模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)在碳酸二甲酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡童亮

（銅陵金泰化工股份有限公司，安徽　銅陵　244000）

模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)在碳酸二甲酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

胡童亮

（銅陵金泰化工股份有限公司，安徽銅陵244000）

在碳酸二甲酯 （DMC）生產(chǎn)中采用模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)（MPC），對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了DMC生產(chǎn)的自動(dòng)化，達(dá)到了預(yù)期的效果。本文介紹了MPC的結(jié)構(gòu)及具體控制方案。投運(yùn)后，系統(tǒng)穩(wěn)定、安全可靠，提高了碳酸二甲酯產(chǎn)量和質(zhì)量。

模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)；碳酸二甲酯；生產(chǎn)應(yīng)用

前言

模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)（簡(jiǎn)稱MPC）的應(yīng)用使石油化工生產(chǎn)過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)革命性的突破，由原來(lái)的常規(guī)控制過(guò)渡到多變量模型預(yù)估控制，工藝生產(chǎn)控制更加合理、優(yōu)化。在國(guó)外石油化工領(lǐng)域，利用優(yōu)化控制技術(shù)提高裝置加工能力和高附加值產(chǎn)品收率已成為眾多企業(yè)普遍采用的技術(shù)手段，多家公司開(kāi)發(fā)成功的諸多優(yōu)化控制軟件已在常減壓、延遲焦化、催化裂化、連續(xù)重整、芳烴抽提、吸附分離和加氫裂化等煉油裝置以及PP、PE、PX、PTA等化工裝置得到大量的成功應(yīng)用，并帶來(lái)了顯著經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化控制技術(shù)采用科學(xué)、先進(jìn)的控制理論和控制方法，以工藝過(guò)程分析和數(shù)學(xué)模型計(jì)算為核心，以工廠控制網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)為信息載體，充分發(fā)揮DCS和常規(guī)控制系統(tǒng)的潛力，保障生產(chǎn)裝置始終運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)，通過(guò)多變量協(xié)調(diào)和約束控制降低裝置能耗，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)利益。MPC的諸多成功案例已充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。

1　需求分析

1.1原有系統(tǒng)分析和信息分析

碳酸二甲酯裝置是采用中控DCS集散控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。

圖1　系統(tǒng)分析圖

MPC系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)象為生產(chǎn)裝置，建立在現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)之上。MPC系統(tǒng)運(yùn)行在上位機(jī)上，上位機(jī)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與DCS之間雙向數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)裝置的優(yōu)化控制，見(jiàn)圖2。

圖2　系統(tǒng)分析圖

MPC系統(tǒng)運(yùn)行在上位機(jī)上，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與DCS之間數(shù)據(jù)交換。保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需在DCS中建立一組邏輯切換保護(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)MPC控制和原有PID控制切換。

2　控制方案

2.1控制范圍

通過(guò)工藝過(guò)程分析，優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)施范圍包括T301、T303、T306、T307等塔以及各塔相關(guān)部分（如塔頂冷凝器、塔底再沸器、回流槽、緩沖罐等）。

2.2控制目標(biāo)

優(yōu)化控制實(shí)施后首先要提高裝置的運(yùn)行平穩(wěn)率，根據(jù)裝置特殊需求，實(shí)現(xiàn)物料平衡，在此基礎(chǔ)上再通過(guò)卡邊優(yōu)化操作，提高高價(jià)產(chǎn)品收率。

2.3MPC控制器結(jié)構(gòu)

根據(jù)裝置所要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)和當(dāng)前的約束狀況，整個(gè)優(yōu)化控制系統(tǒng)采用數(shù)個(gè)子控制器，相互關(guān)聯(lián)較小的塔獨(dú)立為一個(gè)子控制器、相互關(guān)聯(lián)較大的塔合并為一個(gè)子控制器。以下給出各控制器的主要變量表1。

表1　碳酸二甲酯控制器包含T301、T303、T307、T306等塔及附屬設(shè)備的相關(guān)變量

3　系統(tǒng)配置及技術(shù)指標(biāo)

3.1系統(tǒng)配置原則

為了確保裝置正常生產(chǎn)的安全，裝置的優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均采取上位機(jī)方式，通訊接口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與DCS之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。常規(guī)PID控制運(yùn)行在DCS上，多變量預(yù)估控制器、工藝計(jì)算在上位機(jī)運(yùn)行，并最終通過(guò)常規(guī)PID控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2配置方案

碳酸二甲酯裝置的集散控制系統(tǒng)采用中控DCS系統(tǒng)。優(yōu)化控制平臺(tái)軟硬件配置方案如下。

一臺(tái)服務(wù)器作為上位機(jī)運(yùn)行優(yōu)化控制軟件。

4　經(jīng)濟(jì)效益分析

MPC的效益來(lái)自如下幾部分：

采用MPC可使主要控制指標(biāo)的波動(dòng)方差降低，以實(shí)現(xiàn)卡邊操作，通過(guò)更合理的調(diào)節(jié)，穩(wěn)定各塔采出和進(jìn)料量以及各塔溫度，從而提高裝置的處理量，并且提高產(chǎn)品質(zhì)量的合格率；通過(guò)MPC的相互自動(dòng)協(xié)調(diào)控制，更為合理地利用熱量，以達(dá)到節(jié)能的目的；

實(shí)施優(yōu)化控制后，提高了裝置的操作與控制水平，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，得到較好的社會(huì)效益。

4.1直接經(jīng)濟(jì)效益

碳酸二甲酯裝置具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

表2　碳酸二甲酯裝置MPC項(xiàng)目獲取經(jīng)濟(jì)效益的途徑分析

4.2間接效益及社會(huì)效益

碳酸二甲酯裝置成功應(yīng)用MPC后，不但提高了裝置控制精度，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以促進(jìn)企業(yè)信息化建設(shè)，為全廠級(jí)優(yōu)化奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，提高裝置的安全性，減少環(huán)境污染，有較好的社會(huì)效益。

Model Predictive Control in the Production of Dimethyl carbonate

HU Tong-liang
（Tongling Jintai Chemical Industrial Co.，Ltd.，Tongling，Anhui 244101，China）

Dimethyl carbonate（DMC）production uses Model Predictive Control（MPC）.The entire process of production achieves automatic control，and achieves the automation of DMC production，and achieves the desired results.This article introduced the MPC structure and the specific control program.Put into operation，the system was stable，safe and reliable，increased the yield and quality of dimethyl carbonate.

model predictive control；dimethyl carbonate；production and application

1006-4184（2015）12-0018-03

2015-06-02

胡童亮（1978-），男，工程師，主要從事有機(jī)碳酸酯系列產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。E-mail：freecity88@163.com。