郭瑞彤

（東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江大慶，163318）

化工自動(dòng)化中的先進(jìn)控制技術(shù)

郭瑞彤

（東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江大慶，163318）

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，也越來(lái)越發(fā)展的迅速，化工也都朝著集約化、大型化的方向開(kāi)展了，目前出現(xiàn)了化工自動(dòng)化技術(shù)，如何有效地控制化工自動(dòng)化中的先進(jìn)控制技術(shù)，是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，本文就針對(duì)這個(gè)課題進(jìn)行了相關(guān)的探索，希望能為將來(lái)這項(xiàng)新技術(shù)的擴(kuò)展，奠定基礎(chǔ)。

化工自動(dòng)化；先進(jìn)的控制技術(shù)；研究

近年來(lái)，在工業(yè)生產(chǎn)方面，其發(fā)展的特點(diǎn)為：生產(chǎn)的規(guī)模變大了，以及生產(chǎn)技術(shù)的水平提高了，這就說(shuō)明，不但在生產(chǎn)工藝技術(shù)的水平，還是在生產(chǎn)控制的自動(dòng)化的水平，都得到了提高，在化學(xué)工業(yè)中，這種優(yōu)勢(shì)特別顯著。對(duì)于化學(xué)工業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，它是一個(gè)主要的產(chǎn)業(yè)，其資金、能源和技術(shù)都很周密、集中。對(duì)于化學(xué)工業(yè)，在消耗能量方面很大，長(zhǎng)此以往，在我國(guó)，由于化學(xué)工業(yè)的技術(shù)水平不高；在耗能、耗物方面不低，這就阻礙了化學(xué)工業(yè)的進(jìn)展。所以，為了改變這種狀態(tài)，從根緣來(lái)考慮，利用領(lǐng)先的科學(xué)技術(shù)是一個(gè)很好的出路，即通過(guò)先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)，來(lái)改變陳舊的產(chǎn)業(yè)模式。因此，我們要向想實(shí)現(xiàn)在化學(xué)工業(yè)方面的科技進(jìn)步，就必須要多關(guān)心化工自動(dòng)化的方面發(fā)展得如何，運(yùn)用情況怎么樣，這樣才能將化工自動(dòng)化有效地進(jìn)行實(shí)施。對(duì)于過(guò)程控制，最開(kāi)始是利用手工來(lái)控制的，到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展到了三個(gè)層面，第一層面是傳統(tǒng)的控制，第二層面是先進(jìn)的控制，第三層面是優(yōu)化的控制。下面我重點(diǎn)闡述一下在化工生產(chǎn)中，先進(jìn)控制的使用。

1 先進(jìn)控制及其特點(diǎn)

我們通常所指的先進(jìn)控制(APC)，它的顯著的特點(diǎn)是具有先進(jìn)性，在工業(yè)過(guò)程中，到目前來(lái)看，使用依然很少。之所以這樣，是因?yàn)橄冗M(jìn)控制在內(nèi)部涵義方面比較豐富，也存在較強(qiáng)的時(shí)代的特點(diǎn)，所以，對(duì)于先進(jìn)控制，仍未有一個(gè)周密而一致的規(guī)定。但是，在先進(jìn)控制方面的作用是很清楚的，即對(duì)那些不好控制的、繁雜的工業(yè)過(guò)程來(lái)進(jìn)行控制、處理。

對(duì)于先進(jìn)控制，最顯著的技術(shù)為“通過(guò)多變量而預(yù)估的控制”，它不同于以往的控制，存在兩個(gè)不同點(diǎn)：第一點(diǎn)，它是通過(guò)多變量而不是單回路對(duì)控制對(duì)象而控制的，使得控制的變量而發(fā)生轉(zhuǎn)變，即從其溫度、壓力、流量、液位等轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品、質(zhì)量、指標(biāo)、設(shè)備的負(fù)荷等，這就把這個(gè)裝置的平、穩(wěn)性得到提高，對(duì)于卡邊的操作、挖掘生產(chǎn)的潛力、生產(chǎn)的效益方面提供了良好的環(huán)境。第二點(diǎn)，對(duì)于化工生產(chǎn)，特別是石油化工的生產(chǎn)，由于其過(guò)程很繁雜，要有一個(gè)精密、準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是相當(dāng)不易，在使用預(yù)估控制技術(shù)下，對(duì)數(shù)學(xué)模型精度的要求，就大大降小了。

先進(jìn)控制的特點(diǎn)為：首先，其不同于陳舊的PID控制，其是在模型的基礎(chǔ)上，來(lái)控制的一種方略；對(duì)于先進(jìn)控制，是通過(guò)多變量的過(guò)程而控制的，所以，先進(jìn)控制，往往在常規(guī)的、單回路的控制下而形成的一種動(dòng)的、協(xié)調(diào)的、受限制的控制，再有對(duì)先進(jìn)控制要求的實(shí)現(xiàn)，即把計(jì)算作為維護(hù)平臺(tái)而進(jìn)行的。

2 先進(jìn)控制的主要內(nèi)容

2.1 過(guò)程辨識(shí)技術(shù)

所謂過(guò)程辨識(shí)技術(shù)，就是指通過(guò)應(yīng)用一些變量、以及相互的關(guān)系來(lái)說(shuō)明一個(gè)完整的過(guò)程。換言之，通過(guò)應(yīng)用一個(gè)鮮活的數(shù)學(xué)模型，來(lái)展示一個(gè)真實(shí)的過(guò)程，而這個(gè)數(shù)學(xué)模型，往往存在輸入、輸出等多個(gè)變量，在這些變量之間，其聯(lián)系是相互的，受某些條件的限制而控制。

(2)過(guò)程變量數(shù)據(jù)的采集、處理和軟測(cè)量技術(shù)

在生產(chǎn)過(guò)程中，在實(shí)際測(cè)定、匯總過(guò)程中，把有關(guān)過(guò)程的變量、具體的數(shù)值等進(jìn)行采集。而先進(jìn)控制，其優(yōu)勢(shì)就在于能夠利用實(shí)測(cè)的、大量的信息而說(shuō)明，而在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，這些數(shù)據(jù)是能夠通過(guò)測(cè)量而得到的，所以，這些數(shù)據(jù)具有“有效果、安全”的性質(zhì)。

(3)先進(jìn)控制策略

對(duì)于先進(jìn)控制，往往利用的控制目標(biāo)、結(jié)構(gòu)是比較合理化，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，這就很適合生產(chǎn)的需要。對(duì)于先進(jìn)控制，其方法有：

1)在解決受限制而多變量的過(guò)程中，來(lái)協(xié)調(diào)控制，其控制策略，往往采用的是帶有協(xié)調(diào)性的、多變量的預(yù)測(cè)。

2)引用先進(jìn)的控制策略，主要有：通過(guò)改變以前的串級(jí)、比值、前饋等控制，在模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)在有專(zhuān)家系統(tǒng)的控制、以及對(duì)非線性、魯棒等特點(diǎn)的控制。

3)在過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)故障的檢測(cè)、預(yù)報(bào)、診斷、處理的分析。

3 結(jié)論

對(duì)于模糊控制技術(shù)，主要應(yīng)用對(duì)象是在石油化工地方的人，由于其具有大的滯后性、強(qiáng)的非線性等特點(diǎn)，在處理復(fù)雜多模式時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠聯(lián)想、推測(cè)、記憶，以及對(duì)質(zhì)量的預(yù)測(cè)等功能，它結(jié)合在模糊控制技術(shù)中應(yīng)用，即在石油化工中，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)儀表所不能完成的工作?？偠灾?，化學(xué)工業(yè)變得越來(lái)越集成化、大型化，使得系統(tǒng)變得復(fù)雜化，其過(guò)程變得耦合化、不確定化、不線性化、信息未完全化、滯后化，所以，要把控制目標(biāo)變得多元化，即使得數(shù)目多變量而性能也增強(qiáng)，對(duì)于以前的控制方法，未能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)而控制，逐步實(shí)現(xiàn)我國(guó)化學(xué)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的大前景，為我國(guó)的自動(dòng)化事業(yè)多做貢獻(xiàn)。

[1] 李旭輝,申軼華.化工生產(chǎn)中自動(dòng)化控制儀表探討[J].化學(xué)工程與裝備.2011(11)

[2] 劉立波,杜惠吉.化工生產(chǎn)控制自動(dòng)化儀表問(wèn)題淺析[J].才智. 2010(26)

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郭瑞彤，1993年4月26日，東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院在讀本科生。

The Advanced Control Technology of Chemical Engineering

Guo Ruitong
(College of Electrical Information engineering,Northeast Petroleum University,Daqing,163318,China)

The development of modern society,in the field of chemical industry,also more and more of rapid development,chemical industry were also carried out in the direction of the intensive,large-scale, the chemical industry automation technology at present,how to effectively control the advanced control technology of chemical engineering,is now the hot issues of the study,this article is aimed at the subject has carried on the related exploration, hope for the expansion of the new technology in the future,lay the foundation.

Chemical automation;Advanced control technology;Research

圖1 預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)控制示意圖