软仪表在先进控制中应用

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1、软仪表在先进控制中应用　　摘要软仪表，也称软测量或在线工艺计算，就是应用计算机技术，根据已有测量的一些相关变量以及工艺设备技术参数，通过构成某种数学关系来推断和估计难于或暂时不能用硬仪表测量的重要变量，以软件来代替仪表功能［1］。本文结合炼油一厂焦化装置吸收稳定部分软仪表的应用，论述了软仪表在先进控制中的重要作用。关键词：先进控制；软仪表；控制器中图分类号：P634.3+6文献标识码：A1.前言目前先进控制技术不但在理论上不断推出新的成果,而且在实际生产应用中也取得了令人瞩目的成绩。现在国内外已有很多优秀的产品供选择

2、：如Honeywell高技术执行部的PC(ProfitController)；ABB代理的STAR；横河代理的SMOC；FOXBORO的Connoisseur；ASPEN的DMC、浙江中控的APC-Adcon等。目前，世界上先进的石化企业绝大多数生产装置都采用了先进控制技术，据ARC调查的数据显示，美国的普及率已经达到60%以上，重点装置更是达到了90%的比例。在某种程度上，先进控制技术更像是企业增产增效的“加速器”［2］。7但是一些被控变量很难测量，如反焦化装置柴油350℃馏出量、干气C3+含量、液化气C5+含量、

3、液化气C2含量等，虽然这些变量可以通过在线分析仪测量，但分析仪表购置分析仪表费用较大且维护工作艰巨，较难保证长期测量，即便运行好分析一般均存在滞后。在以这些变量为指标进行控制时就无法构成实时反馈回路，从而不能保证对其很好的控制，很难满足APC的控制要求，因此这些被控变量通常采用软仪表技术，通过建立关联模型，进行计算而快速得到测量结果。2.先进控制介绍7先进控制技术突破了常规的PID控制的控制回路各自独立的工作模式，以整个生产装置或装置单元为对象，根据各变量间的模型关系，利用先进控制方法对装置或装置单元实施协调统一的控

4、制。先进控制的核心技术是模型预测、滚动优化、反馈校正。模型预测就是依据预测模型并根据被控对象的历史信息和未来的输入，预测系统输出未来的变化轨迹。反馈校正是为了防止模型失配或环境干扰引起控制对理想状态的偏离，而对模型预测进行的修正。滚动优化是在每一采样时刻，控制器将计算出操作变量的控制作用以使被控变量在未来一定时间区间内与某一期望轨迹的误差最小。多变量模型预测控制结构见图2-1。先进控制技术通常是在DCS系统的基础上，借助模型预测被控对象的运动规律和实际误差，通过滚动优化确定最优控制目标，应用反馈校正实现对整个工艺装置

5、或装置单元的优化控制，提高装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的一致性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等［3］。3、软仪表设计3.1软仪表的构建方法软仪表的构建，一般采用两种方法：统计回归分析法、机理分析法。统计回归分析法就是采集相当足够的过程历史数据，运用线性回归、模糊数学、人工神经网络等统计分析数据处理方法，获得软仪表值与相关过程变量的数学模型；并与遗传算法相结合，建立在线软仪表。机理分析法，就是以化学和物理化学等科学原理为基础，运用物料平衡、能量平衡等工程技术，获得软仪表值与相关

6、过程变量的数学模型，建立在线软仪表。采用统计分回归析法建模的软仪表，通常也辅以机理分析法处理，而采用机理分析法建模的软仪表，有时也需要经过一定的过程历史数据统计分析［5］。3.2设计软仪表模型以炼油一厂焦化装置吸收稳定部分为例，吸收稳定正常操作时关注的主要工艺参数为：1）吸收塔进料液气比；2）吸收温度；3）解吸塔塔底温度；4）稳定塔底温度；5）稳定塔塔顶温度；6）稳定塔塔顶压力。7主要的产品控制质量为：1）干气C3+含量；2）液化气C2含量；3）液化气C5+含量。所涉及的调节手段有补充吸收剂流量、吸收柴油流量、干气脱

7、硫塔顶压力、解吸塔底温度、稳定塔顶压力、稳定塔顶回流流量、稳定塔底温度等。吸收稳定装置采用“吸收—再吸收—解吸—稳定”工艺技术流程，耦合性强，具有明显的多变量的特点。根据装置吸收稳定部分的质量控制需要，开发3个软仪表包括干气C3+含量、液化气C2含量、液化气C5+含量的预测计算，用于产品质量的闭环优化控制，减少质量波动，实现质量指标卡边控制。这3个软仪表均采用统计回归分析法，充分利用实验室分析值的偏差校正技术进行在线实施。软仪表运算程序在APC服务器上运行，将运算结果写入DCS，方便APC控制器的连接组态和操作员的监

8、视。化验校正数据，由操作员人工输入，存放在DCS数据点上。各软仪表运行周期为1分钟。干气C3+含量预测模型间表3-1。表3-1干气C3+（DC_GASC3.PV）预测模型4、软仪表组态炼油一厂焦化装置先进控制软仪表组态软件采用AspenTech的AspenIQ,软仪表通过IQconfig工具进行组态建模。7通过预测模块组态指明预测模型文件或计算