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16
炼油过程先进控制
过程工艺计算: •过程流量的补偿
•液体流率的温度补偿 •气体流率的温度压力补偿
•过程温度压力的补偿
•Antoine Equation （蒸汽压）
•特定过程计算
•转化率, 产品分布 •负荷计算
•产品质量预测
17
炼油过程先进控制
高等调节控制(IRC) •非线性液位控制(NLLC)
•反再部分的工艺计算 •反再部分的控制策略 •反再部分的阶跃实验 •反再部分的模型辨识 •反再部分先进控制器建立 •反再先进控制器的实施
21
炼油过程先进控制
To Main Fractionator
WetGas Compressor Controls
To CO Boiler
PRC 102
PRC 102
7
炼油过程先进控制
线性化模型：
提升管出口温度与再生滑阀开度的关系
时域响应
Laplace 传递函数
505
Y(t)
500 0
10
20
U(t)
30
40
Y (s) Kes U (s) Ts 1
e y(t) 500 5u(t)(1 tT )
8
炼油过程先进控制
预测模型:
y(t P) a1u(t P 1) a2u(t P 2) a3u(t P 3) ... aNu(t N P) y(t) ... y(t 3) a1u(t 2) a2u(t 1) a3u(t) ... aNu(t N 1) y(t) y(t 2) a1u(t 1) a2u(t) a3u(t 1) ... aNu(t N) y(t) y(t 1) a1u(t) a2u(t 1) a3u(t 2) ... aNu(t N 1) y(t)
炼油过程先进控制
炼油过程先进控制
APC
2004年12月
1
炼油过程先进控制
•前言
•模型预测控制的简介 (MPC)
•基本原理及优点 (与常规控制相比较) •Honeywell 鲁棒多变量模型预测控制技术（RMPCT）特点
•APC 工程
•APC 外围环境 •APC 实施步骤及核心技术
•RFCC MPC 应用 (实例)
MPC 优点: •基于模型的控制:
模型越准确，控制效果越好
•控制品质高 •滞后补偿 •静态动态解耦 •约束的处理 •非方系统（“胖”系统，“瘦”系统）控制 •非最小相位
12
炼油过程先进控制
APC 实施: •效益分析 •功能设计与详细设计 •常规仪表与在线测量仪表 •APC实施平台与数据通讯 •过程工艺计算 •高等调节控制(IRC) •MPC 实施
Expander
WRC 101
1st Stage Regenerator
M102 Air Comp.
Catalyst Cooler
Naphtha
Quench
PRC
103
To CO Boiler
TRC 101
Final Regenerator
2nd Stage WRC Regenerator 109
Riser
4
炼油过程先进控制
常规PID控制结构
D(s)
E(s)
U(s)
SP
PID
过程
Y(s)
测量变送器
5
炼油过程先进控制
离散PID控制： •单入单出控制（反馈的基本思想） •鲁棒性 •利用当前值及前两步值 •回路间的耦合 •无滞后补偿 •非最小相位
6
炼油过程先进控制 MPC基本原理： •预测模型（线性化模型） •滚动优化 •在线校正 •经济效益线性规划
13
炼油过程先进控制
效益分析 •数据来源
•过程数据 (原始)及实验室数据 •初始阶跃实验
•结论 •IRC效益 •MPC效益
•效益来源
•装置运行平稳，便于卡边操作 •区间控制增加操作的自由度
14
炼油过程先进控制 功能设计与详细设计 •当前系统的检测、控制系统(即管线配置图) •当前的过程瓶颈 •当前工艺的操作思想 •APC 目标的确定 •APC 目标与控制功能的分解 •项目定义
FRC104A FRC102A
FRC104B FRC102B
FRC105A FRC103A
FRC105B FR103B
Recycle Oil FRC207
15
炼油过程先进控制
APC实施平台与数据通讯 • TDC 3000 DCS 系统
•AM (AxM 推荐使用) for MPC and IRC •Or RMPCT Node（GUS）
•Non-TDC 3000 DCS系统
•DEC VAX/ALPHA 上位机 •DCS与上位机接口 •(Open)VMS/Windows NT/UNIX 操作系统 •实时数据库(HoneyweBaidu Nhomakorabeal PhD)
•利用容器的缓冲性能
•比值控制 •加热炉的热平衡控制
•加热炉多路输出温度控制
•分馏塔热负荷控制
•非线性过程的线性化
•RPID控制
•离线PID参数整定与在线应用
18
炼油过程先进控制 MPC 工程实施: •初始阶跃实验和MPC控制策略 •装置阶跃实验 •过程模型辨识 •软件安装（控制器内核及人机界面） •MPC 控制器建立 •MPC 调试及投用 •工程技术人员及操作工的培训 •项目技术文档
矩阵形式：
y
[
A]u
[
B]d
e
9
炼油过程先进控制
MPC 性能指标的数学描述：
p
Min y(k 1| l) r(k 1) u(k l 1) B
u(k ),...,u(k m1) l1
s.t. y [ A]u
y y y
Ysp
u u u
Y(t)
U(t)
Past Future
10
炼油过程先进控制
19
炼油过程先进控制 重油催化（RFCC） RMPCT 应用: •反再部分的先进控制
•反再部分的平稳操作 •处理量的提高 •苛刻度及产率控制
•分馏部分先进控制
•产品质量控制 •获得最大的高值产品
•吸收解吸稳定部分的先进控制
•产品质量控制 •获得最大的高值产品
20
炼油过程先进控制
RFCC 反再部分的先进控制:
•反应再生部分 •主分馏塔部分 •吸收解吸稳定部分
•结论
2
炼油过程先进控制
前言 •过程控制历史
•经典 PID 反馈控制 •状态空间 (优化) 控制 •先进控制(APC)
•基于模型的控制
•模糊控制及人工智能(神经网络) •模型预测控制(MPC)
MPC --- 成功的先进控制技术的核心
3
炼油过程先进控制 模型预测控制（MPC） •常规过程控制基本思想 •MPC基本原理 •MPC与常规控制的不同
炼油过程先进控制
过程工艺计算: •过程流量的补偿
•液体流率的温度补偿 •气体流率的温度压力补偿
•过程温度压力的补偿
•Antoine Equation （蒸汽压）
•特定过程计算
•转化率, 产品分布 •负荷计算
•产品质量预测
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炼油过程先进控制
高等调节控制(IRC) •非线性液位控制(NLLC)
•反再部分的工艺计算 •反再部分的控制策略 •反再部分的阶跃实验 •反再部分的模型辨识 •反再部分先进控制器建立 •反再先进控制器的实施
21
炼油过程先进控制
To Main Fractionator
WetGas Compressor Controls
To CO Boiler
PRC 102
PRC 102
7
炼油过程先进控制
线性化模型：
提升管出口温度与再生滑阀开度的关系
时域响应
Laplace 传递函数
505
Y(t)
500 0
10
20
U(t)
30
40
Y (s) Kes U (s) Ts 1
e y(t) 500 5u(t)(1 tT )
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炼油过程先进控制
预测模型:
y(t P) a1u(t P 1) a2u(t P 2) a3u(t P 3) ... aNu(t N P) y(t) ... y(t 3) a1u(t 2) a2u(t 1) a3u(t) ... aNu(t N 1) y(t) y(t 2) a1u(t 1) a2u(t) a3u(t 1) ... aNu(t N) y(t) y(t 1) a1u(t) a2u(t 1) a3u(t 2) ... aNu(t N 1) y(t)
炼油过程先进控制
炼油过程先进控制
APC
2004年12月
1
炼油过程先进控制
•前言
•模型预测控制的简介 (MPC)
•基本原理及优点 (与常规控制相比较) •Honeywell 鲁棒多变量模型预测控制技术（RMPCT）特点
•APC 工程
•APC 外围环境 •APC 实施步骤及核心技术
•RFCC MPC 应用 (实例)
MPC 优点: •基于模型的控制:
模型越准确，控制效果越好
•控制品质高 •滞后补偿 •静态动态解耦 •约束的处理 •非方系统（“胖”系统，“瘦”系统）控制 •非最小相位
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炼油过程先进控制
APC 实施: •效益分析 •功能设计与详细设计 •常规仪表与在线测量仪表 •APC实施平台与数据通讯 •过程工艺计算 •高等调节控制(IRC) •MPC 实施
Expander
WRC 101
1st Stage Regenerator
M102 Air Comp.
Catalyst Cooler
Naphtha
Quench
PRC
103
To CO Boiler
TRC 101
Final Regenerator
2nd Stage WRC Regenerator 109
Riser
4
炼油过程先进控制
常规PID控制结构
D(s)
E(s)
U(s)
SP
PID
过程
Y(s)
测量变送器
5
炼油过程先进控制
离散PID控制： •单入单出控制（反馈的基本思想） •鲁棒性 •利用当前值及前两步值 •回路间的耦合 •无滞后补偿 •非最小相位
6
炼油过程先进控制 MPC基本原理： •预测模型（线性化模型） •滚动优化 •在线校正 •经济效益线性规划
13
炼油过程先进控制
效益分析 •数据来源
•过程数据 (原始)及实验室数据 •初始阶跃实验
•结论 •IRC效益 •MPC效益
•效益来源
•装置运行平稳，便于卡边操作 •区间控制增加操作的自由度
14
炼油过程先进控制 功能设计与详细设计 •当前系统的检测、控制系统(即管线配置图) •当前的过程瓶颈 •当前工艺的操作思想 •APC 目标的确定 •APC 目标与控制功能的分解 •项目定义
FRC104A FRC102A
FRC104B FRC102B
FRC105A FRC103A
FRC105B FR103B
Recycle Oil FRC207
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炼油过程先进控制
APC实施平台与数据通讯 • TDC 3000 DCS 系统
•AM (AxM 推荐使用) for MPC and IRC •Or RMPCT Node（GUS）
•Non-TDC 3000 DCS系统
•DEC VAX/ALPHA 上位机 •DCS与上位机接口 •(Open)VMS/Windows NT/UNIX 操作系统 •实时数据库(HoneyweBaidu Nhomakorabeal PhD)
•利用容器的缓冲性能
•比值控制 •加热炉的热平衡控制
•加热炉多路输出温度控制
•分馏塔热负荷控制
•非线性过程的线性化
•RPID控制
•离线PID参数整定与在线应用
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炼油过程先进控制 MPC 工程实施: •初始阶跃实验和MPC控制策略 •装置阶跃实验 •过程模型辨识 •软件安装（控制器内核及人机界面） •MPC 控制器建立 •MPC 调试及投用 •工程技术人员及操作工的培训 •项目技术文档
矩阵形式：
y
[
A]u
[
B]d
e
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炼油过程先进控制
MPC 性能指标的数学描述：
p
Min y(k 1| l) r(k 1) u(k l 1) B
u(k ),...,u(k m1) l1
s.t. y [ A]u
y y y
Ysp
u u u
Y(t)
U(t)
Past Future
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炼油过程先进控制
19
炼油过程先进控制 重油催化（RFCC） RMPCT 应用: •反再部分的先进控制
•反再部分的平稳操作 •处理量的提高 •苛刻度及产率控制
•分馏部分先进控制
•产品质量控制 •获得最大的高值产品
•吸收解吸稳定部分的先进控制
•产品质量控制 •获得最大的高值产品
20
炼油过程先进控制
RFCC 反再部分的先进控制:
•反应再生部分 •主分馏塔部分 •吸收解吸稳定部分
•结论
2
炼油过程先进控制
前言 •过程控制历史
•经典 PID 反馈控制 •状态空间 (优化) 控制 •先进控制(APC)
•基于模型的控制
•模糊控制及人工智能(神经网络) •模型预测控制(MPC)
MPC --- 成功的先进控制技术的核心
3
炼油过程先进控制 模型预测控制（MPC） •常规过程控制基本思想 •MPC基本原理 •MPC与常规控制的不同