快速部署多變量控制器策略以適應(yīng)經(jīng)濟目標(biāo)不斷變化

艾斯本公司 竺建敏

快速部署多變量控制器策略以適應(yīng)經(jīng)濟目標(biāo)不斷變化

艾斯本公司 竺建敏

Aspen DMC3是艾斯本公司新一代先進控制集成解決方案，它集多變量模型預(yù)測控制、多變量控制器實時監(jiān)控及診斷、自動數(shù)據(jù)剔除及閉環(huán)模型辨識、模型質(zhì)量在線自動分析、自適應(yīng)控制、魯棒控制及多變量控制器智能整定等功能于一體。艾斯本多變量控制器智能整定技術(shù)采用新穎的序貫多目標(biāo)優(yōu)化算法，通過直接指定優(yōu)化目標(biāo)從而消除復(fù)雜的整定工作，通過安裝向?qū)лp松配置優(yōu)化器，并可提供可視化的在線多變量控制器策略。

先進控制；自適應(yīng)控制；多變量控制器智能整定； Aspen DMC3 Abstract: AspenTech new generation advanced process control integrated solution to build and maintain controllers- Aspen DMC3 includes many features, such as: multivariable model predictive control, real-time monitoring and diagnosis, automatic data slicing, closed-loop model identification, online model quality KPI analysis, state of the art adaptive control, robust control and controller Smart Tune etc.. Aspen Smart Tune technology uses a new sequential multi-objective optimizer, eliminates complicated tuning by directly specifying objectives, configures effortlessly the optimizer by setup the wizard, and provides the visual view of the controller strategy online.

隨著原料及能源價格的巨大波動，盡快作出相應(yīng)的經(jīng)濟調(diào)整以使資產(chǎn)利潤最大化變得至關(guān)重要。與時俱進不斷滿足日益嚴(yán)格的法規(guī)要求及制造廠商的生產(chǎn)需求，需要在全廠范圍實施更具可持續(xù)效率和靈活性的措施。因此，優(yōu)化不再是企業(yè)的可選項，而是企業(yè)提高競爭力必需的手段。在不斷快速變化的經(jīng)濟環(huán)境下，必須同時兼顧營運性能優(yōu)化和卓越經(jīng)營。

先進過程控制（APC）的開拓性創(chuàng)新功能可幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝操作，減少損耗，降低整個生產(chǎn)過程中的能源成本、資產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及改善產(chǎn)率。此外，最新技術(shù)創(chuàng)新的APC軟件更易使用，即使經(jīng)驗較少的工程師也可參與先進控制應(yīng)用，并可快速取得先進控制應(yīng)用成果。

1 快速識別問題

當(dāng)原油價格在2015年初驟跌至每桶50美元時，下游行業(yè)迎來了優(yōu)化及提高利潤的機會。在不考慮經(jīng)濟的情況下，無論是創(chuàng)建新工廠的新興地區(qū)，還是尋求改擴建及延長資產(chǎn)周期的企業(yè)，APC技術(shù)在幫助這些企業(yè)實現(xiàn)利潤最大化時發(fā)揮著極其重要的作用。

APC可為煉油及石化企業(yè)帶來顯著的運營效益，通過采用精確的模型以創(chuàng)造更高的效益。然而為了應(yīng)對模型誤差，無論是主動還是被動地對多變量控制器進行重新整定，其結(jié)果可能會出現(xiàn)過度補償或者低于最優(yōu)閾值。在APC運行周期中，工藝裝置不斷發(fā)生變化。多變量控制器會顯示與工藝裝置實際行為的不同性能。有時，持續(xù)多變量控制器性能要比初始多變量控制器應(yīng)用可能更難一些，但是它對降低成本、節(jié)省時間、持續(xù)長期運營效益至關(guān)重要。

使用改進型的APC自動化軟件工具，可大大減少先進控制解決方案的實施時間與實施工作量，更快地獲得先進控制帶來的效益。APC通過實行更加精確的控制，可以減少產(chǎn)品質(zhì)量波動（產(chǎn)品質(zhì)量改善高達(dá)50%），增加產(chǎn)率（高達(dá)3%），提高產(chǎn)量（平均4%），減少能源成本（高達(dá)10%）以及改善資產(chǎn)效率。

由于無法保證在線多變量控制器各操縱變量調(diào)節(jié)的正確性，以致操作工無法獲得足夠的指示信息已成為一種普遍情況。由于多變量控制器模型可能無法表征特定工況下的工藝裝置行為，如果操作工無法理解多變量控制器的行為，那么可能導(dǎo)致多變量控制器操作有誤，操作工可能不得不關(guān)閉多變量控制器，嚴(yán)重的情況可能會導(dǎo)致工藝運行在經(jīng)濟目標(biāo)的范圍之外。因此，現(xiàn)有的APC方法需要對工藝裝置有深層次的理解，并將它們轉(zhuǎn)換成與多變量控制器相適應(yīng)的整定參數(shù)。多變量控制器整定是一個復(fù)雜且耗時的過程，有時需采用迭代一試湊法。由于技能嫻熟的APC專業(yè)技術(shù)人員相當(dāng)匱乏，因此企業(yè)關(guān)心的是為確保先進控制系統(tǒng)按工藝要求運行而對專業(yè)技能產(chǎn)生的依賴程度。許多經(jīng)驗豐富的APC專業(yè)技術(shù)人員將在未來5~10年后退休，而進入先進控制應(yīng)用職場的具有同等高水平行業(yè)經(jīng)驗的工程師卻人數(shù)不足。

2 應(yīng)對經(jīng)濟目標(biāo)的變化

為滿足不斷變化的經(jīng)濟目標(biāo)，從高成本及高風(fēng)險的生產(chǎn)運營過程中盡可能獲取更多價值是非常重要的。因此，具有靈活、創(chuàng)新、自動化工作流程特點的APC軟件及其直觀式的界面功能可幫助煉油及石化企業(yè)提高績效，跟上全球環(huán)境激烈競爭的步伐。

Aspen DMC3具有“整定”魯棒性以適應(yīng)正常工況與不尋常工況之特點。這款新穎軟件包含了業(yè)務(wù)不斷創(chuàng)新，例如艾斯本公司推出的開拓性自適應(yīng)過程控制技術(shù)，不但具有自動整定及自動測試功能，而且還具有先進的模型辨識及分析能力。這項專利技術(shù)可將APC維護從一個項目轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)的后臺背景工作，裝置測試對正常工藝生產(chǎn)帶來的影響更小。隨著時間的推移，它可保持多變量控制器一直處于高性能在線運行，提高運營效益。Aspen DMC3帶來的核心價值包括：提高多變量控制器的在線投運率，改善APC效益，減少工程師的工作量，降低勞動強度及簡化先進控制應(yīng)用工作流程復(fù)雜度。此外，APC集成度高，可為用戶提供直觀界面，將反映裝置績效的數(shù)據(jù)（如壓力及溫度等）合理轉(zhuǎn)換為一目了然的相關(guān)圖表。

用戶不僅可利用Aspen DMC3中新添加的多變量控制器智能整定（Smart Tune）功能直接在多變量控制器中創(chuàng)建并更頻繁地更新操作運營目標(biāo)（如輕柴最大化與汽油最大化之間的優(yōu)化權(quán)衡），而且可輕松消除復(fù)雜且繁重的多變量控制優(yōu)化器整定工作。重要的是，這一創(chuàng)新可幫助工程師讓多變量控制器策略快速適應(yīng)公司不斷變化的經(jīng)濟目標(biāo)，從而使APC應(yīng)用變得更加靈活、更加有效。多變量控制器智能整定（Smart Tune）具有減少復(fù)雜整定的優(yōu)點，因此工程師只需花費少量精力整定多變量控制器便可滿足新的經(jīng)濟指標(biāo)要求。這一解決方案可使經(jīng)驗不豐富的工程師也能創(chuàng)建及維護多變量控制器。當(dāng)模型性能呈現(xiàn)衰退或模型需要更新時，這款智能軟件無需對多變量控制器再次進行復(fù)雜的人工整定便可輕松實施相應(yīng)的優(yōu)化策略，而且其直觀式的在線界面讓多變量控制策略可視化，便于操作工、工程師更好地理解多變量控制器的控制策略及相應(yīng)的控制器行為。

擁有更為敏捷和更加魯棒的APC多變量控制器技術(shù)，煉油及石化企業(yè)可使其工廠運營快速適應(yīng)不斷變化的經(jīng)濟指標(biāo)或運營需求。此外，企業(yè)可快速協(xié)調(diào)并整合各工藝單元裝置的APC多變量控制器、調(diào)度及計劃，將APC應(yīng)用的所有權(quán)范圍擴大至APC運營利益相關(guān)者及過程工藝工程師?？偟慕Y(jié)果表明Aspen DMC3中所新增加的智能整定（Smart Tune）功能在優(yōu)化能源使用、排放及運營成本方面發(fā)揮著巨大的作用。此款軟件具有使多變量控制器能按照現(xiàn)有業(yè)務(wù)及裝置狀況來進行調(diào)整的能力，這對于實現(xiàn)運營目標(biāo)至關(guān)重要。借助其擁有的內(nèi)置式多變量控制器自動維護功能，企業(yè)不但可省去復(fù)雜多變量控制器改造項目費用，還可降低新建先進控制應(yīng)用成本并提高效益。

3 讓業(yè)務(wù)步入正軌

先進控制軟件的創(chuàng)新表現(xiàn)在，使用上更為直觀，并利用先進控制自適應(yīng)功能縮短了設(shè)計時間。APC自較簡易的模型構(gòu)建階段起，不斷提高模型精度，用一目了然的友好界面顯示相關(guān)數(shù)據(jù)分析和控制策略，因此其自動化工作流程具有對正常生產(chǎn)干擾小，對專業(yè)技術(shù)人員依賴少的顯著特點，現(xiàn)在工程師可輕松配置多變量控制器來應(yīng)對特定事件。擁有新添加的智能整定（Smart Tune）功能的Aspen DMC3可讓用戶迅速適應(yīng)不斷變化的經(jīng)濟指標(biāo)，節(jié)省工程時間及工作量，提高裝置的穩(wěn)定性、裝置性能，快速實現(xiàn)企業(yè)運營目標(biāo)。

配備開拓性的APC軟件，煉油及石化企業(yè)生產(chǎn)廠商可更為靈活地攀登卓越運營的高峰，增加效益，在不斷動蕩的市場中提高競爭力。

竺建敏,男，工業(yè)自動化專業(yè)博士，現(xiàn)任美國AspenTech公司高級資深技術(shù)顧問。1993年～1996年在美國休斯敦DMC公司任高級控制工程師；1996年～1999年在美國休斯敦AspenTech公司任先進控制及優(yōu)化項目高級工程師；1999年～2002年在AspenTech中國的合資企業(yè)上海申迪軟件工程有限公司任副總經(jīng)理；2002年起在AspenTech中國區(qū)、亞太區(qū)任高級資深技術(shù)顧問。曾任美國休斯敦華人石油協(xié)會仿真、控制及優(yōu)化專業(yè)委員會主任，發(fā)表相關(guān)論文20余篇。主要研究方向為煉油、石化和化工行業(yè)先進控制及閉環(huán)實時優(yōu)化的系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用。

Quickly Adapting Multivariable Controller to Satisfy Changing Economic Conditions

Advanced process control; Adaptive process control; Smart tune; Aspen DMC3