中国石油天然气股份有限公司乌鲁木齐石化分公司 新疆乌鲁木齐 830019
摘要：通过先进控制实现工艺平稳操作且质量指标卡边。将工作点设置到临界约束边界，关键变量的标准偏差降低20％－60％，从而进行卡边操作，在保证安全性的同时使经济效益大大提高。
关键词：先进控制；降低能耗；提高产能和收率
炼化企业实现“数字化、网络化、智能化”的重要性不断凸显，对企业转型升级和持续发展产生积极影响。需要积极推动互联网、大数据、人工智能和生产经营深度融合，将智能化工厂建设摆在企业发展战略与管理的突出位置。
发达国家经验表明：采用先进控制和过程优化增加30%的投资，可以增加85%的经济效益。曾有人说：先进控制与优化是不用投资的技术改造。国内石油、石化集团所属企业已形成共识：先进控制技术是优化装置操作、增效挖潜的有效手段。
1.技术概况
先进控制与常规PID控制的重要区别之一是先进控制系统充分考虑变量间的相互影响关系，为多输入多输出系统(MIMO)，而传统的常规PID控制只考虑单个变量间的相互影响，为单输入单输出系统(SISO)。在实现工作过程中，先进控制系统实时监控生产中各变量的变化，若某一时刻某变量产生扰动，则先进控制系统将自动判断该扰动在未来阶段对生产产生多大影响，如该影响导致被控变量超过设定范围，则先进控制系统提前产生调节作用，将干扰扼杀在萌芽状态，进而提高生产运行平稳率。控制器投用后，大大地降低了装置变量的波动，在保证装置的主要安全约束的前提下，通过先进控制系统进行平稳控制和卡边操作，进而提高芳烃（苯产量+对二甲苯产量）收率。
先进控制系统在社会效益方面同样有很大作用，提升主操操作水平，降低劳动强度。提高装置自控率和自动化水平。节能减排，减少环境污染。提高企业科学技术水平，增强企业竞争力，提高企业信息化、智能化强度。在更高水平上实现装置运行“安、稳、长、满、优”。
2.实施背景：
通过对芳烃装置生产操作的调研了解，对于复杂的生产过程对象，存在较多的操作耦合情况，只依靠DCS系统单变量串级控制模块，部分参数串级控制投用效果不好，同时增加操作工劳动强度，无法实现利用卡边操作来提升经济效益。采用先进控制可有效提高现场控制水平，通过多变量的预测算法解决控制难题，采用区域控制策略，减少调节频率，从而解决常规控制难以解决的问题，保证操作安全平稳，降低能耗，提高产能和收率，实现装置“安”、“稳”、“长”、“满”、“优”运行。
3、实施内容
3.1、硬件实施： 根据现场DCS系统实际情况，确定通讯接口方案，对APC运行服务器、性能监控服务器、DCS OPC服务器进行在线安装调试，实现DCS与APC运行服务器之间的双向通讯，建立与DCS相对应的位号表，实现数据采集。
3.2、软件软件：根据工艺条件和控制要求，将生产过程的所有约束和影响有关指标的参数均放入控制器的设计中，作为装置过程预测试和阶跃测试的基础，合理选择操纵变量（MV）、被控变量（CV）和干扰变量（DV），确定常规控制、复杂控制和先进控制之间的内容与关系，建立试验模型实现多变量鲁棒预测控制，并进行离线仿真测试，选择能达到预期效果的一组模型与控制器。
对不满足先进控制要求的基础控制回路进行整改。重新整定与先进控制相关的关键控制回路PID参数，或者采用特殊控制策略。对现场采集的过程数据进行分析，确定变量的输入输出关系，选择装置的局部单元，进行过程预测试，根据测试数据，建立该单元的动态模型。
根据现场工艺条件和控制要求，合理选择操纵变量（MV）、被控变量（CV）和干扰变量（DV），确定常规控制、复杂控制和先进控制之间的内容与关系，编写出详细的实验测试方案，工艺、仪表人员共同论证实验测试方案，确定测试时间和配合事宜。实验测试方案确定后，按实验步骤进行过程实验测试，记录实验时间、实验期间所发生的事件，采集实验测试期间的相关数据。
根据测试数据，利用辨识工具包进行模型辨识，有关单位人员共同讨论，分析所获得模型的质量，确认辨识模型的有效性。根据通过验证的模型，采用应用设计工具包，进行多变量鲁棒预测控制的设计；通过离线仿真，进行预测控制器的变量与参数设计，选择能达到预期效果的一组模型与控制器，用文件形式保存。
根据收集的现场过程数据和化验分析数据，结合过程机理分析，建立软测量模型，将模型预测结果同化验室分析数据进行比较，分析所获得模型的质量，确认模型的有效性。
根据控制器的结构，按照工艺操作习惯，确定在DCS的先进控制操作画面中主操需要观察的信息和可调整的参数，制定用户友好的先进控制操作画面，并在DCS中组态实现先进控制操作画面。
进行先进控制器的在线组态，并将模型与控制器文件下装到先进控制器中，进行先进控制操作画面和安全切换逻辑的在线仿真与测试，进行先进控制系统的在线仿真和跟踪测试，有关单位配合共同确认系统的各个方面均符合投运要求。
做好先进控制相关性能监控平台软件的安装配置，并按照需求，对性能监控平台软件进行配置，为相关人员如主操、仪表工程师、管理人员提供控制器运行、装置运行和经济性能的信息，实时统计控制器的各项KPI指标。
4.安全性
项目建设从多方面保证系统的安全性。在硬件方面，先进控制运行服务器通过OPC服务器与控制网连接，并通过安全隔离设备将其与生产网进行安全隔离；在软件方面，本系统通过DCS组态和软件的设置，实现了常规控制和先进控制无扰动切换，先进控制系统异常情况下自动切除保护等安全手段，当系统出现故障时可以自动切换至DCS常规控制，不影响装置的正常运行。
5.应用效果
5.1先进控制项目标定
重整芳烃装置的生产加工方案保持不变，保持装置处理量和生产条件基本不变的前提下，采用常规控制与先进控制系统各运行72小时，中间有24小时以上过渡时间，利用装置记录的数据进行对比标定测试。
标定步骤具体如下：测试准备完毕；开始常规控制标定，由操作人员记录各产品及原料计量表；连续三天72小时运行常规控制；标定暂停，由操作人员记录各产品及原料计量表；投用先进控制系统，运行24小时过渡；开始先进控制标定，由操作人员记录各产品及原料计量表；连续三天72小时投用运行先进控制系统；标定结束，由操作人员记录各产品及原料计量表；整理数据对比。
5.2标定的应用效果：
1.重整芳烃装置目标产品（苯+对二甲苯）在，投用APC系统后目标产品（苯+对二甲苯）收率提高了0.63%。
2.平稳操作，主要运行参数标准偏差平均降低为36.8%。
3.重整芳烃装置的未投用APC系统综合能耗降低了1.8%。
5.3间接经济效益如下：
先进控制系统实施过程中，对部分PID控制回路进行了参数整定，装置平稳性有了一定的提高。本系统实施后可方便操作及指导生产，降低操作人员劳动强度，加深操作人员对过程动态特性的理解，提高了整体操作水平，也能够促进生产的精细化管理。
作者简介：
黄亮（1977-）男 ，回族，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事信息化工作。