先进控制与实时优化技术交流
先进控制系统(APC)开发及应用方案(二)
先进控制系统（APC）开发及应用方案一、实施背景随着中国经济的快速发展，产业结构改革已成为推动经济持续增长的重要手段。
在此背景下，开发和应用先进控制系统（APC）具有至关重要的意义。
APC作为新一代信息技术的重要组成部分，对于提高企业生产效率、降低能耗、提升产品质量有着不可或缺的作用。
二、工作原理APC系统主要基于实时数据库进行数据采集、存储、分析和优化，通过数学模型和算法实现闭环控制。
其核心组件包括：1.数据采集与存储：通过现场传感器和数据采集设备，实时获取和处理生产过程中的各种数据。
2.数据分析与优化：利用先进的数据分析和机器学习算法，对采集到的数据进行处理，提取有价值的信息，为优化控制提供支持。
3.控制策略：根据分析结果，制定相应的控制策略，实现对生产过程的精确控制。
4.反馈与调整：通过对比预设的控制目标与实际生产数据，不断调整控制策略，以实现最佳生产效果。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确APC系统的需求，包括需要控制的生产环节、需要采集的数据类型、需要优化的生产目标等。
2.系统设计：根据需求分析结果，设计APC系统的架构、功能模块和算法。
3.系统开发：依据设计文档，开发APC系统。
4.系统测试：在开发完成后，对APC系统进行全面的测试，确保其稳定性和性能。
5.系统部署：将APC系统部署到实际生产环境中，进行现场调试和优化。
6.系统维护与升级：对APC系统进行持续的维护和升级，以满足不断变化的业务需求。
四、适用范围APC系统适用于各种需要进行精细化生产控制的行业，如石油化工、制药、钢铁制造等。
在这些行业中，APC可以帮助企业实现生产过程的自动化、智能化和信息化，从而提高生产效率、降低能耗并提升产品质量。
五、创新要点1.实时数据采集与处理：APC系统采用高性能的实时数据库，能够实现数据的实时采集和高效处理。
2.基于机器学习的优化算法：通过机器学习算法对生产数据进行深度分析，找出最佳的控制策略，实现生产过程的智能化控制。
智能电网与电动汽车双向互动技术综述
智能电网与电动汽车双向互动技术综述一、本文概述随着科技的不断进步，智能电网与电动汽车（EV）作为现代能源和交通领域的两大重要创新，正日益受到全球范围内的广泛关注。
这两种技术的结合，不仅有助于实现能源的可持续利用，还能为未来的交通出行提供更为环保、高效的解决方案。
本文旨在对智能电网与电动汽车双向互动技术进行全面综述，分析其在能源管理、车辆充电、电网优化等方面的应用及潜在影响。
本文将首先介绍智能电网与电动汽车的基本概念、发展历程及其主要特点。
随后，将重点探讨两者之间的双向互动技术，包括无线通信技术、功率交换技术、能量管理技术等，并分析这些技术在提高能源利用效率、促进交通可持续发展等方面的重要作用。
本文还将对智能电网与电动汽车双向互动技术的实施现状、面临的挑战及未来发展趋势进行深入分析，以期为我国在该领域的研究和应用提供有益的参考。
二、智能电网技术概述智能电网，作为现代电力系统的一种高级形态，它利用先进的信息、通信和控制技术，实现了电力系统的自我感知、自我决策和自我修复，大大提高了电力系统的运行效率和供电质量。
智能电网的核心在于“智能”，这主要体现在其能够实现对电力流、信息流和业务流的深度融合和高度集成，使得电力系统具备可观、可测、可控的能力。
智能电网技术的关键组成部分包括高级测量体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）、高级资产管理（AAM）以及高级市场和运营（AMO）等。
高级测量体系通过安装智能电表，实现对电力用户的实时、准确、全面的电量使用信息的收集和处理，为电力系统的调度和运营提供数据支持。
高级配电运行和高级输电运行则通过优化调度和控制策略，提高电网的输电和配电效率，减少能源损失。
高级资产管理则通过对电网设备和资产的实时监控和维护，提高电网的可靠性和安全性。
高级市场和运营则通过构建开放、透明、竞争有序的电力市场，促进电力资源的优化配置和高效利用。
智能电网技术的应用，为电动汽车的发展提供了强有力的支撑。
先进控制系统：介绍先进控制系统的特点、设计和应用
先进控制系统：介绍先进控制系统的特点、设计和应用引言在工业控制领域，先进控制系统是一种关键技术，用于提高过程控制的性能和效率。
随着科技的发展和进步，先进控制系统不断被引入和应用于各个领域，成为改善系统性能和优化生产过程的有效手段。
本文将介绍先进控制系统的特点、设计原理以及在各个行业中的应用。
特点1. 优化控制先进控制系统的一个显著特点是其能够进行优化控制。
通过对系统模型的建模和分析，控制系统可以针对不同的目标制定最优的控制策略，以最大程度地提高系统的性能和效率。
先进控制系统可以根据实时数据进行实时优化，并通过反馈控制来实现系统参数的自适应调整，从而实现最佳控制结果。
2. 多变量控制先进控制系统能够处理多变量控制问题。
传统的PID控制器只能进行单变量控制，而先进控制系统则具备处理多个输入和输出变量之间相互关联的能力。
它可以更好地解决多变量系统中的耦合问题，通过对多个变量之间的相互影响进行分析和优化，实现更加精确和稳定的控制。
3. 鲁棒性先进控制系统具备较强的鲁棒性，能够抵御外界干扰和不确定性对系统控制性能的影响。
通过先进的控制算法和技术，先进控制系统可以根据实时反馈数据对系统进行动态调整，从而保持系统的稳定性和准确性。
即使在面对系统参数变化、噪声扰动和模型不确定性等不利因素时，先进控制系统仍能够保持良好的控制效果。
4. 高级算法先进控制系统采用了各种高级算法来实现优化控制和多变量控制。
这些算法包括模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）、递归最小二乘法（Recursive Least Squares，RLS）、自适应控制（Adaptive Control）等。
这些算法能够针对不同的控制问题提供最佳方案，并通过对系统模型和实时数据的分析来实现控制效果的优化。
设计1. 系统建模先进控制系统的设计首先需要进行系统建模。
系统建模是通过对被控对象进行数学建模，将其抽象成一系列数学方程，以便进行控制策略的设计和优化。
工业过程实时优化技术及应用
以归纳为３ 个方面 ． 按其重要性顺序 ． 即
安全、产品质量和生产效率 。在实现 了
接相关 ．如产 品的质量和数量的提高 ．
安全生产的前提下．许多企业管理者开 始考虑如何将生产 自动化与经营活动结
合起来 ．通过某种解决方案将经营 目标 转化成生产操作中的操作 目标 ．根据市
实时优化还是动态实时优化 ．我们都将
展 方 面 ，Ａ ｐ ｎ ｅｈ Ｒ Ｏ和 Ｉ ｅｓ ｓ ｓｅＴ ｃ Ｔ ｎ ｎｙ ｖ
组态软件与 优化控制
间长、以及中间干扰等因素，传统的实
时优化在乙烯装置上的运行频次非常低。 （） ３ 动态路径 （） ２ 通过Ｐｏｉ Ｏ ｔ ｚｒ ｆ ｐｉ ｅ 实施的全 ｒ ｔ ｍｉ 局实时优化： （） ３ 通过 Ｐｏｉ Ｍ ｘ ｆ ａ 利用严格 的机 ｒ ｔ
实时优化在企业 自动化系统结构 中
有 快有慢 ．甚 至还有逆 响应 或者纯滞
后。这意味着在某一时刻得到的” 快照”
数据并不能够完全反映装置全部情况 ， 有时甚至可能会让人们得出错误的结论。
完整地评估装置当前状态还需要历史数
解这样大规模的优化问题需要较多的计算
时间。典型的执行周期包括：
稳态优化无法给出动态路径。通常
采用人工输入的步幅限制来约束向最佳 操作点的移动。由于优化模型本质上是
理模型对高度非线性过程实施优化。
这 一 分 层 优 化 的 方 法 将 Ｐｏｉ ｆ ｒ ｔ
ＲＭ Ｏ Ｏ Ｅ 均将序惯模块法和面 向方程的求 解方法进行了整合。
Ｏ ｔ ｚｒ ｐｉ ｅ作为实施基于严格机理模型的 ｍｉ
路径未必就是最佳路径 有时甚至是不 可行路径 。
最佳操作点 ，确定从当前操作点至最佳 操作点的路径。
现代控制技术在过程控制中的应用浅谈
天津仪表集团市场开发部 Ｔ Ｌ０ ２２ ６ １ ９ Ｅ ．２ －７ ９ ６ ３
ＥＣ ｌ Ｖ １ ２ ０ Ｎ ． ５ ０． ９ ０ ２ Ｏ４
维普资讯
综
述
仪器仪 表用户
神经控制 、非线性控制和鲁棒控制 。 （） ４ 先进控制的实现 先进 的控 制实 现需要 解决许 多具体 的工程 问
Ｐ Ｄ更好 。先进控制并不仅仅是某种计算机的控制 Ｉ 算法 。尽管 目前仍未有一个明确的定义，但其任务
是明确 的，即用来处理那些采用常规 ＰＤ 控制效果 Ｉ 并不理想的复杂 系统的问题。这些控制方法的先进
统的时域分析方法。由于工业过程的复杂性 ，使控 制理论在 复杂和特殊 控制对 象上 的应用受到 了限
的控制技 术和 实时优化方法 来提 高企业 的经济效 益 ，增强 自身的竞争力 已越来越成 为人们关心的问
题。
１ 过程控制技术的发展现状 工业生产过程走过了从简单到复杂 ，从小规模 用的计算机及集散控制系统 的普及和提高 ，尤为先 到大规模的过程 。随着 工业 自动化技术 的不 断发 进 的现代控制应 用筑就 了强 有力 的硬 件和软件 平 展，控制系统也从就地式的简单控制装置 ，历经由 ＤＤ Ｚ系列电动仪表组合 的集 中操作与控制系统和 Ｄ Ｃ计算机直接数字控制直至 ＤＣ Ｄ Ｓ广泛在工业生 产控制中得到应用。
性主要表现在以下三个方面：
（ １ ）基于模型预测控制和推断控制等的模型控 制策略 ；
（）常用于处理大时滞 、多变量耦合 、被控量 题 ，在保证系统 的平稳 ｆ的前提 下合理地选择被控 ２ 生 与控制量有各种约束等复杂的多变量控制 问题 ，使 区域以能获得较好经济效益 。正确整定基本 ＰＤ控 Ｉ 控制系统更适合于生产过程的动态要求 ； 制回路和先进控制 系统 ，合理限制控制变量的变化 （）需要足够的 汁算能力的支持。 ３
现代控制技术在电气工程系统中的应用研究
现代控制技术在电气工程系统中的应用研究【摘要】本文旨在探讨现代控制技术在电气工程系统中的应用研究。
在我们探讨了现代控制技术在电气工程系统中的重要性以及概述了相关概念。
接着，在我们深入研究了基于模型预测控制、神经网络、模糊逻辑和PID控制等技术在电气工程系统中的应用实例，并介绍了一些先进控制技术的应用案例。
在我们总结了现代控制技术对电气工程系统的影响和发展趋势，同时探讨了未来的研究方向和可能面临的挑战。
通过本文的研究，我们可以更好地了解并应用现代控制技术在电气工程系统中的价值和潜力，为相关领域的发展提供参考和借鉴。
【关键词】现代控制技术, 电气工程系统, 应用研究, 模型预测控制, 神经网络, 模糊逻辑, PID控制, 先进控制技术, 实际应用案例, 发展趋势, 研究方向, 挑战1. 引言1.1 现代控制技术在电气工程系统中的应用研究意义现代控制技术在电气工程系统中的应用研究意义是十分重要的。
随着科技的不断发展，电气工程系统的复杂性和智能化程度逐渐提高，传统的控制方法已经无法满足系统对稳定性、性能和效率的要求。
引入现代控制技术成为提升系统性能和优化控制策略的重要途径。
现代控制技术能够更好地适应复杂系统的动态特性。
传统的PID控制器在处理高阶、非线性系统时存在一定局限性，而基于模型预测控制、神经网络和模糊逻辑等技术可以更有效地捕捉系统的动态特性，实现更精准的控制。
现代控制技术可以实现系统的智能化运行。
通过引入智能算法和学习机制，控制系统能够根据外部环境和内部状态实时调节控制参数，提高系统的自适应性和鲁棒性，从而最大程度地优化系统运行效果。
现代控制技术还可以为电气工程系统带来更高的能效和环保性。
通过优化控制策略和参数设置，系统可以更有效地利用能源资源，减少能耗和碳排放，实现能源的可持续利用和环境的友好保护。
现代控制技术在电气工程系统中的应用研究意义在于提高系统性能、实现智能化运行、优化能效环保，为电气工程系统的发展和进步提供了重要支撑和技术保障。
中国石油辽阳石化公司
7、中国石油辽阳石化公司辽阳石化两化融合促进节能减排经验交流材料辽阳石化是中国石油下属地区分公司,是国家重要的俄罗斯原油加工企业和芳烃生产基地，固定资产原值197亿元，员工总数2.3万人，建有大型炼化装置61套。
经营业务涵盖炼化生产、产品销售、加工制造、生产服务、社会服务等方面。
建厂三十多年以来，已累计向社会提供石油石化产品6500万吨，实现利税182亿元，为国民经济发展和地方经济繁荣做出了重要贡献。
“十一五”以来，辽阳石化以科学发展观为统领，认真履行国有企业“三大责任”，把利用信息技术助力节能减排放在更加突出的位置，积极推进信息化与工业化融合，加快资源节约型、环境友好型企业建设，取得了明显成效。
几年来，辽阳石化围绕主营业务，在信息管理、网络基础建设、信息系统建设及应用等方面取得了实质性进展，形成了基于计算机网络，包括生产操作、生产管理、设备监测、经营管理等全方位的信息系统应用体系。
到目前为止，已累计建成100多公里长千兆光纤主干网，网络覆盖了公司的所有单位，基本实现了网络的千兆主干，百兆到桌面。
这些信息化系统的广泛应用极大的推动了节能减排工作的深入开展，取得了显著的效果。
据统计，“十一五”前四年，公司共实现节能量32.84万吨标煤，提前一年超额完成千家企业“十一五”节能任务指标；万元产值综合能耗（2005年可比价）比2005年下降28.2%；炼油综合能耗41.54千克标油/吨，比2005年的66.3千克标油/吨下降了37.3%；实现污染减排COD 844吨，同2005年相比，万元产值COD下降48%。
归纳起来，主要做法有以下四个方面：一、全面推进信息化技术应用，提升节能降耗水平历史与实践证明，对于现代化石油化工生产过程，生产装置的平稳运行是节能降耗的重要保障，也是最有效的节能途径。
为此辽阳石化从强化生产装置安全、平稳、长周期运行入手，连续三年开展主体装置长周期竞赛活动。
同时针对石油化工生产的特点，全面推进工业生产过程信息化应用，提高生产过程的自动化、智能化水平，保证装置安稳长周期运行，最大程度实现节能降耗。
天津石化连续重整实时优化项目经验分享
天津石化连续重整实时优化项目经验分享2021 年天津石化100 万t/a连续重整装置在线实时优化（RTO）项目正式投用，开创了国内同类装置在线实时优化先河。
什么是 RTO ？在线实时优化（RTO）技术，实时跟踪原料性质、现场参数等变化，在满足工艺、设备约束的前提下，以原料、产品、公用工程价格为导向，利用数学模型、机理模型和快速、高效的优化与控制技术，对生产装置运行参数进行实时调整，与 APC 先进过程控制技术相结合实现在线闭环控制，以实现装置生产达到最佳的经济效益操作点。
提高加工量、产品收率，降低能耗是炼化企业的主要优化方向。
为实现装置协调控制和整体效益最优，天津石化不断加大创新力度，对先进控制技术进行升级。
选择与行业领先技术专家石化盈科和霍尼韦尔一起，共同开启合作与赋能之旅。
通过在线模型更新技术、实时动态优化技术，实现连续重整装置的整体实时优化。
该项技术具有实时性强、运行稳定和维护方便等优点，在国内尚属首次应用，对炼化企业提升整体优化水平、降本增效具有借鉴意义。
项目背景以石油化工为代表的流程工业是中国传统的国民经济支柱产业。
我国炼油行业在资本和市场逐步开放的环境下迅猛发展，国企、民营和合资炼厂的炼制规模不断扩大，加工一体化趋势日益加深，加之资源限制及环保要求的提高，市场竞争进入白热化阶段。
传统炼化企业如何利用先进技术优化生产、提质增效并塑造核心竞争力至关重要。
优化生产、挖潜增效，势在必行！项目挑战天津石化连续重整实时优化项目主要是针对其连续重整装置的现状和生产需求，在已有的先进控制投资基础上进行提升和改进，进一步开发实施重整反应及再生单元工艺机理计算、精馏严格工艺模型、先进控制的再开发、动态实时优化和在线模型增益更新技术，实现整个连续重整装置的区域实时优化。
在对现有连续重整先进控制应用情况分析的基础上，根据生产对区域实时优化的实际要求，对现有的预加氢、重整反应、重整再生、脱戊烷塔和脱丁烷塔的先进控制器进行了重新设计。
乙烯裂解炉裂解深度控制与实时优化
1 裂解炉生产工艺简介以石脑油为加工路线的乙烯装置按流程顺序依次分为裂解、急冷、压缩、分离4个主要单元，以及配套的火炬、污水处理、原料及产品贮存、水电汽风等公用工程单元。
在裂解单元中，裂解炉非常关键，在整套乙烯装置中，它也是核心静设备。
其作用是将石脑油、柴油、加氢尾油、液化石油气（LPG）等液态原料以及循环乙烷等气态原料加工成包含乙烯、丙烯及各种高副产品在内的裂解气。
裂解炉的主要型号有Lummus 公司的SRT、S&W 公司的USC、Linde 公司的Pyrocrack、中国石化的CBL 等等。
其结构一般包含炉体、炉管、汽包、废热锅炉、急冷器、烧嘴、烟囱、引风机等，炉内上部为对流段，下部为辐射段。
典型的裂解工艺通过燃料气的燃烧，裂解炉炉膛内产生1000℃以上的高温，各种原料在炉内对流段预热并与稀释蒸汽混合（用于降低烃分压）后，进入辐射段炉管，在高温作用下发生裂解反应，生成多组分的裂解气。
为抑制二次反应的发生，通过废热锅炉、急冷器对高温裂解气进行冷却并回收热量，随后裂解气进入急冷单元的汽油分馏塔[2]。
裂解深度是评判以生产乙烯为主要目标的裂解反应的关键指标，裂解温度、原料在炉管内的停留时间以及烃分压是影响该指标的主要因素。
因此，裂解炉的操作必须满足高温、短停留时间、低烃分压的要求[2]。
2 裂解炉先进控制、深度控制与实时优化2.1 先进控制裂解深度是指裂解反应进行的程度，控制裂解深度的目的是保证裂解反应能达到预期的程度，使目标产物最佳化。
表征裂解深度的参数有很多种，如甲烷收率、甲烷对丙烯的收率比（以下简称甲丙比）、丙烯对乙烯的收率比（以下简称丙乙比）、裂解炉裂解气出口温度（以下简称COT）等等。
但无论采用哪种参数来表征裂解深度，操作的变量都是COT。
由此可见，COT控制是裂解生产中最核心、最重要的控制方案。
裂解炉先进控制（以下简称APC）的目标就是把炉管出口平均温度控制在期望值上，即保持合适的裂解深度。
化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室
化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室开放课题基金申请指南 (2018年度)一概况化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室（以下简称实验室），立足于应用基础研究。
在根据国家中长期科技发展规划、国家和区域经济需求以及学科发展要求，充分发挥化学工程、自动控制以及计算机应用等多学科交叉的特点，围绕复杂工业生产过程控制和优化中的关键科学和技术问题，开展理论研究和应用研究。
实验室设立开放课题研究基金，为从事化工过程的先进控制和优化技术相关领域海内外研究人员提供研究课题经费。
研究课题应符合本实验室的研究方向。
优先资助：学术思想新颖、具有开拓性或创造性的预研性课题；符合国家需求、有应用前景的课题；多学科交叉、具有国际水平或国内领先的集成创新课题。
二研究方向(但不限于)1、化工过程建模与先进控制•模型化理论与方法研究•化学反应机理模型化研究•大型工业生产过程模型化及流程模拟研究2、过程优化与系统集成•智能优化算法研究•生产过程在线优化技术研究•不确定环境下的生产计划与调度研究•过程系统集成研究3、过程监控与健康诊断•生产过程信息获取研究•工业生产过程监控理论及应用研究•生产过程健康诊断研究4、复杂系统控制理论与方法•复杂控制系统的理论研究•智能控制技术研究三资助对象与申请条件1、申请者必须为高校或科研机构从事基础理论研究和应用基础研究的非本实验室科研人员；2、具有高级技术职称、在站期间的博士后、从事控制理论、控制工程和优化技术等相关领域的研究者均可申请本研究基金。
中级职称科技工作者申请时，需1名具有高级技术职称的同行科技人员的推荐；3、申请课题必须符合开放基金项目指南，学术思想新颖、立论根据充足、研究目标明确、研究内容具体、技术路线合理；4、欢迎获得国家(省、部、委)自然科学基金项目、863高技术项目、国家(省、部、委)科技攻关项目等的研究人员来实验室开展研究工作，本实验室将提供良好的上机环境，并优先考虑给予资助；四申报与审批程序1、2018年度的课题申请自2017年11月1日起至2017年12月31日结束；2、申请人从实验室主页()下载并填写开放研究课题基金申请表，按规定格式认真填写，一式三份(均为原件)，寄送至本实验室；并同时将申请书的电子版发送到实验室联系邮箱acocp-lab@；3、每项申请课题经三名以上专家进行评审，由实验室主任汇总评审意见，报实验室学术委员会，学术委员会根据择优的原则，确定资助项目；4、凡获批准立项的课题，本实验室向申请者发出“批准通知书”和“研究计划书”，在收到申请者填好的计划书后，经实验室主任组织审核，正式列为本实验室的开放研究课题；五课题管理1、基金课题执行期限一般为两年；2、获得资助的开放课题需在获得资助年度的中期向本实验室提交“开放基金课题进展报告”。
1.先进控制理论的介绍
1.先进控制理论的介绍什么是先进控制先进过程控制先进过程控制（Advanced Process Control）是指区别与常规的PID控制，并具有⽐常规PID控制效果控制的控制策略，并不专指某种计算机控制算法。
如预测控制，解耦控制，最优控制，⾃适应控制，鲁棒控制，模糊控制，智能控制，推理控制等。
实施先进控制的最终⽬的是，使装置在接近其约束边界的条件下运⾏，增强装置运⾏的平稳性，减⼩运⾏波动，保证产品质量的均匀性，提⾼⽬标产品的收率，提⾼装置的负荷，降低波动造成的运⾏成本，减少环境污染。
变量分类序号变量分类描述1被控变量（CV）被控变量是装置⽣产要保证在⼯艺范围内的⼀些指标。
被控变量(状态与⼲扰的函数)，分为给定点与区域控制等。
2操作变量（MV）操作变量是控制器对装置进⾏调整的途径和⼿段。
3前馈变量（FV）前馈变量是不受控制器控制，但对被控变量有⼲扰的可测量变量，例如来⾃控制器上游的变量。
4状态变量（SV）能够完全描述动态系统时域⾏为的所含变量个数最少的变量组称为系统的状态变量。
先进控制的主要特点1. 以现代理论为基础系统辨识（最⼩⼆乘法为基础）最优控制（极⼤值原理和动态规划⽅法）最优估计（卡尔曼滤波理论）2. 以模型为基础，处理多变量控制问题通常⽤来处理复杂的多变量控制问题，⽐如⼤时滞，强耦合，存在变量约束等是建⽴于常规单回路控制之上的动态协调约束控制对⼯况变化有较好的适应性模型类型：传递函数，状态控件模型建模⽅法：机理建模，预测建模3. 借助于计算机来实现数据处理与传输，模型辨识，控制规律的计算，控制性能的监控，整体系统的监视（包括统计计算，各种图形显⽰）均依赖于计算机来实现。
产⽣背景PID控制系统能解决80%左右的⼯业控制问题，随着现代控制理论的⽇益成熟，⽣产向着⼤型化，复杂化，⽅向发展，尤其是⾯对⾮线性，强耦合，⼤滞后系统。
PID控制难以满⾜苛刻的约束调价年和⾼质量的控制要求。
为了能满⾜这些要求，先进控制应运⽽⽣。
航天气化炉先进控制与优化系统的设计和实现
航天气化炉先进控制与优化系统的设计和实现薛美盛1徐智康1秦宇海2（1.中国科学技术大学信息科学技术学院;2.江苏庞景节能科技有限公司）摘要采用广义预测控制算法，利用神经网络建模和遗传算法寻优，设计并实现了一套航天气化炉先进控制与优化系统。
该系统成功应用于某煤化工企业。
现场应用表明：该系统的投运明显改善了气化炉控制品质，达到了节能降耗的效果。
关键词航天气化炉广义预测控制神经网络氧煤比中图分类号TP273文献标识码B文章编号1000-3932（2021）03-0206-06煤炭约占世界能源储量的79%,煤炭利用技术的开发和研究是我国能源战略的重要内容之一2017年,我国相继发布了%煤炭深加工产业示范“十三五”规划＞[2]和％现代煤化工产业创新发展布局方案》。
二者都不同程度地指出,目前我国煤化工行业仍处于产业化初级阶段,产业发展初具规模，但尚存在一些问题亟待解决$长期以来，在煤化工行业缺乏自主知识产权的粉煤加压气化技术，限制了国内煤化工大规模地发展,需要引进国外先进技术$2007年,航天长征化学工程股份有限公司借鉴荷兰Shell）美国Texaco等公司先进技术设计研发了航天气化炉[3]$截至2019年,全国共建成航天气化炉101台，航天气化炉势必将成为煤气化技术未来发展的重心$由于涉及到许多复杂的化学反应过程，航天气化炉是一个复杂的大惯性、大滞后、时变和非线性系统，相应的控制理论和应用都尚不成熟[4]$实现航天气化炉先进控制和优化,关键在于稳定气化炉气化过程炉温，同时在稳定工况的前提下优化气化炉系统氧煤比$笔者以机架式服务器为硬件平台，将选择控制策略与广义预测控制算法结合来稳定控制炉温，采用神经网络建模和遗传算法寻优相结合优化氧煤比，设计并实现了一套航天气化炉先进控制与优化系统,取得了良好的应用效果$1航天气化炉简介某煤化工企业配备3台（两运一备）航天气化炉。
气化炉直径4m,高24.5m,气化温度1400~ 1600!,气化压力4MPa,日投煤量2kt以上,有效气（CO和出）产量140~180Nkm3/h,年产乙二醇30万吨$现场采用PLC控制，在Microsoft Windows Server2008上采用美国霍尼韦尔公司的EPKS4.0.8系统完成气化炉的操控$航天气化炉工艺流程简图如图1所示，主要包括原煤处理、炉内气化、灰渣处理和合成洗涤4部分。
2.0 AES-UES在循环流化床机组优化控制的应用
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4.先进燃烧控制模块 ACC 应用（1）
• 先进燃烧控制的目标是 获取最好的燃烧效率和 满足排放标准的CO、 SO2及NOx排放量。
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4.先进燃烧控制模块 ACC（3）
• 先进燃烧控制系统包括了： (1).燃烧优化器； (2).先进燃烧控制协调器； (3).软测量传感器。
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( 优化工具 1 ).燃烧优化器应用
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三．循环流化床锅炉控制特性（4）
• 床料中含有大量的即燃燃料、石灰石，对控制过程的 影响很大； • 负荷的响应特性 一次风的作用提高了循环 流化床锅炉燃烧系统负荷 初始响应的速度；但由于 循环流化床锅炉燃料—— 负荷特性具有很大的迟延 和惯性，系统的调整时间 比较长。
10
四．循环流化床先进控制和实时优化控制
26
5.先进蒸汽温度控制模块 ATC 应用（1）
• 汽温被控对象具有大时 延和大惯性； • 采用先进控制后，可以 减小蒸汽温度的波动幅 度，提高调节品质，蒸 汽温度的设定点可以设 定在相对较高的数值。
27
5.先进蒸汽温度控制模块 ATC 应用（2）
• ATC以多变量速率最优预 测控制器(MACE)为基础， 使用了采用了模型的预测 控制技术的计算引擎和范 围控制的概念。 • ATC改善锅炉过热蒸汽温 度的稳定性。
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( 优化工具 3 ).软测量传感器应用
• 床料中的燃料量； • 炉床石灰石 Nhomakorabea； • 瞬时石灰石的消耗率； • 在炉床上释放的瞬时产生的热量。
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(4). CFB锅炉燃烧系统控制策略
• 循环流化床锅炉炉床释放的热流量与床料内含有的燃料 量成正比，通过了解循环流化床锅炉的控制特性，由此 提出用一次风控制炉床释放的热流量，用进料量控制、 稳定床料内的燃料量的新控制策略。该控制策略很好地 解决了循环流化床锅炉燃烧控制的难点，为循环流化床 锅炉的燃烧控制提供了新的思路和方法，并在实际的使 用中获得很好的应用效果。
建筑行业如何推动智能化转型
建筑行业如何推动智能化转型在当今科技飞速发展的时代，各个行业都在积极寻求转型升级，建筑行业也不例外。
智能化转型已经成为建筑行业未来发展的必然趋势，它不仅能够提高建筑的质量和效率，还能降低成本、保障安全、实现可持续发展。
那么，建筑行业究竟该如何推动智能化转型呢？首先，要加强信息化建设。
建筑行业涉及众多环节和参与方，信息的及时传递和准确共享至关重要。
通过建立统一的信息化平台，将设计、施工、监理、业主等各方连接起来，实现项目信息的实时交流和协同工作。
比如，在设计阶段，设计师可以利用BIM（建筑信息模型）技术创建三维模型，直观展示建筑的外观、结构和设备布局。
施工方可以基于 BIM 模型进行施工模拟和进度计划安排，提前发现并解决施工中的问题。
同时，信息化平台还能对项目的成本、质量、安全等进行实时监控和管理，提高决策的科学性和准确性。
其次，引入先进的智能化设备和技术。
例如，使用智能塔吊、无人驾驶施工车辆等设备，提高施工的自动化水平。
智能塔吊可以通过传感器和自动控制系统，实现精准吊运和防碰撞功能，大大提高施工的安全性和效率。
无人驾驶施工车辆则能够在复杂的施工现场自主行驶和作业，减少人力成本和人为失误。
此外，还有 3D 打印技术、装配式建筑技术等，这些技术能够提高建筑构件的生产效率和质量，减少现场施工的工作量和环境污染。
再者，注重人才培养。
智能化转型需要既懂建筑专业知识又掌握信息技术的复合型人才。
建筑企业应加强对员工的培训，提高他们的信息化素养和智能化技术应用能力。
可以通过内部培训、外部进修、与高校合作等方式，培养一批能够适应智能化转型的人才队伍。
同时，也要积极引进相关领域的专业人才，为企业的智能化转型注入新的活力。
另外，优化管理模式也是推动智能化转型的关键。
传统的建筑项目管理模式往往存在效率低下、沟通不畅等问题。
智能化转型要求建筑企业建立更加扁平化、灵活化的管理架构，打破部门之间的壁垒，实现信息的快速流通和资源的高效配置。
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使系统仍然稳定且保持控制性能的控制方法。
先进控制的发展
模糊控制－基于模糊集理论的一种控制方法，即建立模糊模型、进行模糊化、清晰化和采用模糊 化推理等来实现。
智能控制－是一种人工智能、控制理论、运筹学和信息论相结合的控制方法，它采用诸如专家系 统、神经网络、模式识别等各种人工智能技术应用于控制系统。
石油化工生产过程APC/RTO潜在效益
潜在效益是APC/RTO发展的动力 生产装置规模越大，效益越显著 社会越发展，要求越迫切
Benson & Perkins 的估计 (CPC-V,1996) 基于运行平均水平与先进水平差矩分析： 平稳控制与动态优化：1200 亿/年 减少起动、停车与切换： 1000 亿/年
如最优控制、解耦控制、推理控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、智能控制、预测 控制等。
先进控制主要特点
以现代控制理论为基础 ✓ 系统辨识（最小二乘法为基础） ✓ 最优控制（极大值原理和动态规划方法） ✓ 最优估计（卡尔曼滤波理论）
以模型为基础，处理多变量控制问题 ✓ 模型类型：传递函数，状态空间模型 ✓ 建模方法：机理建模、测试建模
预测控制－采用对输出进行预报、对模型进行反馈校正、对控制实施滚动优化等策略的控制。 ……
APC面向对象
现代流程工业 连续生产过程
整个生产过程的连续性和无间断性，通过一系列加工装置对原材料进行规定的化学反应和物理 变化。如炼油、化工、电力、造纸、冶金等行业
有明确的性能改善要求 提高控制平稳性 降低操作人员劳动强度 改善产品质量或提高高价值产品收率 节能降耗
生产过程的实时优化
已有PID控制系统，还需要APC吗？
石油化工生产装置操作运性特性： 多变量关联 动态变化：多种动态响应与多重时滞 非线性：变量间关系随操作状态变化 许多重要变量不能实时测量得到 运行状态、约束与控制要求经常发生变化
干扰、设备、工艺条件、运行环境 生产负荷 生产方案：产品规格、工艺流程 结构：(作为被控对象)被控变量与操纵变量的变化
先进控制的发展
最优控制－给出最优结构和最优控制策略，使得系统输出与预先选定的性能指标函数的偏差最小 的控制方法。
解耦控制－多变量控制系统中消除变量间的相互影响。 推理控制－采用干扰信号分离、干扰估计器等解决被控量和干扰不可测情况下的控制问题。 自适应控制－控制实施中可以改变控制系统本身。从而使控制行为适合于新的环境。它包含了模
良好操作控制日益成为“安、稳、长、满、优”主要因素 生产规模的增大，对操作控制的要求越来越高
石油化工生产过程APCRTO潜在效益
装置名称 原油蒸馏 催化裂化 催化重整 加氢裂Байду номын сангаас 延迟焦化 烷基化 异构化 轻烃分离
处理量 750万吨/年 350万吨/年 250万吨/年 250万吨/年 150万吨/年 150万吨/年 150万吨/年 200万吨/年
PID控制难于适应生产过程的变化，无优化功能
上世纪八十年代APC开始发挥作用
背景：现代控制理论的发展与应用 数字计算机技术的发展，DCS的出现 生产过程规模的不断扩大，迫切要求更好的控制与优化
设计已经优化，APC还有多少效益？
实际运行与设计条件不同 原料量与原料性质的变化 市场需求的变化、生产环境的变化
运行总是处于动态变化之中，与基于稳态的设计不同 如何使运行安全、平稳，并处于优化状态? 如何在变化的情况下给出优化条件并尽快达到优化?
石油化工生产装置操作控制的潜在效益
“安、稳、长、满、优” 就有明显效益 无或少事故，无或少联锁切换，安全运行 产品质量合格，产率或收率最高，尤其是高价值产品产率的提高，离不开平稳控制 处理量高或满负荷生产 节能降耗、长周期运行 生产过程运行状态的优化
先进控制与实时优化技术交流
主要内容
先进控制系统概述 先进控制技术介绍 案例分析 工程实施
什么是先进控制（APC）
APC = 先进过程控制 Advanced Process Control
是对那些不同于常规控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果控制策略的统称，而非 专指某种计算机控制算法。
已有PID控制系统，还需要APC吗？
PID控制是平稳生产运行的必不可少的手段 对响应慢、时间滞后明显的过程，控制性能有待提高
由PID控制组成的多变量控制作用有限 串级、均匀、选择、分程等发挥了一定作用，但有限。 不完全适应多变量互相影响的生产过程
PID控制不完全适应生产过程操作控制的要求 不便于处理约束和和区域控制要求 无多变量协调优化功能
先进控制主要特点
借助于计算机来实现 数据处理与传输、模型辨识、控制规律的计算、控制性能的监控、整体系统的监视（包括统计计算、 各种图形显示）等均依赖于计算机来实现。
先进控制的发展
单回路控制和多回路控制系统能解决80％左右的工业控制问题，但是随着生产向着大型化、复杂化 方向发展，已难以满足苛刻的约束条件和高质量的控制要求。因而也难以获取显著的经济效益。随着现 代控制理论的日臻成熟和强有力的计算机出现，使得先进控制应运而生。
生产过程采用计算机控制
为何要实施APC？
连续生产过程提高效益的两个方面： 生产过程工艺与设备的创新与改造 不断采用先进工艺技术和设备 生产装置的优化，生产装置规模的不断扩大 生产过程运行与管理的科学化 生产装置的安全平稳运行（离不开自动控制） 生产装置的先进控制与实时优化（APC/RTO） 生产调度与生产计划的优化 生产和技术管理的科学化
效益(万元/年) 225－450 420－1050 150－450 135－315 144－480 135－315 67.5－135 120－240
效益(元/吨) 2.5－5.0 10.0－25.0 5.0－15.0 4.0－10.0 7.0－25.0 6.0－15.0 3.0－6.0 5.0－10.0