化工过程模拟及相关高新技术：(ⅲ)化工过程先进控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com!逆，笼适叫⑥ViewonKnowtedge_斓化工过程模拟及相关高新技术囱(111)化工过程先进控制陆恩锡张慧蝇甄惠清(华南理工大学传热与节能教育部开放实验研究室，广州，510641)。f’提要本系列讲座主要舟绍化工过程稳态模拟、动态模拟、先进控制和实时优化四项当夸高新科学技术的发展历史、现状、主要功能、相互关系、经济效益厦国外最新进展。化工过程控制是化工生产装置的重要组成部分，现代调整，或者当使用标准的PID控制器时，导致控制性能变化工装置离开了过程控制是无法实现其生产目的

2、的。化工差。在工厂中，当使用标准的控制器时，这些回路通常留过程控制在过去的几十年中发生了巨大的变化，就硬件而作正常操作时的手动控制。言，从早期的手动阀门，到自动控制阀、HI)控制器，到集大多数工业装置中，当主要操作变量改变时，决不可散型控制系统(DES)进而发展到现代化的计算机控制系能只产生单一的影响．通常从主要控制变量到较次要的、统；随着更加廉价、更加强有力的DES和计算机系统的诞相对不太重要的变量都会受到影响。由于变量间的相互影生，与过程控制有着紧密关系的软件系统也发生了根本的响．必须采取相应的补偿，而这在基本控制系统的

3、设计中，变化。填充式的控制软件、新的数据库软件、以及新的改并没有给予必要的重视。进了的优化算法、基于模型的多变量预估控制软件等等都主要负荷的变化(扰动)对于回路操作的影响通常需已经变成了现实⋯。要根据经验来调整，这些扰动来自装置环境的变化或者影常规的控制手段已经愈来愈无法满足现代化工装置生响该装置的其他单元的变化。通过这些扰动是非静止的．产控制的需要，分析典型化工装置的生产操作，大都存在也即它们的平均值是随时间而改变的。以下特性：化工过程的上述种种操作特性叠加的结果是当采用标●对于动态响应存在宴质性的时间延迟和滞后；准的控制

4、器和标准的控制策略时，会使得化工装置的某些●要求控制的变量未能在线测量；部分变得难以控制．从而影响到产品的质量以及装置的经●非线性的动态响应；济效益。然而通过采用先进控制(Advancedplocesscontrol，●相互偶台APC)可以极大地改善装置的操作和控制，较好地解决传统●存在约束控制方法难以解决的问题。●存在大的外部干扰1先进控制和I)CS控制的主要区别随着现代化工装置的日益大型化，设备的容积也不断增加，许多设备积聚的物料量相当可观．因而经常可以看先进控制理论于7O年代初提出，其工业上的最初应用1l许多控制回路都

5、有较大的时间滞后，也即对于主要工艺始于70年代末期进人90年代以来，先进控制的工业应用；数的延迟响应时间达数十min以及主要时间常数可接近获得了蓬勃的发展，先进控制这一现代控制理论所带来的lh。作为大多数OCS控制器的基础的常规HI)算法对于具巨大经济敬益，促使大量工业装置纷纷在已有DES的基础占较大纯滞后的回路其效果是很差的。操作人员还可以发上配备了先进控制系统。经过2o年左右的发展，先进控制现对于时间常数较大的回路，手动控制也是相当困难的。技术在许多方面目前已经十分成熟：各种多变量预估控制通常某些希望控制的变量并不作连续

6、的测量．饲如某的理论基础已被广泛认同；多变量预估控制涉及的范围不个组成或重要的物性。而是采用间断的实验室化验，了解断的扩充；各种多变量预估控制软件包不断涌现；大量的这些参数的变化情况究竟如何。先进控制正在各种工业装置中实施【。控制变量对于操作变量的改变而引起的响应常常是非oCS控制自7O年代初进人工业装置以来，通过长期的线性的，控制回路的增益、纯滞后、时间常数取决于操作实际应用其固有的缺点已暴露得愈来愈明显。它基本上变量的移动方向．也即对于正的或负的移动可以观察到不不考虑变量之间的相互影响，将操作变量(瑚Ilipulalva

7、il，同的数值。able，Mv)和控制变量(controlledvabk，CV)之间的关上述特点导致需要对于基本的控制回路经常进行重新系设定为一一对应的关系。但如上所述．实际上众多过程诧I进曩2B∞年第2朝71维普资讯http://www.cqvip.com变量之间的相互影响是必然的。图1给出了操作变量和控变量的变化，如塔顶、塔釜产品质量的波动，塔内压差的制变量之间的关系，即任何一个调节变量的变化，都会影变化均送往先进控制包中。考虑到操作变量对不同控制变响到所有的控制变量。只是影响有强有弱，有大有小而已。量影响的大小．通过模

8、型的预估计算，分别得到对塔顶回因而Dcs控制一一对应的设定忽略了变量之间的偶合关系，巍量，塔顶压力及再沸器加热舟质巍量的调节值，由先进未能反映装置的实际的情况，也就难以真正实现装置的平控制包发出信号，同时进行调节。稳控制。2先进控制的特点先进控制的主要特点可以归纳如下。MV1CV1(1)控