过程控制与自动化仪表 代表的先进控制策略的提出和成功应用以后,先进控制受到了过程工业界的普遍关注。先 进过程控制( Advanced Process Control,APC)是指一类在动态环境中,基于模型、充分借助 计算能力,为工厂获得最大利润而实施的一类运行和技术策略。这种新的控制策略实施后, 系统运行在最佳工况,实现所谓“卡边生产”。据资料报道,一个投资163万美元的乙烯 装置实施先进控制后,预期每年可获得效益600万美元。目前,国内许多大企业纷纷投资, 在装置自动化系统中实施先进控制。国外许多控制软件公司和DCS生产商都在竞相开发先 进控制和优化控制的商品化工程软件包,西方国家有一定规模的先进控制软件公司大约有 45家,推出APC软件312种,全世界应用APC的项目有数千项,APC软件应用年增长率 达到30%左右。先进控制策略主要有解耦控制、时滞补偿控制、差拍控制、多变量预测控 制、自适应控制、软测量技术及推断控制、稳健控制、专家控制、模糊推理和神经网络等 智能控制,尤其智能控制已成为开发、研究和应用的热点。 2.过程优化受到工业界的普遍关注 在过程控制中,过程优化已受到了普遍的关注。通常,在连续过程工业中,往往上游 装置的部分产品是下游装置的原料,整个生产过程存在装置间的物流分配、物料平衡和能 量平衡等一系列问题。借助过程优化可使得整个生产过程获得很大的经济效益和社会效益。 过程优化主要寻找最佳的工艺参数设定值,使生产过程获得最大的经济效益,这也称之为 稳态过程优化。稳态过程优化方法按实施方法可分为离线优化和在线优化两种。离线优化 利用过程数学模型,在约束条件下求得最优工艺参数,提供给操作者作为操作指导信息, 而不直接参与控制实施,因而实时性要求低,容易实现,目前应用较多。在线优化由计算 机自动定期收集过程数据,完成模型参数更新、校正约束条件,通过求解寻找最优操作点 并将最优操作参数下传给控制系统,由控制系统对最优操作点进行跟踪。在线优化对算法 实时性要求高,工业现场实时条件下的模型更新、约束校正都较难实施,但真正投入运行 可保证可观的经济效益。随着稳态过程优化的深入研究,直接影响过程动态品质的最优动 态控制也显示出其重要性。 生产过程优化是在各种操作条件下,求取目标函数的最优值,通常是复杂的非线性优 化问题。应用传统优化理论往往会遇到困难。在过程优化中,由于系统的复杂性,求全局 最优值十分困难,而且实际过程并不一定要求最优值,而只要求得到“优化区域”或“满 意解”就可以满足要求。在过程优化中,有许多是受工艺限制的。最近有人提出把工艺设 计与控制整体考虑,在工艺设计的同时,考虑到控制的实施方案及效果,就可以在工艺设 计阶段消除那些可能导致控制困难的因素,这种方法正在受到人们的关注。 3.传统的DCS正在走向国际统一标准的开放式系统 1975年诞生了第一套分布式工业控制计算机系统,历经近20年,随着综合自动化的 潮流和计算机技术的发展,一些主要的DCS生产商推出现场总线( (fieldbus控制系统,它被 公认为具有时代特点的新一代分布式计算机控制系统,它有开放性、智能化现场仪表、现 场仪表采用数字信号传输、彻底的分散性等主要特点,具备了上述特点使得现场总线采用 同一种国际标准的通信协议,不同厂家的产品可方便地互连,可与局域网相连,除了一般 现场控制、检测仪表功能以外,还具有诊断、自补偿、现场组态、现场校验、提高传输可 靠性,节约传输线的投资,简单控制回路基本分散在现场实现,关键数字信号进中央控制·4· 过程控制与自动化仪表 ·4· 代表的先进控制策略的提出和成功应用以后，先进控制受到了过程工业界的普遍关注。先 进过程控制(Advanced Process Control，APC)是指一类在动态环境中，基于模型、充分借助 计算能力，为工厂获得最大利润而实施的一类运行和技术策略。这种新的控制策略实施后， 系统运行在最佳工况，实现所谓“卡边生产”。据资料报道，一个投资 163 万美元的乙烯 装置实施先进控制后，预期每年可获得效益 600 万美元。目前，国内许多大企业纷纷投资， 在装置自动化系统中实施先进控制。国外许多控制软件公司和 DCS 生产商都在竞相开发先 进控制和优化控制的商品化工程软件包，西方国家有一定规模的先进控制软件公司大约有 45 家，推出 APC 软件 312 种，全世界应用 APC 的项目有数千项，APC 软件应用年增长率 达到 30%左右。先进控制策略主要有解耦控制、时滞补偿控制、差拍控制、多变量预测控 制、自适应控制、软测量技术及推断控制、稳健控制、专家控制、模糊推理和神经网络等 智能控制，尤其智能控制已成为开发、研究和应用的热点。 2. 过程优化受到工业界的普遍关注 在过程控制中，过程优化已受到了普遍的关注。通常，在连续过程工业中，往往上游 装置的部分产品是下游装置的原料，整个生产过程存在装置间的物流分配、物料平衡和能 量平衡等一系列问题。借助过程优化可使得整个生产过程获得很大的经济效益和社会效益。 过程优化主要寻找最佳的工艺参数设定值，使生产过程获得最大的经济效益，这也称之为 稳态过程优化。稳态过程优化方法按实施方法可分为离线优化和在线优化两种。离线优化 利用过程数学模型，在约束条件下求得最优工艺参数，提供给操作者作为操作指导信息， 而不直接参与控制实施，因而实时性要求低，容易实现，目前应用较多。在线优化由计算 机自动定期收集过程数据，完成模型参数更新、校正约束条件，通过求解寻找最优操作点， 并将最优操作参数下传给控制系统，由控制系统对最优操作点进行跟踪。在线优化对算法 实时性要求高，工业现场实时条件下的模型更新、约束校正都较难实施，但真正投入运行 可保证可观的经济效益。随着稳态过程优化的深入研究，直接影响过程动态品质的最优动 态控制也显示出其重要性。 生产过程优化是在各种操作条件下，求取目标函数的最优值，通常是复杂的非线性优 化问题。应用传统优化理论往往会遇到困难。在过程优化中，由于系统的复杂性，求全局 最优值十分困难，而且实际过程并不一定要求最优值，而只要求得到“优化区域”或“满 意解”就可以满足要求。在过程优化中，有许多是受工艺限制的。最近有人提出把工艺设 计与控制整体考虑，在工艺设计的同时，考虑到控制的实施方案及效果，就可以在工艺设 计阶段消除那些可能导致控制困难的因素，这种方法正在受到人们的关注。 3. 传统的 DCS 正在走向国际统一标准的开放式系统 1975 年诞生了第一套分布式工业控制计算机系统，历经近 20 年，随着综合自动化的 潮流和计算机技术的发展，一些主要的 DCS 生产商推出现场总线(fieldbus)控制系统，它被 公认为具有时代特点的新一代分布式计算机控制系统，它有开放性、智能化现场仪表、现 场仪表采用数字信号传输、彻底的分散性等主要特点，具备了上述特点使得现场总线采用 同一种国际标准的通信协议，不同厂家的产品可方便地互连，可与局域网相连，除了一般 现场控制、检测仪表功能以外，还具有诊断、自补偿、现场组态、现场校验、提高传输可 靠性，节约传输线的投资，简单控制回路基本分散在现场实现，关键数字信号进中央控制