流程工業(yè)先進(jìn)控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展概要

1、n流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、流程工業(yè)包括了石化、煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力、食品加工等是在知識經(jīng)濟(jì)時代冶金、采礦、電力、食品加工等是在知識經(jīng)濟(jì)時代的的2121世紀(jì)的國民經(jīng)濟(jì)中占世紀(jì)的國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)主導(dǎo)地位的行業(yè)地位的行業(yè)n全球全球500500強(qiáng)行業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)有強(qiáng)行業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)有7070余家，占余家，占15%15%，其營業(yè)收入占總收入的其營業(yè)收入占總收入的16.5%16.5%n我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的66%66%，流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，因流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，

2、因此，流程工業(yè)是國家的此，流程工業(yè)是國家的重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)重要基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè) 全球全球500強(qiáng)企業(yè)中，強(qiáng)企業(yè)中，流程工業(yè)企業(yè)占了流程工業(yè)企業(yè)占了70家家 中國流程工業(yè)總產(chǎn)值中國流程工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值66%n是將先進(jìn)的是將先進(jìn)的工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制技術(shù)為代表的信息技術(shù)和以先進(jìn)控制技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)相結(jié)合合n將企業(yè)的將企業(yè)的經(jīng)營管理，生產(chǎn)過程的控制、運經(jīng)營管理，生產(chǎn)過程的控制、運行與管理行與管理作為一個整體進(jìn)行控制與管理作為一個整體進(jìn)行控制與管理n實現(xiàn)企業(yè)的實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理理，成為提高企

3、業(yè)競爭力的重要高技術(shù)，成為提高企業(yè)競爭力的重要高技術(shù) n 2121世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使企業(yè)的經(jīng)營活動世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使企業(yè)的經(jīng)營活動正在正在由封閉性、地區(qū)性向開放性和全球化由封閉性、地區(qū)性向開放性和全球化轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變n我國工業(yè)企業(yè)要在劇烈的市場競爭中處于不敗我國工業(yè)企業(yè)要在劇烈的市場競爭中處于不敗之地，必須以信息化帶動工業(yè)化，使企業(yè)具有之地，必須以信息化帶動工業(yè)化，使企業(yè)具有對對市場動態(tài)環(huán)境快速適應(yīng)能力和業(yè)務(wù)重組能力市場動態(tài)環(huán)境快速適應(yīng)能力和業(yè)務(wù)重組能力n流程工業(yè)綜合自動化的重大發(fā)展，對于推進(jìn)企流程工業(yè)綜合自動化的重大發(fā)展，對于推進(jìn)企業(yè)現(xiàn)代化管理和可持續(xù)發(fā)展，追求業(yè)現(xiàn)代化管理和可持續(xù)發(fā)展，追

4、求最佳經(jīng)濟(jì)效最佳經(jīng)濟(jì)效益，縮短生產(chǎn)周期，加快資金周轉(zhuǎn)，降低產(chǎn)品益，縮短生產(chǎn)周期，加快資金周轉(zhuǎn)，降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)競爭力成本，提高企業(yè)競爭力等方面具有特別重要的等方面具有特別重要的意義意義 n列入發(fā)達(dá)國家的重點高技術(shù)發(fā)展計劃列入發(fā)達(dá)國家的重點高技術(shù)發(fā)展計劃n國際上著名的鋼鐵企業(yè)國際上著名的鋼鐵企業(yè)日本新日鐵日本新日鐵 石化企業(yè)美國石化企業(yè)美國?？松景？松?已經(jīng)實現(xiàn)了全廠已經(jīng)實現(xiàn)了全廠CIPSCIPS 獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益n我國的流程工業(yè)我國的流程工業(yè)CIPSCIPS在國家在國家863863高技術(shù)計劃高技術(shù)計劃的支持下取得了較大的發(fā)展的支持下取得了較大的發(fā)展 l 具

5、有競爭優(yōu)勢的高技術(shù)具有競爭優(yōu)勢的高技術(shù)n流程工業(yè)企業(yè)正在大幅度提高其在信息技流程工業(yè)企業(yè)正在大幅度提高其在信息技術(shù)方面的投資術(shù)方面的投資 英國當(dāng)年信息技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)在工業(yè)界英國當(dāng)年信息技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)在工業(yè)界的市場份額為的市場份額為3131億英鎊，而流程企業(yè)在信億英鎊，而流程企業(yè)在信息技術(shù)上的花費就達(dá)到息技術(shù)上的花費就達(dá)到1515億英鎊億英鎊n二十世紀(jì)二十世紀(jì)8080年代后期，使過程控制開始突年代后期，使過程控制開始突破自動化孤島模式，出現(xiàn)了破自動化孤島模式，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、經(jīng)營于一體的綜合自動化新調(diào)度、管理、經(jīng)營于一體的綜合自動化新模式模式l 自動化領(lǐng)域的高技術(shù)中

6、的自動化領(lǐng)域的高技術(shù)中的前沿課題前沿課題n19951995年美國、日本、西歐等國已有年美國、日本、西歐等國已有100100多家煉多家煉油、化工企業(yè)都相繼建立了流程油、化工企業(yè)都相繼建立了流程CIMSCIMS系統(tǒng)。通系統(tǒng)。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向上下游、過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向上下游、產(chǎn)供銷一體化或集成產(chǎn)供銷一體化或集成化方向發(fā)展化方向發(fā)展n意大利意大利AGIPAGIP石油公司提出了以數(shù)據(jù)模型為核心石油公司提出了以數(shù)據(jù)模型為核心的工廠信息集成系統(tǒng)的方案，對生產(chǎn)過程進(jìn)行的工廠信息集成系統(tǒng)的方案，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和診斷，單元整合和優(yōu)化監(jiān)視、控制和診斷，單元整合和優(yōu)化n在管理決策層進(jìn)行在管理決策層進(jìn)行物料平衡、

7、生產(chǎn)計劃、調(diào)度、物料平衡、生產(chǎn)計劃、調(diào)度、企業(yè)資源計劃、模擬與優(yōu)化企業(yè)資源計劃、模擬與優(yōu)化等。目前國外實施等。目前國外實施CIMSCIMS的大型流程工業(yè)企業(yè)已占很大比例的大型流程工業(yè)企業(yè)已占很大比例 n流程工業(yè)中運行的控制系統(tǒng)均流程工業(yè)中運行的控制系統(tǒng)均以控制性能以控制性能為指為指標(biāo)，沒有對產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標(biāo)進(jìn)行控制，因標(biāo)，沒有對產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標(biāo)進(jìn)行控制，因而產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)品收率低，生產(chǎn)成本高而產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)品收率低，生產(chǎn)成本高n生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)過程中的物耗、能耗、設(shè)備運行物耗、能耗、設(shè)備運行都沒有實都沒有實現(xiàn)在線控制與管理現(xiàn)在線控制與管理n生產(chǎn)過程沒有實現(xiàn)生產(chǎn)過程沒有實現(xiàn)優(yōu)化運行、優(yōu)化控制

8、和優(yōu)化優(yōu)化運行、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理管理n企業(yè)企業(yè)資源未能實現(xiàn)優(yōu)化配置，資源未能實現(xiàn)優(yōu)化配置，企業(yè)的經(jīng)營管理、企業(yè)的經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程指揮與管理和過程控制的信息沒有實生產(chǎn)過程指揮與管理和過程控制的信息沒有實現(xiàn)有效集成現(xiàn)有效集成 基于基于ERP/MES/PCS的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System)l 基于基于ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)的特特 點點n三層結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理

9、結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)“扁平化扁平化”的思想，較之五層結(jié)構(gòu)更的思想，較之五層結(jié)構(gòu)更易易于集成和實現(xiàn)于集成和實現(xiàn)n系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的扁平化，促使管理以職能為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的扁平化，促使管理以職能為中心向以過程為中心轉(zhuǎn)變中心向以過程為中心轉(zhuǎn)變 n三級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了三級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一體化過程控制（一體化過程控制（IPCIPC）的要求的要求n三級結(jié)構(gòu)中，三級結(jié)構(gòu)中，MES MES 是集成的關(guān)鍵是集成的關(guān)鍵 nERP（企業(yè)資源計劃）（企業(yè)資源計劃）&SCM (供應(yīng)鏈供應(yīng)鏈)nMES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的跟蹤（制造執(zhí)行系統(tǒng)）通過對生產(chǎn)系統(tǒng)的跟蹤和監(jiān)督，以有效實現(xiàn)生產(chǎn)計劃和調(diào)度的優(yōu)化和監(jiān)督，以有

10、效實現(xiàn)生產(chǎn)計劃和調(diào)度的優(yōu)化nMonitoring & SPC（Statistical Process Control）(過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程分析過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程分析)nROP（Real-Time Optimization實時優(yōu)化）實時優(yōu)化）nAPC & R2R（Advanced Process Control & Run to Run Control 先進(jìn)控制與）先進(jìn)控制與）ERPSCMMESMonitoring& SPCAPCREOPT公司各部門公司各部門l 在遞階級構(gòu)中的地位在遞階級構(gòu)中的地位工廠級優(yōu)化工廠級優(yōu)化裝置級裝置級MPCDCS過程監(jiān)控過程監(jiān)控生產(chǎn)過

11、程生產(chǎn)過程企業(yè)或企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)企業(yè)集團(tuán)經(jīng)營優(yōu)化經(jīng)營優(yōu)化l 信息化企業(yè)的示意結(jié)構(gòu)信息化企業(yè)的示意結(jié)構(gòu)需求預(yù)測戰(zhàn)略計劃訂單管理客戶管理客戶訂單ATP/CTP生產(chǎn)計劃和調(diào)度采購計劃MESAPC侖庫管理生產(chǎn)裝置ERP監(jiān)控監(jiān)控傳統(tǒng)控制傳統(tǒng)控制: 反饋、串級、前饋等。反饋、串級、前饋等。MPC: 帶約束的多變量模型預(yù)測控制帶約束的多變量模型預(yù)測控制實時優(yōu)化控制實時優(yōu)化控制: 裝置和全廠的實時優(yōu)化以提供裝置和全廠的實時優(yōu)化以提供局部控制器的設(shè)定值局部控制器的設(shè)定值過程監(jiān)督控制過程監(jiān)督控制: 基於歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計方法實現(xiàn)基於歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計方法實現(xiàn)系統(tǒng)系統(tǒng)(過程過程)性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控,

12、 例如例如 PCA, PLS 和和 NN 等。等。R2RMES層層ERP層層PCS 層層 傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、在線分析儀資產(chǎn)管理資產(chǎn)動態(tài)管理 實實 時時 調(diào)調(diào) 度度生產(chǎn)管理中 間庫 存管理ERP（Enterprise Resource Planning) 企業(yè)資源管理 生產(chǎn)過程管理 物流計劃 生產(chǎn)成本計劃 生產(chǎn)計劃物 流 控 制與管理生產(chǎn)成本控制與管理數(shù)據(jù)統(tǒng)計/生產(chǎn)調(diào)度中 間產(chǎn) 品管理e安全控制與管理 質(zhì)量控制 生產(chǎn)過程模型化生產(chǎn)過程模型化過程模擬基于工藝目標(biāo)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的過程優(yōu)化控制接口與信息界面 DCS 系統(tǒng) FCS系統(tǒng) 生產(chǎn)過程支持系統(tǒng) 高高 級級 控控 制制 傳統(tǒng)APCe設(shè)備維護(hù)管理知

13、識 信息e運行操作支持l ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四大創(chuàng)新技術(shù)四大創(chuàng)新技術(shù) 1、以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù)制技術(shù) (APC)2、以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化運行、以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過程優(yōu)化運行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理技優(yōu)化控制、優(yōu)化管理技 (MES)3、以財務(wù)分析與決策為核心的整體資源優(yōu)、以財務(wù)分析與決策為核心的整體資源優(yōu)化技術(shù)化技術(shù) (ERP)4、以企業(yè)目標(biāo)為主導(dǎo)，以知識鏈為依托的、以企業(yè)目標(biāo)為主導(dǎo)，以知識鏈為依托的ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)集成技術(shù)三級結(jié)構(gòu)集成技術(shù)2.1 先進(jìn)控制的提出與特點先進(jìn)控制的提出與特點2,2 先進(jìn)

14、控制的發(fā)展現(xiàn)狀先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀2.3 基于模型預(yù)測的多變量約束控制基于模型預(yù)測的多變量約束控制MCC （Multivariable Constrained Controller ）2.4 MCC在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用l在在FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用(仿真仿真)lMCC在大型催化裂化中的應(yīng)用在大型催化裂化中的應(yīng)用 u規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性，非線性，強(qiáng)耦合性強(qiáng)耦合性u實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；實現(xiàn)安全、平穩(wěn)、高效生產(chǎn)的需要；u提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競爭力的重要對策；提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競爭力的重要對策；u

15、先進(jìn)控制與在線優(yōu)化在工廠綜合優(yōu)化控制中先進(jìn)控制與在線優(yōu)化在工廠綜合優(yōu)化控制中起著承上啟下的重要作用起著承上啟下的重要作用n美國的化學(xué)工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個就美國的化學(xué)工業(yè)每年的產(chǎn)值四千億美元，提供一百多萬個就業(yè)崗位，業(yè)崗位，2000年出口總值達(dá)年出口總值達(dá)725億美元，占美國出口的億美元，占美國出口的10%。n要保持化工工業(yè)在全球的銷售實力，就要保持更低的價格和要保持化工工業(yè)在全球的銷售實力，就要保持更低的價格和更可靠的服務(wù)，必須不斷將先進(jìn)的信息技術(shù)和過程控制技術(shù)更可靠的服務(wù)，必須不斷將先進(jìn)的信息技術(shù)和過程控制技術(shù)融合到生產(chǎn)過程中。融合到生產(chǎn)過程中。n生產(chǎn)過程中使用反饋控制能

16、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低材料和能生產(chǎn)過程中使用反饋控制能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低材料和能源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從源的消耗、減少對環(huán)境的影響、提高安全性、降低成本，從而，在全球經(jīng)濟(jì)中更具競爭力。而，在全球經(jīng)濟(jì)中更具競爭力。u 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代后期，過程控制已被廣泛年代后期，過程控制已被廣泛應(yīng)用于石化和材料的加工過程，主要是應(yīng)用于石化和材料的加工過程，主要是單回路局部反饋控制形式單回路局部反饋控制形式，各控制器之，各控制器之間幾乎沒有聯(lián)系。間幾乎沒有聯(lián)系。u在在80年代和年代和90年代，多變量控制特別是年代，多變量控制特別是基于基于模型預(yù)測控制模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)

17、化控制得到迅速的的多變量優(yōu)化控制得到迅速的發(fā)展發(fā)展。u基于模型預(yù)測控制基于模型預(yù)測控制近幾年已用于處理大規(guī)模的過程近幾年已用于處理大規(guī)模的過程控制問題?？刂茊栴}。n基于模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制，在具有基于模型預(yù)測控制的多變量優(yōu)化控制，在具有控控制約束和狀態(tài)約束制約束和狀態(tài)約束的工業(yè)過程中，已成為一種標(biāo)的工業(yè)過程中，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)。準(zhǔn)的控制技術(shù)。n在在2000年據(jù)控制廠商報道，模型預(yù)測控制已有年據(jù)控制廠商報道，模型預(yù)測控制已有5000多例多例，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空，包括煉油、石化、紙漿和造紙、空氣分離、食品加工、煉鋼、航空和汽車。氣分離、食品加工、煉鋼、航空和汽車。 l

18、基于模型控制的理論體系已基本形成，基于模型控制的理論體系已基本形成，出現(xiàn)了許多出現(xiàn)了許多基于模型預(yù)測的多變量約束基于模型預(yù)測的多變量約束模型控制模型控制 ，如如AspenTechAspenTech 的的DMCplusDMCplus、 MCCMCC等等工程化工程化軟件包軟件包，是是的先進(jìn)控制策略的先進(jìn)控制策略l 專家控制系統(tǒng)：專家控制系統(tǒng)：過程故障診斷，監(jiān)督控過程故障診斷，監(jiān)督控制，檢測儀表和控制回路有效性制，檢測儀表和控制回路有效性l 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：非線性過程的建模，軟測量，非線性過程的建模，軟測量，控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)的設(shè)計 先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀先進(jìn)控制的發(fā)展現(xiàn)狀l 模糊系統(tǒng)：模糊系統(tǒng)

19、：模糊控制理論基礎(chǔ)，表達(dá)不確定模糊控制理論基礎(chǔ)，表達(dá)不確定性知識；性知識；l 非線性控制：非線性控制：開發(fā)中，應(yīng)用不多；開發(fā)中，應(yīng)用不多；l 魯棒控制：魯棒控制：研究熱點，理論性太強(qiáng)，實際應(yīng)研究熱點，理論性太強(qiáng)，實際應(yīng)用需做大量的改進(jìn)和簡化；使先進(jìn)控制具備用需做大量的改進(jìn)和簡化；使先進(jìn)控制具備魯棒性是重要的發(fā)展方向。魯棒性是重要的發(fā)展方向。l 其他先進(jìn)控制其他先進(jìn)控制還包括：內(nèi)?？刂?，自適應(yīng)控還包括：內(nèi)?？刂疲赃m應(yīng)控制，增益調(diào)整，解耦控制，時滯補(bǔ)償?shù)?；制，增益調(diào)整，解耦控制，時滯補(bǔ)償?shù)龋?.3 MCC 是具有是具有約束約束的多變量、多目標(biāo)、的多變量、多目標(biāo)、多控制模式和基于模型預(yù)測的動態(tài)多控

20、制模式和基于模型預(yù)測的動態(tài)最優(yōu)控制器最優(yōu)控制器 是應(yīng)用廣泛和最有前途的先進(jìn)是應(yīng)用廣泛和最有前途的先進(jìn)控制策略控制策略六十年代六十年代-七十年代七十年代v計算機(jī)硬件的提高和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展但先進(jìn)計算機(jī)硬件的提高和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展但先進(jìn)控制在過程產(chǎn)業(yè)中沒有達(dá)到期望的高度控制在過程產(chǎn)業(yè)中沒有達(dá)到期望的高度原因：原因：n現(xiàn)代控制理論以高精度模型為前提，過程建模難，過現(xiàn)代控制理論以高精度模型為前提，過程建模難，過程時變，設(shè)計和運行不同程時變，設(shè)計和運行不同n現(xiàn)代控制理論不靈活：被控制變量（現(xiàn)代控制理論不靈活：被控制變量（CVCV）和操縱變量和操縱變量（MVMV）的選擇；難與的選擇；難與PIDPID配

21、合配合n硬件上尚不具備條件：計算機(jī)雖能裝入高級控制算法，硬件上尚不具備條件：計算機(jī)雖能裝入高級控制算法，但價格貴，代價高但價格貴，代價高應(yīng)用不普及；下一級控制以常應(yīng)用不普及；下一級控制以常規(guī)控制儀表為主規(guī)控制儀表為主l 提出提出 2 2v八十年代開始八十年代開始 高級控制迅猛發(fā)展的原因：高級控制迅猛發(fā)展的原因： 能源危機(jī)，能源危機(jī)，環(huán)保對控制提出更高要求；環(huán)保對控制提出更高要求； 節(jié)省能源，合理利用資源，綜合利用，使操作復(fù)雜化；節(jié)省能源，合理利用資源，綜合利用，使操作復(fù)雜化； 排出無污染物要求達(dá)到最低限度；排出無污染物要求達(dá)到最低限度； PID PID不能完全勝任，要求高級控制引入，使產(chǎn)業(yè)界對

22、過程控制不能完全勝任，要求高級控制引入，使產(chǎn)業(yè)界對過程控制的看法開始改變的看法開始改變 計算機(jī)迅猛發(fā)展計算機(jī)迅猛發(fā)展，高性能，低成本；，高性能，低成本； DCS DCS出現(xiàn)及普及；出現(xiàn)及普及； 計算機(jī)通訊變得十分方便計算機(jī)通訊變得十分方便, ,眾多信息平臺出現(xiàn)；遞階結(jié)構(gòu)硬件眾多信息平臺出現(xiàn)；遞階結(jié)構(gòu)硬件基礎(chǔ)奠定基礎(chǔ)奠定 八十年代模型預(yù)測控制（八十年代模型預(yù)測控制（MPCMPC）誕生誕生；控制技術(shù)有很大推進(jìn)；控制技術(shù)有很大推進(jìn)； 廣泛應(yīng)用于石化、煤油、電力、化工、冶金、食品加工、航廣泛應(yīng)用于石化、煤油、電力、化工、冶金、食品加工、航空、汽車制造、造紙等空、汽車制造、造紙等l 模型預(yù)測控制基本原理

23、模型預(yù)測控制基本原理u綜合利用過去、現(xiàn)代和將來的信息綜合利用過去、現(xiàn)代和將來的信息決定控制策決定控制策略模型預(yù)測將來輸出略模型預(yù)測將來輸出 （PID只利用過去和現(xiàn)在的信息）只利用過去和現(xiàn)在的信息）u對模型要求低對模型要求低：反饋校正：反饋校正 (現(xiàn)代控制理論要求模型精度高現(xiàn)代控制理論要求模型精度高)u滾動優(yōu)化：滾動優(yōu)化：每控制周期不斷進(jìn)行優(yōu)化計算（現(xiàn)代每控制周期不斷進(jìn)行優(yōu)化計算（現(xiàn)代控制一次優(yōu)化）控制一次優(yōu)化）u穩(wěn)態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化相結(jié)合穩(wěn)態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化相結(jié)合u多變量多變量系統(tǒng)（系統(tǒng)（ PID是一對一控制）是一對一控制）uCV和和MV可受可受約束約束l 第三代第三代MCCMCC產(chǎn)品及其公司產(chǎn)品

24、及其公司l 工業(yè)工業(yè)MCCMCC產(chǎn)品技術(shù)特性比較產(chǎn)品技術(shù)特性比較l MCCMCC開發(fā)與應(yīng)用情況開發(fā)與應(yīng)用情況l 經(jīng)濟(jì)效益分析經(jīng)濟(jì)效益分析 u生產(chǎn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的最大關(guān)鍵：生產(chǎn)裝置經(jīng)濟(jì)效益的最大關(guān)鍵：使生產(chǎn)過程使生產(chǎn)過程時刻處于最優(yōu)約束上操作時刻處于最優(yōu)約束上操作u實現(xiàn)多變量實現(xiàn)多變量MPCMPC：減少過程干擾的影響；在減少過程干擾的影響；在約束條件下，最優(yōu)卡邊操作；約束條件下，最優(yōu)卡邊操作；實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)化最優(yōu)化- -局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化局部穩(wěn)態(tài)優(yōu)化u實現(xiàn)在線全裝置穩(wěn)態(tài)優(yōu)化：基于過程穩(wěn)態(tài)模實現(xiàn)在線全裝置穩(wěn)態(tài)優(yōu)化：基于過程穩(wěn)態(tài)模型；不斷修正約束條件；不斷更新模型；型；不斷修正約束條件；不斷更

25、新模型；在在線求過程的最優(yōu)設(shè)定值（最優(yōu)操作條件）線求過程的最優(yōu)設(shè)定值（最優(yōu)操作條件）l 經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù)經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù)u大量工程實踐表明，具有投資少，大量工程實踐表明，具有投資少，見效快等特點。通常在原有基礎(chǔ)見效快等特點。通常在原有基礎(chǔ)上，增加上，增加 3-6% 經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益。u投資少，效益高投資少，效益高l 經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù)經(jīng)濟(jì)效益分析續(xù)l MCCMCC的主要功能的主要功能 1)實現(xiàn)基于模型的多變量預(yù)測控制的實現(xiàn)基于模型的多變量預(yù)測控制的動態(tài)優(yōu)化動態(tài)優(yōu)化2)在整過動態(tài)響應(yīng)區(qū)間內(nèi)在整過動態(tài)響應(yīng)區(qū)間內(nèi)考慮考慮CV與與MV的約束的約束3)應(yīng)用線性規(guī)劃原理實現(xiàn)應(yīng)用線性規(guī)劃原理實現(xiàn)CV與與MV的穩(wěn)態(tài)

26、約束及的穩(wěn)態(tài)約束及經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化4)采用采用CV與與MV動態(tài)加權(quán)原理實現(xiàn)動態(tài)加權(quán)原理實現(xiàn)CV與與MV的的動態(tài)約束動態(tài)約束5)控制系統(tǒng)可控性在線分析和系統(tǒng)控制系統(tǒng)可控性在線分析和系統(tǒng)病態(tài)的自動處病態(tài)的自動處理理l MCCMCC的主要功能的主要功能續(xù)續(xù)6)6)多變量多變量控制結(jié)構(gòu)的自動重構(gòu)控制結(jié)構(gòu)的自動重構(gòu), ,以適應(yīng)各種不同以適應(yīng)各種不同情況情況7)7)能能自動識別與處理自動識別與處理胖系統(tǒng)胖系統(tǒng)( (自由度自由度 0) 0)，瘦系，瘦系統(tǒng)統(tǒng) ( (自由度自由度 0 ) 0 0時時) )l MCC 核核心心算算法法 調(diào)調(diào)度度網(wǎng)網(wǎng) 實實時時數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫 下下位位機(jī)機(jī) 實實

27、時時數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫 基基于于機(jī)機(jī)理理模模型型 的的軟軟測測量量 其其它它 控控制制模模塊塊 工工控控平平臺臺 實實時時數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫 工業(yè)現(xiàn)場檢測儀表 工業(yè)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu) Intranet MCC 在在線線模模型型辨辨識識 MCC 在在線線仿仿真真 工工控控平平臺臺 各各種種組組態(tài)態(tài)工工具具 軟軟 I/O 接接口口 &網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通通訊訊 基基于于神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 的的軟軟測測量量 uMCPC 基于模型預(yù)測的多變量約束控制軟件包基于模型預(yù)測的多變量約束控制軟件包uMCCI 過程模型辨識和參數(shù)在線校正軟件包過程模型辨識和參數(shù)在線校正軟件包uMCC Config 組態(tài)軟件包組態(tài)軟件包uMCCSIM

28、系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件包系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件包uMCCIO MCC與各類與各類DCS的接口軟件包的接口軟件包uNMCPC 非線性多變量預(yù)測非線性多變量預(yù)測l在在FCCU反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用反應(yīng)再生系統(tǒng)的應(yīng)用(仿真仿真)l在大型催化裂化在大型催化裂化（FCCU）中的應(yīng)用中的應(yīng)用l uFCCU 反應(yīng)再生系統(tǒng)的工藝流程反應(yīng)再生系統(tǒng)的工藝流程u FCCU 反應(yīng)再生系統(tǒng)的模型反應(yīng)再生系統(tǒng)的模型222136212238830.070.010.01517181( )( )0.8210.32( )( )( )11150112 1( )0.020.780.910181441ssssssseeesssysuseeysd su

29、ssssyseesss變量描述量程下限量程上限穩(wěn)態(tài)值控制優(yōu)先權(quán)CV1再生煙氣氧含量2 PCT3.5 PCT2.5 PCT2CV2再生煙氣溫度1345 deg.F1360 deg.F1355 deg.F2CV3再生器床層溫度1300 deg.F1345 deg.F1320 deg.F1MV1燃?xì)饬髁?00 MLB/HR400 MLB/HR300 MLB/HR MV2回油流量70 BPH90 BPH80 BPH DV進(jìn)料量0 BPH2100 BPH2000 BPH u 采用基于模型預(yù)測的多變量約采用基于模型預(yù)測的多變量約束控制的束控制的幾種方法幾種方法n DMC-plus 美國美國ASPEN公司公

30、司n MCC 多變量約束控制多變量約束控制(上海交大、浙大上海交大、浙大)n AMCC 自適應(yīng)多變量約束控制自適應(yīng)多變量約束控制(上海交大）上海交大）1. 設(shè)定值控制設(shè)定值控制 （ 1*2系統(tǒng)）系統(tǒng)）對對CV3CV3在在50min50min處實施定值控制處實施定值控制n分別使用分別使用DMCplus、MCC以及以及AMCC進(jìn)行控進(jìn)行控制仿真制仿真n當(dāng)當(dāng)CV3設(shè)定值由設(shè)定值由1320deg.F變?yōu)樽優(yōu)?330deg.F 時，時，得到的得到的CV3、MV1和和MV2響應(yīng)曲線的仿真結(jié)果響應(yīng)曲線的仿真結(jié)果n由于使用由于使用兩個兩個MV對一個對一個CV進(jìn)行控制，進(jìn)行控制，自由度自由度大于零大于零，可以對

31、，可以對MV2實施實施IRV控制控制（IRV = 80 BPH） 1. 1. 設(shè)定值控制設(shè)定值控制 （ 1*2系統(tǒng)）系統(tǒng)） 設(shè)定值控制中三種控制策略的設(shè)定值控制中三種控制策略的CVCV3 3輸出響應(yīng)輸出響應(yīng) 變量描述控制要求CV3再生器床層溫度定值控制（設(shè)定值 = 1330 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）05010015020025013181320132213241326132813301332Time: mindeg.FDMCplusMCCAMCC/QRVT由于使用兩個由于使用兩個MV對一個對一個CV進(jìn)行控制，進(jìn)行控制，自由度大于零，

32、可對自由度大于零，可對MV2實施實施IRV控制控制MV1的輸出曲線的輸出曲線 MV2的輸出曲線的輸出曲線 050100150200250275280285290295300305Time: minMLB/HRDMCplusMCCAMCC/QRVT0501001502002507676.57777.57878.57979.58080.5Time: minBPHDMCplusMCCAMCC/QRVT2. 擾動抑止擾動抑止 （2*2*1系統(tǒng)）系統(tǒng)）n假設(shè)進(jìn)料量假設(shè)進(jìn)料量DV出現(xiàn)階躍擾動出現(xiàn)階躍擾動,由由2000BPH增增加到加到2050BPH的的50BPH的擾動的擾動n考慮采用考慮采用DMCplus

33、、MCC以及以及AMCC的控制的控制下，對再生煙氣氧含量下，對再生煙氣氧含量CV1與再生煙氣溫度與再生煙氣溫度 CV2實施控制，擾動抑止實施控制，擾動抑止n給出了給出了CV1、CV2、MV1與與MV2的仿真結(jié)果的仿真結(jié)果 2. 擾動抑止擾動抑止 （2*2*1系統(tǒng)）系統(tǒng)）擾動抑止過程中兩種控制策略下擾動抑止過程中兩種控制策略下CVCV1 1的響應(yīng)的響應(yīng) 變量描述控制要求CV1再生煙氣氧含量定值控制（設(shè)定值 = 2.5 PCT）CV2再生煙氣溫度區(qū)域控制（1360 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）DV進(jìn)料量在50min由2000BPH增加到20

34、50BPH05010015020025022.12.22.32.42.52.62.7Time: minPCTDMCplusMCC & AMCC 2. 擾動抑止擾動抑止 （2*2*1系統(tǒng)）系統(tǒng)）擾動抑止過程中兩種控制策略下擾動抑止過程中兩種控制策略下CV2的響應(yīng)的響應(yīng) 05010015020025013501352135413561358136013621364136613681370Time: mindeg.FDMCplusMCC & AMCC區(qū)域上限 2. 擾動抑止擾動抑止 （2*2*1系統(tǒng)）系統(tǒng)）n 當(dāng)當(dāng)CV2CV2在區(qū)域內(nèi)時在區(qū)域內(nèi)時，CV2CV2屬于不受約束的控制變量，

35、系統(tǒng)自由度屬于不受約束的控制變量，系統(tǒng)自由度為為1 1，可實施，可實施MV2MV2的的IRVIRV控制控制（IRV = 80 BPHIRV = 80 BPH） n 當(dāng)出現(xiàn)擾動使當(dāng)出現(xiàn)擾動使CV2CV2超過了區(qū)域上限時超過了區(qū)域上限時，CV2CV2變成被控變量，系統(tǒng)變成被控變量，系統(tǒng)自由度變?yōu)榱?，只能暫時放棄自由度變?yōu)榱?，只能暫時放棄MV2MV2的的IRVIRV控制要求，首先滿足控制要求，首先滿足CV1CV1與與CV2CV2的控制要求的控制要求n DMCplusDMCplus與與MCC/AMCCMCC/AMCC在約束處理上的最大的區(qū)別在于：在約束處理上的最大的區(qū)別在于：u在對在對CV2CV2超過

36、超過區(qū)域控制時，區(qū)域控制時，DMCplusDMCplus優(yōu)先考慮對優(yōu)先考慮對CV2CV2實施卡邊操作，實施卡邊操作，即將違反的即將違反的區(qū)域限定值作為設(shè)定值區(qū)域限定值作為設(shè)定值，從而對，從而對CV2CV2實施定值控制；實施定值控制；u而而MCC/AMCCMCC/AMCC優(yōu)先考慮如何將違約的優(yōu)先考慮如何將違約的CV2CV2盡快拉回到盡快拉回到區(qū)域上限之內(nèi)區(qū)域上限之內(nèi) 2. 擾動抑止擾動抑止 （2*2*1系統(tǒng)）系統(tǒng)）MV1的響應(yīng)輸出的響應(yīng)輸出 MV2的響應(yīng)輸出的響應(yīng)輸出 050100150200250298300302304306308310312314Time: minMLB/HRDMCplus

37、MCC & AMCC050100150200250767880828486889092Time: minBPHDMCplusMCC & AMCC 3. 病態(tài)處理病態(tài)處理 病態(tài)系統(tǒng)的控制要求病態(tài)系統(tǒng)的控制要求 變量描述控制要求CV1再生煙氣氧含量定值控制（設(shè)定值 = 2.5 PCT）；在100min后控制失效。CV2再生煙氣溫度區(qū)域控制（ 1360 deg.F）CV3再生器床層溫度設(shè)定值控制（設(shè)定值 = 1320 deg.F）MV1燃?xì)饬髁繀^(qū)域控制MV2回油流量IRV控制（IRV = 80 BPH）DV進(jìn)料量在50min由2000BPH增加到2050BPH 它是在上述擾動抑制問題

38、上它是在上述擾動抑制問題上,增加了對增加了對CV3的的定值控制定值控制,系統(tǒng)變?yōu)橄到y(tǒng)變?yōu)?*2*1n當(dāng)系統(tǒng)不存在病態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)不存在病態(tài)：u CV2處于區(qū)域內(nèi)處于區(qū)域內(nèi)(50分分)時，時，系統(tǒng)中包括兩系統(tǒng)中包括兩個受控個受控CV（CV1和和CV3）和兩個）和兩個MV，因此自，因此自由度為零，由度為零，MV2放棄放棄IRV控制，首先控制，首先保證保證CV1和和CV3的定值控制的定值控制要求；要求；u當(dāng)當(dāng)CV2超出區(qū)域上限超出區(qū)域上限(100分分):u當(dāng)當(dāng)CVI再生煙氣氧含量的測量儀表失效，系再生煙氣氧含量的測量儀表失效，系統(tǒng)放棄對統(tǒng)放棄對CV1的控制，轉(zhuǎn)而的控制，轉(zhuǎn)而利用利用MV1與與MV2對對C

39、V2和和CV3進(jìn)行控制進(jìn)行控制而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生病態(tài)病態(tài)。u穩(wěn)態(tài)增益矩陣的條件數(shù)為：穩(wěn)態(tài)增益矩陣的條件數(shù)為：maxmaxmin1.757973.57690.0239CC3. 病態(tài)處理病態(tài)處理u 如果不加以特殊處理，在擾動的作用下，如果不加以特殊處理，在擾動的作用下，MV1、MV2、CV2與與CV3會相繼超出安全區(qū)會相繼超出安全區(qū)域，域，病態(tài)將導(dǎo)致控制的失敗病態(tài)將導(dǎo)致控制的失敗.u為此，需要對控制實施病態(tài)處理，使系統(tǒng)滿為此，需要對控制實施病態(tài)處理，使系統(tǒng)滿足表上指定的控制要求。足表上指定的控制要求。3.3.病態(tài)處理病態(tài)處理n病態(tài)處理病態(tài)處理u病態(tài)處理取決于病態(tài)處理取決于CV變量的工藝優(yōu)

40、先權(quán)，根變量的工藝優(yōu)先權(quán)，根據(jù)自由度以及病態(tài)信息，解除了據(jù)自由度以及病態(tài)信息，解除了MV2的的IRV控制要求的同時，控制要求的同時，放棄了對放棄了對CV3的控制的控制. 3. 病態(tài)處理病態(tài)處理 病態(tài)處理中三種控制策略下病態(tài)處理中三種控制策略下CV1的響應(yīng)的響應(yīng) 05010015020025022.22.42.52.62.833.23.43.6Time: minPCTDMCplusMCCAMCC 3. 病態(tài)處理病態(tài)處理在不同控制策略下的在不同控制策略下的CVCV2 2響應(yīng)響應(yīng)0501001502002501350135213541356135813601362136413661368137013

41、72Time: mindeg.FDMCplusMCCAMCC區(qū)域上限1360deg.F 3. 病態(tài)處理病態(tài)處理病態(tài)處理中病態(tài)處理中CV3CV3在不同控制策略下的響應(yīng)在不同控制策略下的響應(yīng) 050100150200250130213041306130813101312131413161318132013221324Time: mindeg.FDMCplusMCCAMCCl 流程圖流程圖干氣主風(fēng)回?zé)捰托迈r進(jìn)料煙氣反應(yīng)器第一再生器主分餾塔吸收解吸塔容201容301容302再吸塔穩(wěn) 定塔汽油輕柴油氣態(tài)烴液態(tài)烴第二再生器目目 標(biāo)標(biāo) 在滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的條件下在滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的條件下, ,使輕質(zhì)油收率最

42、高使輕質(zhì)油收率最高; ;裝裝置的總處理量最大，能耗最小。置的總處理量最大，能耗最小。u在保證汽油收率的基礎(chǔ)上，提高液化氣收率；或者在保證汽油收率的基礎(chǔ)上，提高液化氣收率；或者 在保證液化氣收率的基礎(chǔ)上，提高汽油收率；或者在保證液化氣收率的基礎(chǔ)上，提高汽油收率；或者 在保證輕油總收率的基礎(chǔ)上，提高輕柴油收率；在保證輕油總收率的基礎(chǔ)上，提高輕柴油收率；u提高處理量提高處理量u節(jié)約能耗節(jié)約能耗u生產(chǎn)方案適應(yīng)季節(jié)、市場需求變化以及政策性宏觀調(diào)控等生產(chǎn)方案適應(yīng)季節(jié)、市場需求變化以及政策性宏觀調(diào)控等因素的變化。因素的變化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合線性規(guī)劃MCC-1MCC-2MCC-n反應(yīng)再生主分餾吸收穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)

43、模擬、動態(tài)模擬軟測量數(shù)學(xué)模型方案方案-反再系統(tǒng)控制方案反再系統(tǒng)控制方案(11(11輸入輸入6 6輸出輸出) )圖5 . 3 反再系統(tǒng)多變量約束控制結(jié)構(gòu)示意圖汽油收率NAP H液化氣收率L P G二再煙氣氧含量A1 0 1 - 2再生滑閥壓降DP 1 1 6半再生滑閥壓降DP 1 1 0 - 2待生滑閥壓降DP 1 1 7一段再生密相溫度T 1 1 1 - 3二段再生密相溫度T 1 1 1 I I - 8分餾塔底溫度T 1 1 0 - 5 0回?zé)捰凸抟何籋2 0 2反應(yīng)再生系統(tǒng)多變量約束控制器（MCC01）被控變量測量值回?zé)捰虶2 0 4提升管出口溫度T 0 1原料預(yù)熱溫度T 1 1 0 - 3

44、 0焦化汽油回?zé)捔縂1 0 4新鮮進(jìn)料量G2 0 5操縱變量測量值軟測量C V上下限MV增量上下限MV上下限提升管出口溫度調(diào)節(jié)回?zé)捰土空{(diào)節(jié)焦化汽油回?zé)捔空{(diào)節(jié)新鮮進(jìn)料量調(diào)節(jié)微調(diào)放空量調(diào)節(jié)原料預(yù)熱溫度調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化/人工設(shè)定IRV輕柴油油收率L C O設(shè)定值設(shè)定值T 1 0 1 S PG1 1 2 S PT 1 1 0 - 3 0 S PG2 0 4 S PG1 0 4 S PG2 0 5 S P人工設(shè)定多次多次階躍測試法建立反再系統(tǒng)動態(tài)階躍模型階躍測試法建立反再系統(tǒng)動態(tài)階躍模型 投用投用組合線性規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果組合線性規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果 投用投用軟測量系統(tǒng)操作界面軟測量系統(tǒng)操作界面投用投用軟測量運行結(jié)果軟測

45、量運行結(jié)果效益分析效益分析效益核算數(shù)據(jù)效益核算數(shù)據(jù)效益分析效益分析投運后經(jīng)濟(jì)效益投運后經(jīng)濟(jì)效益u裝置的總處理量（冷渣熱常渣總蠟）有較大提高裝置的總處理量（冷渣熱常渣總蠟）有較大提高u產(chǎn)品的分布有較大的改善產(chǎn)品的分布有較大的改善u汽油收率提高了汽油收率提高了2.3 3 , 液化氣收率提高了液化氣收率提高了1，輕輕柴油收率下降了柴油收率下降了2.57%u噸原料利潤也提高了噸原料利潤也提高了4.8%u投運后每年所獲得的經(jīng)濟(jì)效益將在投運后每年所獲得的經(jīng)濟(jì)效益將在1700萬元萬元以上以上三、三、過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制（PM & SPC, Process Monitoring

46、 & Statistical Process Control ）3.1 功能功能1) 過程性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制過程性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制 是基于生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法，如是基于生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法，如PCA、PLS和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具，實現(xiàn)系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具，實現(xiàn)系統(tǒng)(過過程程)性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制。性能和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督控制。2. 工況（過程）監(jiān)測（工況（過程）監(jiān)測（Process Monitoring） 工況監(jiān)測是指依據(jù)所能獲得的各種測量數(shù)據(jù)來分工況監(jiān)測是指依據(jù)所能獲得的各種測量數(shù)據(jù)來分析和判斷生產(chǎn)工況是否正常，并能預(yù)測不正常工析和判斷生產(chǎn)工況是

47、否正常，并能預(yù)測不正常工況的出現(xiàn)，同時找出原因，提出對策。況的出現(xiàn)，同時找出原因，提出對策。3.1 功能功能-續(xù)續(xù)3)對生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，對生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化n 在總經(jīng)理辦公室、總工辦公室、生產(chǎn)副總經(jīng)理辦公在總經(jīng)理辦公室、總工辦公室、生產(chǎn)副總經(jīng)理辦公室的計算機(jī)上也可監(jiān)視全部實時信息。這樣，使管室的計算機(jī)上也可監(jiān)視全部實時信息。這樣，使管理者能夠隨時了解現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的運行狀況，為生理者能夠隨時了解現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的運行狀況，為生產(chǎn)、經(jīng)營提供更多信息和決策依據(jù)。產(chǎn)、經(jīng)營提供更多信息和決策依據(jù)。n 過程監(jiān)控是對調(diào)度結(jié)果的確認(rèn)和監(jiān)督，調(diào)度員能對過程監(jiān)控是對調(diào)

48、度結(jié)果的確認(rèn)和監(jiān)督，調(diào)度員能對生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，并在此基礎(chǔ)上實生產(chǎn)的物料和能量平衡進(jìn)行監(jiān)督，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化?，F(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化。3.1 功能功能-續(xù)續(xù)4) 在總調(diào)度室的上位機(jī)上可以監(jiān)視在總調(diào)度室的上位機(jī)上可以監(jiān)視n各個系統(tǒng)全部流程圖畫面、各個系統(tǒng)全部流程圖畫面、n所有參數(shù)的調(diào)整畫面、所有參數(shù)的調(diào)整畫面、n趨勢記錄、報警狀態(tài)等全部實時信趨勢記錄、報警狀態(tài)等全部實時信息。息。3.1 功能功能-續(xù)續(xù)5) 該模塊具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能該模塊具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 通過傳統(tǒng)的通過傳統(tǒng)的DDE等通訊方式，可與本機(jī)等通訊方式，可與本機(jī)和其它計算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)和其它計算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)

49、據(jù)。同時，它支持標(biāo)準(zhǔn)的據(jù)。同時，它支持標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX、OPC、ODBC技術(shù)。技術(shù)。Real-Time Monitoring Control Monitoring SystemI/O DataPerformance EvaluationOff-Line AnalysisManual ActionsOn-line ActionAPC SystemHistoricalData3.3 過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制過程監(jiān)控與統(tǒng)計過程控制（PM & SPC）的內(nèi)容的內(nèi)容n 過程監(jiān)測（過程監(jiān)測（PM, Process Monitoring）n 統(tǒng)計過程控制（統(tǒng)計過程控制（SPC, Statistic

50、al Process Control）n 過程故障檢測與診斷（過程故障檢測與診斷（FDD, Fault Detection and Diagnosis）n 過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（過失誤差檢測和數(shù)據(jù)校正（Gross Error Detection & Data Rectification）n 控制系統(tǒng)性能的實時監(jiān)測與評估（控制系統(tǒng)性能的實時監(jiān)測與評估（Real-Time Monitoring Control & System Evaluation） Gross Error Detection and Data Reconciliation in industrial Proce

51、ss1. 過程數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）技術(shù)過程數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）技術(shù)2. 顯著誤差（過失誤差）檢測顯著誤差（過失誤差）檢測3. 現(xiàn)有的顯著誤差（過失誤差）檢測方法比現(xiàn)有的顯著誤差（過失誤差）檢測方法比較較l過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)目的是在原始測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)目的是在原始測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，使協(xié)調(diào)后的，使協(xié)調(diào)后的數(shù)據(jù)更好地保持物數(shù)據(jù)更好地保持物料平衡料平衡等關(guān)系，同時又使其等關(guān)系，同時又使其與測量值盡量接近與測量值盡量接近 。l數(shù)據(jù)校正后的數(shù)據(jù)能夠更好地應(yīng)用于過程控制、過程建數(shù)據(jù)校正后的數(shù)據(jù)能夠更好地應(yīng)用于過程控制、過程建模和模和過程性能評估過

52、程性能評估等方面。等方面。l過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)的基礎(chǔ)是假設(shè)變量的過程數(shù)據(jù)校正技術(shù)的基礎(chǔ)是假設(shè)變量的測量值是服從正測量值是服從正態(tài)分布態(tài)分布，即不存在顯著誤差。，即不存在顯著誤差。l 在實際過程測量中，由于工業(yè)過程的復(fù)雜性和不確在實際過程測量中，由于工業(yè)過程的復(fù)雜性和不確定性，而且儀表自身的故障、儀表測量精度的下降、定性，而且儀表自身的故障、儀表測量精度的下降、設(shè)備的泄漏等都會導(dǎo)致，設(shè)備的泄漏等都會導(dǎo)致，用儀表所檢測到的實際測用儀表所檢測到的實際測量數(shù)據(jù)，經(jīng)常存在顯著誤差量數(shù)據(jù)，經(jīng)常存在顯著誤差。l 顯著誤差的存在導(dǎo)致數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）的基本顯著誤差的存在導(dǎo)致數(shù)據(jù)校正（數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)）的基本假設(shè)，即假

53、設(shè)，即測量誤差服從正態(tài)分布的假設(shè)不成立測量誤差服從正態(tài)分布的假設(shè)不成立，l 因此，必須在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)前，因此，必須在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)前，將顯著誤差檢測出來并將顯著誤差檢測出來并予以消除，否則會導(dǎo)致錯誤的協(xié)調(diào)結(jié)果予以消除，否則會導(dǎo)致錯誤的協(xié)調(diào)結(jié)果。 目前常用的過失誤差檢測方法有：目前常用的過失誤差檢測方法有： 測量殘差檢驗法（測量殘差檢驗法（MT）1， 節(jié)點殘差檢驗法節(jié)點殘差檢驗法(NT) 2 動態(tài)過程顯著誤差檢測法動態(tài)過程顯著誤差檢測法 動態(tài)過程顯著誤差檢測法是動態(tài)過程顯著誤差檢測法是Bagajewicz3于近年來于近年來提出的一種動態(tài)過程顯著誤差檢測法，它同時求出所有顯著提出的一種動態(tài)過程顯著誤差檢測法

54、，它同時求出所有顯著誤差幅度值。誤差幅度值。 同步識別顯著誤差（同步識別顯著誤差（SEGESEGE）法）法 Snchez4提出了用于穩(wěn)態(tài)過程的同步識別顯提出了用于穩(wěn)態(tài)過程的同步識別顯著誤差（著誤差（SEGE）法，它通過對備選誤差集，進(jìn)行各）法，它通過對備選誤差集，進(jìn)行各種組合，選出最滿足條件的組合方式，同時檢測出種組合，選出最滿足條件的組合方式，同時檢測出所有顯著誤差的位置和幅度。所有顯著誤差的位置和幅度。 順序識別并同步補(bǔ)償識別顯著誤差（順序識別并同步補(bǔ)償識別顯著誤差（SICCSICC）法）法 為了減少組合數(shù)量，為了減少組合數(shù)量，Jiang5Jiang5在在SEGESEGE法基礎(chǔ)上提出了順法

55、基礎(chǔ)上提出了順序識別并同步補(bǔ)償?shù)淖R別顯著誤差法序識別并同步補(bǔ)償?shù)淖R別顯著誤差法SICC ( Serial SICC ( Serial Identification with Collective Compensation ) Identification with Collective Compensation ) 法，它法，它逐步檢測出顯著誤差的位置，并同時檢測出所有顯著誤差的逐步檢測出顯著誤差的位置，并同時檢測出所有顯著誤差的幅度。幅度。 改進(jìn)改進(jìn)SICCSICC法法 SICC SICC法并沒有選出最滿足條件的組合方式，容易產(chǎn)生顯法并沒有選出最滿足條件的組合方式，容易產(chǎn)生顯著誤差誤判，而且

56、由于在每一次迭代中都要利用著誤差誤判，而且由于在每一次迭代中都要利用MTMT法來求備法來求備選顯著誤差集，因此需要不斷的重新求取投影矩陣。周凌柯選顯著誤差集，因此需要不斷的重新求取投影矩陣。周凌柯針對這些問題，對針對這些問題，對SICCSICC算法進(jìn)行了改進(jìn)，并考慮到了改進(jìn)算法進(jìn)行了改進(jìn)，并考慮到了改進(jìn)SICCSICC算法中矩陣奇異性的避免問題。算法中矩陣奇異性的避免問題。 l 過程測量數(shù)據(jù)的過程測量數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)值協(xié)調(diào)值，能更好地保持，能更好地保持物物料平衡料平衡 等關(guān)系，同時又使其等關(guān)系，同時又使其與測量值盡與測量值盡量接近量接近。l 數(shù)學(xué)上表示為求滿足一組約束方程組的數(shù)學(xué)上表示為求滿足一組約

57、束方程組的最最小二乘解，小二乘解，當(dāng)穩(wěn)態(tài)和噪聲正態(tài)分布假設(shè)滿當(dāng)穩(wěn)態(tài)和噪聲正態(tài)分布假設(shè)滿足時，此最小二乘問題的解析解足時，此最小二乘問題的解析解是無偏最是無偏最小方差估計小方差估計。 5. 過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù)過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù) l找出一組過程數(shù)據(jù)（與某結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的）找出一組過程數(shù)據(jù)（與某結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的）中帶有顯著性誤差的測量數(shù)據(jù)，并予以中帶有顯著性誤差的測量數(shù)據(jù)，并予以剔除（剔除（Data gross error Detection and Deletion）。）。l對一組過程測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高它對一組過程測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高它的精確度和平衡性，給出它的校正值的精確度和平衡性，給出它的校正值

58、（Data Reconciliation）。）。5. 過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù)過程數(shù)據(jù)校正的任務(wù) l對缺損的數(shù)據(jù)（因測量值帶有顯著性誤對缺損的數(shù)據(jù)（因測量值帶有顯著性誤差而不予采用的，可估算而來測量的）差而不予采用的，可估算而來測量的）設(shè)法用已測量數(shù)據(jù)和一些物理化學(xué)規(guī)律設(shè)法用已測量數(shù)據(jù)和一些物理化學(xué)規(guī)律予以估算（予以估算（Data Calculation and estimation）。）。l統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)校正-Data Rectification先進(jìn)控制、流程模擬、實時優(yōu)化等都有數(shù)據(jù)校正模塊先進(jìn)控制、流程模擬、實時優(yōu)化等都有數(shù)據(jù)校正模塊l 如美國如美國Simulation Science

59、 Co.，Ltd的的Datacon（流程模擬型的校正），（流程模擬型的校正），l 美國美國AspenTech的的Advisor （專家系統(tǒng)型的校正）（專家系統(tǒng)型的校正）l 英國英國KBC Process Technology Ltd的的Sigmafine（數(shù)據(jù)統(tǒng)計型的校正），（數(shù)據(jù)統(tǒng)計型的校正），l 法國法國Technip的的Datsee l 國內(nèi)浙大中控軟件的國內(nèi)浙大中控軟件的APC-Data pro等。等。 Aspen Advisor軟件軟件nAspen Advisor 是一個進(jìn)行是一個進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)理與產(chǎn)量數(shù)據(jù)調(diào)理與產(chǎn)量核算的軟件產(chǎn)品核算的軟件產(chǎn)品，它應(yīng)用一個面向?qū)ο蟮膶?，它?yīng)用一個面向?qū)ο?/p>

60、的專家系統(tǒng)，解決過程工業(yè)制造工廠的數(shù)據(jù)不一家系統(tǒng)，解決過程工業(yè)制造工廠的數(shù)據(jù)不一致性之問題，實現(xiàn)對裝置績效的監(jiān)控。致性之問題，實現(xiàn)對裝置績效的監(jiān)控。nAspen Advisor 通過確定產(chǎn)品損失流，以及通過確定產(chǎn)品損失流，以及為決策者為決策者提供橫跨整個企業(yè)的至關(guān)重要的生提供橫跨整個企業(yè)的至關(guān)重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升企業(yè)的盈利能力產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升企業(yè)的盈利能力。l 能夠在整個企業(yè)內(nèi)進(jìn)行一致能夠在整個企業(yè)內(nèi)進(jìn)行一致而正確的集成業(yè)務(wù)決策而正確的集成業(yè)務(wù)決策仿真研究仿真研究-蒸汽系統(tǒng)過程網(wǎng)絡(luò)蒸汽系統(tǒng)過程網(wǎng)絡(luò)蒸汽系統(tǒng)過程網(wǎng)絡(luò)的顯著誤差檢測蒸汽系統(tǒng)過程網(wǎng)絡(luò)的顯著誤差檢測n 設(shè)在穩(wěn)態(tài)工況下，設(shè)在穩(wěn)態(tài)工況下，25個已測物料流（變量）的真值個已測物料流（變量）的真值及測量值如表及測量值如表1所示。所示。n 假定這假定這25