催化分馏先进控制设计与调优

梁楚

（中国石化长岭分公司湖南岳阳 414012）

摘要：先进过程控制技术的应用使石油化工生产过程控制由原来的常规控制过渡到多变量模型预估控制，它通过多变量预测协调控制，提高装置的运行平稳率，通过目标函数优化使工艺生产控制更加合理，先进控制系统在日常应用中必须结合装置生产工况进行控制方案和参数调优才能保持良好控制性能。

关键词：分馏；控制模型；调优

1分馏系统控制方案设计

1.1分馏控制器设计

分馏塔先进控制最初控制方案设计中将产品质量指标粗汽油干点温度、柴油初馏点温度、柴油95%馏程点温度作为主要被控变量，将分馏塔上、中、下各段温度为辅助被控变量，使其运行在工艺要求区间，通过协调控制顶部、中部和底部各段取热负荷，实施平稳卡边控制的目的。影响分馏塔顶部、中部和下部温度的干扰变量，主要考虑：顶循流量、一中流量、二中流量及返塔温度、油浆返塔温度、油气进料温度。这种设计以产品质量为控制目标，直接实现产品质量指标闭环控制,有利于实现质量指标卡边，操作中只需注意控制产品质量，其它操作参数控制范围可适当放宽，对油品性质和工况变化适应能力强。但由于质量指标采用软仪表计算在线分析仪校正，18年以来柴油馏程分析仪设备老化，运行率及准确率达不到要求，影响软仪表的准确性，不能满足闭环控制要求，鉴于这种现，和工艺协商将控制方案进行了调整，柴油95%馏程点温度不再作为控制指标，将分馏塔各段温度作为主要被控变量，这种方案解决了对在线分析仪的依赖程度，不足是不能实现产品质量闭环控制，生产操作中必须根据油品性质和工况变化调整分馏塔各段温度控制目标范围。

2先进控制调优

2.1先进控制运行机制

先进控制采用的建模理论、辨识技术、优化控制、最优控制技术对过程和环境的不确定性有一定适应能力的控制策略和方法，多变量模型预测控制应用最普遍，其鲜明特征是一种基于预测模型、滚动优化并结合反馈校正的优化控制算法，

由于生产过程处于不断变化的动态中，为实时寻找装置最优操作点，在先进控制系统中，稳态优化为动态控制提供终值目标，动态控制是实现稳态优化的具体调节手段。常规的思路是通过建立线性规划模型求解稳态优化问题，然后通过一系列动态控制步骤来实现稳态优化目标。

如何使控制步骤按照期望的轨迹运行最终实现稳态优化目标涉及控制器参数调优内容。通常做法是借助相关工具进行控制效果分析，根据先进控制运行机制和内部优化算法结合工况进行参数调优。

2.2控制效果分析

IP21实时数据库系所带PE工具是非常实用的控制效果分析工具，借助该工具对先进控制运行曲线和效果进行分析，可及时发现控制模型、控制参数等问题，便于及时进行模型和参数调优。实时数据库中数据归档压缩精度缺省设置为量程的2%，精度不能满足分析需求，需根据实际情况对数据归档精度进行调整。

技术人员进行控制效果分析时逐步对每个被控变量的运行轨迹进行分析，根据需求选择与之相关的操作变量、干扰变量曲线放置同一画面进行综合分析判断。根据稳态目标值运行轨迹和优化方向分析判断优化效果，根据控制优化效果对模型和参数进行调优。

2.3控制模型调优

多变量预估控制模型一般通过阶跃测试和模型辨识得到，控制模型准确性是保证控制效果的关键，由于测试条件、干扰等因素难以得到准确模型，先进控制运行过程中采用反馈校正和滚动优化在一定程度解决了模型失配、干扰等问题，保证控制模型精度依然是技术人员进行参数调优提高控制器性能的基础。

控制模型精度主要通过模型中增益、延迟时间和稳态时间与实际控制过程的匹配程度决定，为了得到更准确模型通常采用以下方法：第一通过机理分析推导模型相关参数；第二通过控制器相关变量累计偏差和被控变量预估值与实际值的偏差并结合现场工况进行分析判断。如18年底3#催化分馏塔柴油抽出管温度预估值经常超出控制范围，造成控制变量调节动作大控制指标波动。通过对比控制曲线发现一中温度控制阀动作时引起一中回流量大幅波动，通过分析找到最终原因为一中温度控制采用A、B阀分程控制代替原三通阀后，虽然调节过程中A、B阀总开度保持不变，但是A、B阀管径不同造成回流波动，从而造成生产波动，通过调整控制模型中对应一中温控回路及回流量增益使得问题解决。

2.4控制参数调优

先进控制运行过程中执行线性规划计算稳态目标值，确定操作变量和被控变量的目标值，以满足控制目标，获得最大经济效益，将消耗降到最小，稳态计算分为可行性分析和经济优化两个阶段，可行性分析阶段在各操作变量在给定约束范围内以最小化Φ = e1 * W1 + e2 * W2 + …（式中e为被控变量与目标范围偏差绝对值，w为权重）为目标函数求解控制器的目标范围。经济优化阶段根据操作变量的单位变化给装置带来的经济效益或消耗，以成本和最小调节量为目标优化操作变量的目标值，通过稳态计算给出操作变量和被控变量的目标值，这些目标值在当前操作条件下是最优的，并进行滚动优化。稳态计算给定了控制目标，动态控制以被控变量在未来一定时间区间内与稳态目标值误差最小为目标计算操作变量每个控制周期如何动作，将各变量推向稳态目标值。

3结束语

先进控制参数设置决定了控制器稳态优化目标和动态控制性能，直接关系先进控制运行效果，在日常应用中，技术人员跟踪运行效果，依据先进控制内部优化计算原理，结合现场工况对控制器进行调优，是保持和提升先进控制运行效果有效途径。

参考文献

[1]孙优贤，邵惠鹤《工业过程控制技术（应用篇）》第一版化学工业出版社 2006年

[2]王树清，乐嘉谦《自动化与仪表工程师手册》第一版化学工业出版社 2017年

姓名：梁楚

性别：男

籍贯（精确到市）：湖南省怀化市溆浦县

出生年月：1975.03.12

工作单位：中国石化长岭分公司IT服务中心

单位邮编：414012

职务职称和学历：计算机信息工程师 大专

研究方向：工业过程控制