致事故发生，往往会造成人员的重大伤亡或环境的严重污染。完善石油化工企业安全管理对于企业具有十分重要的意义。上述专家学者们的发言，“各具特色，精彩纷呈”！已达到了设立本次论坛的目的。论坛上专家的报告围绕着“石油化工领域过程安全控制”的主题，提出一些新概念、新思想，第十届中国国际石油石化技术装备展览会与论坛同期举行。展览品则呈现出一些新特点、新功能，通过本届主办单位举办的丰富多彩的各种活动，大家老朋友之间增进了新友谊、并又结识了许多新朋友、学习到许多新的知识。
作为企业，为了使以人为本的构建和构建和谐社会的目标落到实处，应该自觉遵守国家相关法律和规定，承担起保护职工安全的责任，实践证明，企业履行社会责任不是负担，而
是为发展增添生产力，对外树立企业良好品牌形象，提升软竞争力，对内可以营造积极健康的企业文化，职工们爱厂如家，增强了企业的凝聚力，安全生产是企业生产的有机组成部分，是企业承担社会责任的核心部分，一个切实履行安全生产方面的社会责任的企业，同时对自己持续健康发展负责任的企业。
总而言之，从“石油化工领域过程安全控制”的视角来看，潜在需求较多，面临的机遇多！如何围绕“低碳、绿色、节能、降耗、环保、安全”，紧紧结合行业或用户的需求来开发新观点、采用新技术、拓展新领域、占领高端市场！为我国石油化工过程生产的安全可靠贡献力量！
第三篇：目标管理与过程控制
目标管理与过程控制
钱皮曾经说过，管理学早已经走入末路，没有什么创新的了。万变不离其宗，古老的管理学思想一直都在发挥着重要的作用。大企业家和职业经理人的案头或书架上总是少不了《易经》、《孙子兵法》、《三国演义》等这些古籍，常读常新。常读的没有变化，常新的只是皮毛。
近期，一些管理学界的人士又开始向企业界推介他们的“最新”管理思想，那就是所谓的“强调结果”。最近在书店里看到几本关于管理的书，如《请给我结果》、《不要任何借口》等等。粗粗翻看一下，都是强调结果的重要性的，但又不是目标管理的套路，实际上可以说是没有“路数”，因为它只要结果，不管过程（而过程中存在的影响达成结果的问题往往被视为“借口”）。从中也可以再次看出管理学似已真的到了江郎才尽的地步，再也变不出什么新的名堂了。看作者头衔和业绩介绍来头不小，销售员说书卖得不错。书中表达的管理思想和要传达的理念来看，不仅偏离了管理学的一些基本共识，还扰乱混淆了许多基本概念。
“目标管理”并不是一种新的东西。按照一种定义，“目标管理”是指企业针对目标展开的一系列管理行为。它强调目标的重要性，提醒管理人员不要把过程和结果分离。
类似的管理思想还有价值工程（VE），也是为了提醒设计人员不要偏离了目标，不要为技术而改进技术，不要搞过剩质量。
一个正常的人，又称为“理性人”，之所以谓之理性，就是在其行为与动机之间具有逻辑一致性，也就是说，理性人所有的行为都是有目标动机的，也就是说其行为都是冲着目标而去的。
管理，是一种理性人的行为，即有目标动机的行为，换句话说，原本所有的管理行为都可以冠之以“目标管理”，即理性人的行为属于“结果（目标）导向”的。
但是，因为有些人错误地将过程与结果相分离，变成了为管理而管理，所以才会有“目标管理”这种看起来很多余很滑稽的“管理思想”应运而生。
然而，矫枉过正，有人将目标管理、VE这些管理思路错误地解读成为只要求结果，不必拘泥于手段和过程。这样一来，只强调结果，就变成了听天由命坐视结果的发生，放弃了对形成目标结果的过程的控制与操作，是一种不作为的、非理性的表现。
实际上，片面地强调结果，往往强调的是一个不完整的结果。例如，“成者为王败者为寇”只强调成功的结果，而完全无视尸横遍野的绝大战争成本。例如，质管人员可能会只顾产品质量，而忽略了产品质量所服务的目标——利润。例如，经营者只注意眼前的利润，可能放弃企业的长远目标。
管理本就是一个过程，是通过过程的积累达到目标的，如果目标庞大，就不是一个人在短时间内所能完成的，这就需要对目标进行分解，分到不同的时段或分配给不同的人去完成。因此，目标管理的基础是细致有效的目标分解。如果分解得不恰当不完善，承担子目标的人出于自身利益的考虑就很有可能会做出背离管理者原来所设想的总目标的事情来。
例如，为了完成一个目标，首先要求有人来做事，要有人出勤，连人都没有一个当然工作无法开展了。但出勤并不是完整的目标，偏偏就有人将这个子目标变成了“出勤不出力”，当一天和尚撞一天钟。
例如，城市里人口密集需要一个良好的公共环境，因此设立了清洁工，专门扫马路。但是，把马路扫干净并不是原本的完整目标。偏偏有些清洁工就只管扫马路，把尘土扫得漫天飞扬，全然不顾路上路边的行人和临街饭馆的食客，把清洁工作变成了另一种污染，还有些清洁工干脆把飞扬不起来的垃圾直接扫进路边的窨井里，还有把扫到的树叶等可燃物在路边直接焚烧了事。
这种事情同样发生在企业里。清理清扫本来是为了获得一个良好的工作环境，但是很多
目标管理与过程控制
时候这个目标被异化了，变成了应付检查的行为，检查过后一切照旧。
例如，公交车的原本目标是将旅客安全运送到目的地。但是，经常有公交车“甩客”的现象，因为公交公司考核司机的准点和耗油量，而载不载客难以考核，所以，一些缺乏职业道德的司机就只管开车不管载客了。
例如“滥竽充数”，由于听者把吹者有没有鼓腮摇头等当做判定是否好乐师的标准，才给滥竽充数者留下了充数的可乘之机。
例如，求量不求质。生产者只管数量，不管质量。植树节原本是为了推动绿化活动而设立的，但不少地方植树节年年搞，只管每年种下了几棵树，却不管成活率高低。
例如，环保设施是为了保护环境治理污染而设立的，但一些企业的环保设施形同虚设，是设给上级看的，有检查的时候就开动起来，检查人员走了就关掉。有些管理部门也只抓“同时设计同时上马”，却对“同时运转”网开一面。
例如我之前帖子讲到的那个庸医治驼背的故事。驼背者的家属将目标简单化为“只要把驼背弄直就行”，庸医就不顾死活地弄出个直挺挺的尸体来。
……
因为有如此这般种种的“走过场”行为，“目标管理”就“被推出”了，目标管理概念的提出其实也可以看做是管理学界用近乎多余的手段来对付“走过场”现象的无奈之举。
管理本身就是一个过程，一个路径，管理工作的对象，尤其是对于生产性企业而言，都是针对过程进行管理。当然，毫无疑问，这个过程和路径是针对目标的，不存在手段和结果的背离。手段一定是为目标服务的，因此，不需要撇开过程控制而片面强调结果。以往有这种偏差，即把手段和过程当作目标，为管理而管理，为改革而改革，这是需要纠正的，但不能矫枉过正，转而忽略过程。
如果大家还承认管理者面对的是趋利避害的理性人的话，那么我们就应该知道，理性的厂商其实从来都没有偏离过自己的目标，那就是利润最大化。因此，管理学家在厂商面前谈论目标管理，其实是多此一举，实属班门弄斧，关公面前耍大刀之举。
过程与结果，这对基本哲学范畴的关系本来是十分清楚的。就人的行为来说（管理、生产），过程就是行为，是手段；而目标就是结果，是动机所在，因此，过程与结果之于人的行为来说就是手段与目的的关系问题，是动机与行为的关系问题。
管理，本身是一种人的行为，而且是理性人的操作行为，即有目的的主动行为。理性人之所以谓之理性，就是因为其行为的目的性，是行为与动机之间具有逻辑一致性，即过程与结果的统一。
如果现实当中出现了过程与目标背离的现象，一定是目标不明确或表达不完整。有时，来自上级的目标要求由于表达不清而导致对下级执行行为产生错误的指引。有时上级将一个目标默认为“众所周知”“理所当然”，但下级很可能并不“周知”，或者下级所默认的理解实际与上级心目中的要求并不一样。
“结果”，这是“过程”的终点所站立的那个检验员所要的东西，是最高管理者所要的东西，是客户写在采购合同条款里的内容。而最高管理者之下的管理人是处在“过程”之中，而不是集聚在“过程”的终点上，他们所面对的是过程而不是最终的结果，他们的职责恰恰就是过程控制，而非结果诉求。
如果把“结果”分解到“过程”中的各个环节之上，那就是目标管理当中所说的目标的“分解”了。而片面地强调结果的做法，早已经是过时的、初期的管理思路了。而如今，质量管理体系的思想已经是“一切以预防为主”、“质量是制造出来的不是检查出来的”、“工作质量决定了产品质量“等等，因此，质量管理工作早已经从过去的结果控制变成了过程控制，而
目标管理与过程控制
且质量管理体系已经演化成为一个非常成熟完善的针对全程控制的体系，即大家所熟知的ISO质量管理体系。
ISO质量管理体系认证，不是到企业里去抽样检测产品的质量，而是对从产品设计到生产到销售及售后服务全过程进行考察，评估这个过程的程序是否可以保证达到所设计的质量目标。影响产品质量的五大因素（人、机、料、法、环），无一不是过程当中的问题。
现在的采购经理，也早已不是坐在家中写采购计划给供应商下采购单这么简单了，而是要派采购员或者亲自出马到供应商的生产现场去，去落实供应商的质保体系是否可靠，去干预供应商的制造过程，甚至要求生产者提供生产过程中的工艺文件、检测方法标准等等。即便是能有效控制市场的大型厂商的采购都已经是这种模式了。对于过程当中有明显问题的供应商，要么按照要求进行整改，要么另寻供应商。而作为供应商的厂商，也逐步适应了这种市场形势，并将这种状态总结成为一个信条，叫做“随客户一起成长”。“我只要按时交货就行了”这种回答已经无法应对采购经理们看似过分的要求了。
“世界上怕就怕认真二字”，“成败在于细节”，“凡是预则立不预则废”，这里的“认真”、“细节”、“预”，这都是针对过程而言的。如果企业管理者对这些名言古训还有所认同，就不要再对被管理者喊叫“给我一个结果”了——被管理者需要的是明确的管理指令。
第四篇：面向节能减排的典型冶金过程先进控制与优化-东南大学
项目名称：面向节能减排的典型冶金过程先进控制与优化
完 成 人：李奇，李世华，杨念亮，钱王平，王志生，陈夕松，薛来文，方仕雄, 杨俊,倪健,马翼
完成单位：东南大学,南京梅山矿业有限公司,江苏沙钢集团有限公司
成果简介：冶金、石化、电力等行业耗能占我国规模以上工业能耗的80%以上，这其中，大型工业装置能耗占绝大部分，以冶金磨矿分级过程为例，其能耗占整个选矿能耗近60%。大型工业装置广泛存在控制参数多、扰动强、非线性等问题，是当今过程控制及优化中最复杂、最前沿和最具挑战性的难题之一。随着流程工业中生产装置向大型化、复杂化方向发展，以及国内外对节能环保要求越来越高，急需研发关键生产过程的新的先进控制和优化技术，以实施节能减排技术的提升和创新。
本项目在多项国家“863”、省科技支撑和自然科学基金及企业攻关项目的支持下，研发出以磨矿分级过程、钢铁热轧生产流程为代表的典型冶金过程节能减排先进控制和优化技术，已成功应用于大型化磨矿分级过程、钢铁热轧生产流程等大型工业装置的先进控制和过程优化，取得了显著的经济、社会和环保效益。整体技术达到国际先进水平。其先进性在于：
（1）针对高能耗、高污染大型工业装置控制中，广泛存在的强扰动且难以测量的实际困难，首次提出了一套基于模型和数据混合的扰动软测量理论和技术体系，并成功应用于冶金磨矿分级过程，解决了工业过程的扰动实时估计问题，大幅降低扰动测量成本，申请国家发明专利3项，发表SCI论文6篇。（2）首次提出了一套基于扰动软测量的多变量解耦控制体系及相关应用技术，解决了一类多变量、多约束条件下的复杂扰动工业过程的先进抗干扰控制问题，出版专著（英文）1部，申请发明专利3项，授权2项，发表SCI论文10篇。（3）提出了基于伪谱分析的快速实时优化方法，以及基于专家智能的排产调度优化方法，解决了大规模、非线性过程优化的实时性问题，实现上下游工序的紧密协同，进而达到节能降耗目标，发表SCI论文7篇。（4）基于物联网技术攻克生产装备和生产流程中很多参数、状态无法感知的诸多难题，构建了一种冶金生产过程信息采集、传输与集成的物联网应用平台，申请发明专利2项，授权1项，获授权实用新型专利1项。
该项目技术具有自主知识产权，已获授权专利4项（其中发明专利3项）；在国内外刊物发表学术论文35篇，SCI收录23篇，EI收录35篇次；软件著作权9项；出版专著1部。
该项技术已产生直接经济效益2.1亿元。已应用于南京梅山矿业有限公司、江苏沙钢集团有限公司、武钢程潮选矿、武钢金山店选矿、南钢草楼选矿等企业的大功率磨矿分级过程、破碎生产过程、热轧生产流程等大型工业装置的先进控制和优化。磨矿分级方面，通过控制溢流粒度（精度优于±1.5%）使吨矿耗电量降低5%以上，并利于脱硫降磷，抛尾量降低4%以上。钢铁热轧生产方面，通过优化控制使产能平均提高1.05%；300度以上板坯热装比平均提高13.6%。在产生直接经济效益的同时，产生了显著的社会效益和环保效益。
第五篇：先进控制技术在石油化工工业中的应用
先进控制技术在石油化工工业中的应用
石油化工是个国民经济的支柱产业，又是资金密集，能源密集和技术密集的产业，它伴随着共和国的诞生而成长。但是，与国际先进石油化工企业比较还是有很大的差距，总体技术水品较低，能耗物耗高。要改变这种局面，根本的出路就是走科技进步的道路，采用先进控制技术改造传统化工产业就是一种手段。
高级多变量鲁棒预测控制软件APC-Adcon是浙江中控软件技术有限公司开发的具有自主知识产权的基于预测控制原理的一种多变量模型预测控制工程化软件。
其原理是预测控制。预测控制是一种基于预测过程模型的控制算法，根据过程的历史信息判断将来的输入和输出。它强调模型的函数而非模型的结构，因此，状态方程、传递函数甚至阶跃响应或脉冲响应都可作为预测模型。预测模型能体现系统将来的行为，因此，设计者可以实验不同的控制律用计算机仿真观察系统输出结果。预测控制是一种最优控制的算法，根据补偿函数或性能函数计算出将来的控制动作。预测控制的优化过程不是一次离线完成的，是在有限的移动时间间隔内反复在线进行的。移动的时间间隔称为有限时域，这是与传统的最优控制最大的区别，传统的最优控制是用一个性能函数来判断全局最优化。对于动态特性变化和存在不确定因素的复杂系统无需在全局范围内判断最优化性能，因此这种滚动优化方法很适用于这样的复杂系统。预测控制也是一种反馈控制的算法。如果模型和过程匹配错误，或者是由于系统的不确定因素引起的控制性能问题，预测控制可以补偿误差或根据在线辨识校正模型参数。
APC-Adcon软件应用范围广，控制结构灵活，功能强大，技术成熟。多应用于炼油石化等大型工业过程控制，特别适合于需要采用多种控制策略和控制结构的复杂多变量过程。通过使用APC-Adcon软件控制多变量过程可最大程度地提高操作稳定性，增加装置产量，对过程实现卡边控制，降低操作成本，大大减少质量指标的标准偏差，增强控制系统的鲁棒性，为企业带来最佳的经济效益。
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