橫河先進(jìn)過程控制簡

8橫河先進(jìn)過程控制簡介概述橫河電機(jī)中國PSC-C中心誠意向貴公司推薦橫河-殼牌先進(jìn)過程控制系統(tǒng)。橫河-殼牌先進(jìn)過程控制系統(tǒng)旨在改善貴廠PTA單元的生產(chǎn)效益，平衡生產(chǎn)，在現(xiàn)有生產(chǎn)能力上盡可能使進(jìn)料和處理最大化，減少能耗，減少產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，減少操作人員的操作負(fù)荷，最大限度地實(shí)現(xiàn)裝置的優(yōu)化操作。橫河-殼牌先進(jìn)過程控制系統(tǒng)包括殼牌多變量優(yōu)化控制器ShellMultivariableOptimizingController（SMOC）及魯棒質(zhì)量預(yù)估器RobustQualityEstimator（RQE）.魯棒質(zhì)量預(yù)估器RobustQualityEstimator（RQE）,可在很大擾動(dòng)和漂移的系統(tǒng)里預(yù)估產(chǎn)品質(zhì)量特性。殼牌多變量優(yōu)化控制器ShellMultivariableOptimizingController（SMOC）可以改善生產(chǎn)裝置的經(jīng)濟(jì)效益，減少產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定變化，減少操作能耗，增強(qiáng)裝置的操作穩(wěn)定性。這里，我們希望著重強(qiáng)調(diào)近期形成的橫河-殼牌先進(jìn)過程控制（APC）聯(lián)盟。隨著（APC）戰(zhàn)略聯(lián)盟的形成，橫河將向煉油化工企業(yè)提供最好的生產(chǎn)裝置先進(jìn)控制和優(yōu)化解決技術(shù)一一橫河的DCS系統(tǒng)、先進(jìn)的過程控制系統(tǒng)（APC），先進(jìn)的輔助操作支持軟件（AOA），及最優(yōu)的市場價(jià)格將為揚(yáng)子石化股份有限公司提供最具實(shí)力和實(shí)用的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)（APC）。橫河-殼牌先進(jìn)的過程控制（APC）系統(tǒng)概括2.1用于過程工業(yè)的先進(jìn)過程控制技術(shù)（SMOC）SMOC是橫河-殼牌全球解決方案中多變量優(yōu)化和控制軟件包。橫河-殼牌多變量控制器（SMOC）為煉油、烴加工和化學(xué)工業(yè)提供設(shè)計(jì)、實(shí)施和保證多變量先進(jìn)控制策略實(shí)施提供必要的工具。有效地提高工廠生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。2.2SMOC的主要特征在工業(yè)生產(chǎn)中有最長的投用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)企業(yè)收益最大化。采用不可沒擾動(dòng)模型和灰箱模型將事先的過程擾動(dòng)包含在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高的魯棒性。中間變量可以用來改善過程的大時(shí)滯SMOC可以通過Kalman濾波器來預(yù)測對象的不可測擾動(dòng)可方便用與設(shè)計(jì)和仿真的軟件工具箱（離線）可嵌入DCS（無特殊界面程序或雙數(shù)據(jù)庫要求）中使用。在過程儀表和過程專家的支持下，橫河-殼牌全球解決方案的先進(jìn)控制工程師，為在整個(gè)服務(wù)領(lǐng)域內(nèi)成功地實(shí)施多變量優(yōu)化控制器（SMOC）提供全面技術(shù)支持，包括效益研究、控制系統(tǒng)工程、投產(chǎn)試運(yùn)行和應(yīng)用維護(hù)。2.2.1應(yīng)用（SMOC）多變量優(yōu)化控制器已經(jīng)成功地應(yīng)用于全世界超過500多個(gè)過程加工裝置，如原油蒸餾、催化裂化、加氫裂解、重整、潤滑油、苯乙烯、二乙醚乙二醇、PE、PP、PTA、氨綸等工廠等和期貨一些主要的煉油廠和石油化工廠。（SMOC）多變量優(yōu)化控制器能將工廠安全地推向它的約束條件，將主要操作變量保持在預(yù)期目標(biāo)值，同時(shí)通過有效地操作控制將企業(yè)的利潤函數(shù)最大化。2.2.2產(chǎn)品描述SMOC與下列模型聯(lián)合使用：AIDA（AdvanceIdentificationandDataAnalysis）離線模擬程序包：?AIDA（高級辨識和數(shù)據(jù)分析軟件包）是基于Window界面下使用的軟件包，用于處理工廠動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù)和提供殼牌多變量優(yōu)化控制器（SMOC）所需過程模型。友好的用戶幫助菜單、圖型和計(jì)算統(tǒng)計(jì)允許用戶快速建立和驗(yàn)證（相關(guān)性分析和F檢驗(yàn)等）模型。經(jīng)過設(shè)計(jì)和測試，AIDA尤其對實(shí)際工廠測試中出現(xiàn)的噪聲和擾動(dòng)類型有很好的穩(wěn)定處理。PC-SMOC離線控制設(shè)計(jì)軟件包PC-SMOC是在Window界面下使用的程序包，結(jié)合AIDA使用，可以設(shè)計(jì)、測試、建立多變量優(yōu)化控制器（SMOC）。由AIDA產(chǎn)生過程動(dòng)態(tài)模型。也可以運(yùn)用圖型建模程序（theGraphicalModelBuilder）建立模型，PC-SMOC允許用戶仿真控制器行為對建立的模型進(jìn)行測試，對模型誤差有很強(qiáng)的適應(yīng)性（Robustness）和效果最優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)選擇。離線設(shè)計(jì)的最后階段是形成多變量優(yōu)化控制器（SMOC）文件（控制器模型），為在線控制器應(yīng)用做準(zhǔn)備。SMOC多變量預(yù)估在線控制器SMOC多變量預(yù)估在線控制器將控制裝置實(shí)時(shí)操作所需的所有操作結(jié)合起來。包括信號確認(rèn)、初始化、方式設(shè)定（MODESHEDDING）、操作員和工程師標(biāo)準(zhǔn)操作界面和控制器開關(guān)。相同的SMOC在線控制器可適用于在不同的操作平臺上運(yùn)行，既可用于DCS級（HoneywellAxM/TPS,FoxboroIA,YokogawaCS,CS300O又可用于有SETCON、InfoPlus、PROSS2、或OSISPI過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.2.3技術(shù)SMOC是以模型為基礎(chǔ)的多變量預(yù)測控制器，具有以下特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化能力SMOC多變量預(yù)測控制器軟件允許用戶連續(xù)最優(yōu)化他所確定的經(jīng)濟(jì)函數(shù)并將其作為控制裝置計(jì)算的一部分。控制器性能的簡單在線操作通過設(shè)定已知點(diǎn)軌跡、抗干擾和前饋控制理想的響應(yīng)速度來實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整。通過操作中間變量來提高控制器性能通過操作中間變量可以為控制變量的未來行為提供早期指示，可將中間變量納入控制器，以實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)控制作用。通過在線控制器有效使用CPU資源控制器的模型矩陣是離線計(jì)算的，在線控制采用松馳算法，有效解決約束條件的最優(yōu)化和控制執(zhí)行的時(shí)間。2.2.4魯棒質(zhì)量預(yù)估器Robust完善的工具箱和高精度推斷軟測量儀表RQE是橫河-殼牌全球解決方案強(qiáng)有力的，用戶界面友好的一套軟件包，軟件可離線設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)控制、監(jiān)視和獲取信息為目的的推斷軟測量的在線應(yīng)用工具。2.2.4.1推斷軟測量法的應(yīng)用推斷軟測量是一個(gè)計(jì)算的變量，當(dāng)我們不能采用常規(guī)儀表測量在線得到工藝關(guān)鍵參數(shù)，在線獲取數(shù)據(jù)，或在線不能連續(xù)獲取數(shù)值，在較大的測量滯后或得到不確定的數(shù)值時(shí)，就可采用RQE軟儀表推斷測量技術(shù)。推斷測量基于選定的簡單測量值（溫度、壓力、流量……），用于預(yù)測一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品的特性值（例如：汽油干點(diǎn)，柴油凝固點(diǎn)等）或復(fù)雜的過程變量。典型的應(yīng)用是RQE為閉環(huán)控制提供了一個(gè)計(jì)算的過程值（CV）。RQE尤其適用于橫河-殼牌全球解決方案的殼牌多變量優(yōu)化控制技術(shù)（SMOC多變量預(yù)估控制器）相結(jié)合的應(yīng)用。推斷測量法應(yīng)用于如下產(chǎn)品質(zhì)量的估計(jì)測量：多流路分餾塔（ASTM蒸餾的溫度、閃點(diǎn)、云點(diǎn)……），輕質(zhì)油分餾塔（組分、蒸氣壓（RVP）等），反應(yīng)產(chǎn)品（重整油辛烷值，氫化物產(chǎn)品％N2……）。RQE是一個(gè)通用的軟件包，同時(shí)也適用于其他類型的連續(xù)生產(chǎn)過程。2.2.4.2RQE軟件包實(shí)質(zhì)性地應(yīng)用于兩種不同的配置：與在線的分析儀的結(jié)合：推斷軟測量可提供油品特性連續(xù)地快速響應(yīng)的軟測量值，而分析儀的測量則經(jīng)常會有時(shí)間上的滯后性，及數(shù)據(jù)的間斷性。此外，推斷軟測量還可在分析儀故障時(shí)或需要校對時(shí)提供備用測量數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室更新機(jī)理：推斷軟測量的數(shù)年可用實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行定期校正。當(dāng)采用在線儀表用戶經(jīng)濟(jì)上不能隨或維護(hù)費(fèi)用很大時(shí)，推斷軟測量儀表可直接替代在線分析儀。2.2.4.3RQE離線軟件包RQE離線軟件包采用微軟Windows2000/xp操作系統(tǒng)，基于圖形的軟件，它應(yīng)用于快速跟蹤設(shè)計(jì)及推斷測量法的維護(hù)。它有如下功能：數(shù)據(jù)分析和處理這個(gè)功能允許用戶輸入、顯示和執(zhí)行一系列過程變量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以用于建立過程數(shù)據(jù)模型。推斷測量模型：建模階段需經(jīng)過如下步驟：選取計(jì)算的輸入值，選取模型類型，估算模型參數(shù)，確認(rèn)最終模型。有多種模型可供選擇：線性模型（包括PLS，PCA），神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。用戶可以不必對建模的技術(shù)細(xì)節(jié)有詳盡的了解。該模型包括輸入和滯后的選項(xiàng)，能夠用少許但可信的步驟自動(dòng)完成。推斷測量修正設(shè)計(jì)軟件的這部分功能允許用戶從在線分析或?qū)嶒?yàn)室分析數(shù)據(jù)對預(yù)測模型進(jìn)行測試和調(diào)整，并選擇多個(gè)不同的選項(xiàng)?？晒┻x擇的選項(xiàng)包括統(tǒng)計(jì)分析規(guī)則（統(tǒng)計(jì)過程控制），KALMAN濾波器和簡單的偏差校正機(jī)理。一介特殊類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（RBF網(wǎng)絡(luò)）被選擇應(yīng)用于RQE。不用于其它標(biāo)準(zhǔn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，RBF網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)輸入特性自動(dòng)選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（層、節(jié)點(diǎn)），并且能和KALMAN濾波器預(yù)測模型較好結(jié)合在一起。相對于測量噪聲的濾波而言，KALMAN濾波器有著更好的性能。它使模型可以適應(yīng)諸如因?yàn)榉蔷€性和時(shí)變過程所帶來的不同增益改變（例如催化劑失活或設(shè)備故障）。相對于傳統(tǒng)的偏差校準(zhǔn)機(jī)理來講，KALMAN濾波器提供了更穩(wěn)定的預(yù)測，并且已經(jīng)證明能給出更高的估計(jì)精度，提高在線推斷預(yù)測的可信性，并減少了維修的要求。離線RQE軟件包生成一個(gè)模型文件，它包含了推斷測量在線運(yùn)行所需的所有參數(shù)。2.2.4.4RQE在線軟件包RQE是橫河和殼牌全球解決方案的在線先進(jìn)控制工具庫（COAST-ControlApplicationStandards）控制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)模型。RQE包括全部靈活的和可組態(tài)要求的工具，完成在線推斷測量的執(zhí)行，RQE是一個(gè)魯棒性和可靠性的軟件包。主要特征有：擴(kuò)大在線分析儀信號的核對，包括超范圍的處理，凍結(jié)數(shù)值檢測和峰值拒絕。操作員實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)輸入界面，查看登陸結(jié)果預(yù)覽。輸入數(shù)據(jù)的處理（動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，非線性變化，變量結(jié)合，過濾等）。預(yù)測計(jì)算和結(jié)果處理（鉗位，非對稱的過濾）。使用KALMAN濾波器校準(zhǔn)模型（以在線分析儀或?qū)嶒?yàn)室分析數(shù)據(jù)結(jié)果為基礎(chǔ)均可）。通過非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和內(nèi)置的組態(tài)屬性功能來處理非線性測量問題。參考實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果對模型預(yù)測進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。SPC技術(shù)，包括分值卡，CUSUM和峰值拒絕可選的穩(wěn)定狀態(tài)檢測不確定魯棒（Robust）處理和質(zhì)量參考測量值的改變及滯后處理操作員圖形界面和工程師的圖形界面提供信息和報(bào)警對于模型校準(zhǔn)，RQE有一個(gè)獨(dú)特的功能來彌補(bǔ)不確定的時(shí)間滯后和改變，并與產(chǎn)品的利潤衡量結(jié)合起來。這個(gè)機(jī)理已被證明它能顯著增加RQE預(yù)測的精度和魯棒性。RQE在線軟件可在DOS，WINDOS平臺上運(yùn)行（FOXBORO，HONEWELL，YOKOGAWA），也可用于一些實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（PROSS2，INFOPLUS，SETCON）。2.2.5橫河-殼牌全球解決方案優(yōu)勢在橫河-殼牌全球解決方案中，有超過600套推斷測量的軟件包在用戶現(xiàn)場運(yùn)行，涉及煉油、化工、氣體處理應(yīng)用等方面的廣泛應(yīng)用。橫河-殼牌全球解決方案有關(guān)豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來幫助客戶完成技術(shù)確認(rèn)、設(shè)計(jì)并成功制動(dòng)用于控制要求對產(chǎn)品特性的計(jì)算、檢測及信息采集。這些豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和廣泛的與RQE工具箱緊密結(jié)合的研發(fā)技術(shù)，是獲取魯棒的（Robustness）和高可靠性推斷測量的保障。RQE實(shí)時(shí)軟測量技術(shù)對于質(zhì)量控制和不可測變量的觀測都是最好的選擇。2.2.5.1先進(jìn)的辨識和數(shù)據(jù)分析軟件-AIDAAIDA（先進(jìn)的辨識和數(shù)據(jù)分析軟件包）是用來估計(jì)過程線性動(dòng)態(tài)模型的軟件包。AIDA是橫河-殼牌在離線狀態(tài)下的高級控制通用軟件包PCTP（過程控制技術(shù)軟件包）中的一個(gè)產(chǎn)品。它產(chǎn)生一個(gè)生產(chǎn)過程單元的線性動(dòng)態(tài)模型，用于模型預(yù)測控制，例如用于橫河-殼牌SMOC多變量預(yù)測控制器。以工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到的動(dòng)態(tài)模型就叫做辨識。在工廠裝置測試中是以給定的采樣周期為基礎(chǔ)對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的，通常是一分鐘。采集的過程數(shù)據(jù)包括工廠操作手動(dòng)給定點(diǎn)（過程輸入，或獨(dú)立變量），這里說的工廠操作變量是受過程輸入改變影響的變量，這些變量對先進(jìn)控制方案設(shè)計(jì)有影響并且在日后的先進(jìn)控制方案中所包含的相應(yīng)的規(guī)定或最優(yōu)化目標(biāo)（過程輸出或獨(dú)立變量），和其他一些相關(guān)變數(shù)據(jù)，這些相關(guān)數(shù)據(jù)通可以提供目前工廠運(yùn)行的狀況并且可以幫助建立更準(zhǔn)確的模型（測量擾動(dòng)變量）。例如，典型的獨(dú)立變量包括如下幾類：PID控制給定值（流量，溫度和壓力）期望的控制閥位2.2.5.2典型的獨(dú)立變量包括如下幾方面：過程性能或受約束的測量值（流量，溫度，壓力，在線分析數(shù)據(jù)和控制產(chǎn)供閥閥位）。計(jì)算變量（例如：推斷的測量值）2.2.5.3典型擾動(dòng)變量包括：進(jìn)料流速，進(jìn)料溫度，進(jìn)料品質(zhì)。

與在線分析儀測量相關(guān)的壓力、溫度。PID控制器的過程輸入值工廠測試包括對考慮采用的過程變量進(jìn)行單獨(dú)、連續(xù)、數(shù)次的階躍，密切注意階躍的幅度和重復(fù)次數(shù)，以保證使工廠所受的擾動(dòng)最小，從而獲得理想的結(jié)果和最有效的對象模型。不同類型的裝置在正常生產(chǎn)中給的擾動(dòng)信號可根據(jù)操作條件和具體應(yīng)用要求作為工廠的測試值(階躍測試，偽隨機(jī)(PRBS)序列)過程數(shù)據(jù)文件的分析和處理變量的選擇包括如下內(nèi)容，變量辨識、根據(jù)要求去除無用的數(shù)據(jù)段、建立計(jì)算變量、建立數(shù)據(jù)模型圖、進(jìn)行圖形觀察、檢驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)反常情況。白噪聲噪聲模型N(t)N(t) ＞傳遞函數(shù)模型Y(t)+Y(t)有限脈沖響應(yīng)模型的產(chǎn)生(finiteimpulseresponsemodel)(FIR):在處理數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)IR方法是非常有用的，它可以提供對數(shù)據(jù)質(zhì)量的判斷，輸入激勵(lì)的程度，和對過程動(dòng)態(tài)情況的大體理解。當(dāng)數(shù)據(jù)中兩變量存在(或缺乏)強(qiáng)烈的因果關(guān)系時(shí)，通過FIR方法可以得出非常有用的信息。一個(gè)非參數(shù)脈沖響應(yīng)模型適用于這種數(shù)據(jù)。使用者需要確定預(yù)期設(shè)定的時(shí)間(settingtime)。脈沖響應(yīng)模型將轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)模型形式(一階+時(shí)間滯后)并展現(xiàn)全使用者。F-統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)用來量化模型的品質(zhì)，并幫助選擇合理的模型輸入。模型評估建立的模型可通過約束非線性優(yōu)化(constrainednonlinearoptimization)技術(shù)進(jìn)行評判。實(shí)際上在選擇模型類型(一階，二階，斜坡)和模型輸入時(shí)，使用者的干涉是受到限制的?？商峁┢渌孀R參數(shù)的缺省值，這些值包含了很多實(shí)際的生產(chǎn)情況。同時(shí)計(jì)算并顯示出模型參數(shù)置信度帶以評價(jià)最終模型的精度。模型確認(rèn)AIDA提供了一系列分析工具用于模型有效性分析°F-統(tǒng)計(jì)可以用來對模型的精度進(jìn)行定量分析。AIDA自動(dòng)生成一個(gè)實(shí)際的模型圖形和預(yù)測的過程輸出圖形，可以為設(shè)計(jì)者提供直觀的圖形分析和對AIDA模型品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。對更高級使用者可以用自相關(guān)和互相關(guān)方法對建立的模型從其它方面進(jìn)行分析。2.2.6AIDA的特性和功能匯總：2.2.6.1AIDA的特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)模型辨識軟件包AIDA為先進(jìn)過程控制提供線性動(dòng)態(tài)模型計(jì)算，特別是用于模型預(yù)測控制，例如：SMOC和QDMC。在WINDOWS2000和WINDOWSXP環(huán)境下運(yùn)行AIDA是交互式人機(jī)界面友好的程序包，擁有選擇菜單，圖形和在線服務(wù)信息。

使用的有限脈沖響應(yīng)模型（FIR）模型已經(jīng)完成預(yù)安裝（PRE-FIT）通過FIR模型運(yùn)算可以快速簡單的主人數(shù)據(jù)的質(zhì)量輸入激勵(lì)的程度，理解過程動(dòng)態(tài)大體的情況，并對重要輸入進(jìn)行選擇。通過約束非線性優(yōu)化法進(jìn)行模型評價(jià)這一技術(shù)允許自動(dòng)估算過程時(shí)間延遲和設(shè)定模型參數(shù)的最大、最小限值。在特殊情況下，模型參數(shù)可以是固定的期望值（desiredvalue）。模型類型包括具有時(shí)間延遲的一階、二階和積分型一階模型可指定用于簡單的對象過程。二階模型（第一項(xiàng)為分子，第二項(xiàng)為分母）包括超調(diào)響應(yīng)的情況，震蕩響應(yīng)過渡情況和逆響應(yīng)對應(yīng)情況。RAMP模型加上延遲項(xiàng)可用于積分過程。噪聲模型可作為辨識計(jì)算的一個(gè)部分進(jìn)行評估出岔子輸入和輸出間的關(guān)系模型外，采用具有積分器的ARMA（自動(dòng)回歸移動(dòng)平均）噪音模型可對噪聲自動(dòng)進(jìn)行估計(jì)。這一組合模型改進(jìn)了噪聲存在和數(shù)據(jù)非穩(wěn)定擾動(dòng)（例如：漂移）情況下的辨識性能。2.2.7先進(jìn)過程控制實(shí)現(xiàn)和報(bào)價(jià)橫河APC技術(shù)采用SHELL的多變量優(yōu)化控制器-SMOC和魯棒質(zhì)量估計(jì)器-RQE。SMOC多變量優(yōu)化控制器的應(yīng)用可減少關(guān)鍵變量的波動(dòng)，使變量的自由度增加，把控制區(qū)指標(biāo)推向優(yōu)化值，提高警惕經(jīng)濟(jì)附加值高的產(chǎn)品產(chǎn)率，使裝置獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。我們誠懇地向貴公司承諾，橫河公司可以向貴公司提供最好的APC解決方案，我們有豐富的PTA裝置實(shí)施APC的技術(shù)和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，有最好的從事APC工程的工程師作為您們