先进控制（APC）在化工乙二醇装置上的应用

先进控制（APC）在化工乙二醇装置上的应用

贺捷坤 ,姚文杰

陕西渭河煤化工集团有限公司  陕西渭南 714000  

摘 要：近年来，随着科技的进步我国的煤化工工业正在全面的发展。大量的先进控制技术被引入到了整个行业之中，对现有的生产方式和生产流程进行了重新的改造。这种技术不同于传统的 PID控制，先进控制充分利用工业工业过程的输入与输出变量，采用新型的控制技术，可以很好解决复杂的工业过程如：多耦合变量、大迟滞等，优化控制精度，提高生产效率。但目前许多企业对于先进的控制技术还存在着一些认识上的误区和认识上的偏差。

关键词：先进控制；APC；复杂控制；乙二醇

引言：目前复杂的工业生产采用的是现代信息技术和 PID控制技术相结合的一种新型的控制技术。比如在许多产品的制造中，很多设备都是依靠着先进控制系统来实现的，这样可以让工作更加的高效。这种先进的算法在实际应用的时候，不仅有着很大的优势，更重要的是随着技术的进步，现代的控制技术的出现，使得国内的工业得到了飞速的发展。

1 先进控制技术功能特点

1.1先进控制技术概念

APC是先进流程控制（Advanced Process Control)，区别于传统经典控制的控制方法的统称，从广义上讲，能够获得比传统PID控制更好效果的控制策略都可称之为先进控制。它主要是通过数据挖掘和分析被控对象在操作过程中所生成的大量实时数据和历史数据，从而构建出一个系统的运行模式，并在此基础上实现多个参数的实时优化。目前主流先进控制技术主要包括模型预测控制、内模控制、自适应控制、模糊控制、最优控制等控制技术，我们通常所说的先进控制以模型预测控制为主。

1.2先进控制技术功能

在流程工业装置中，比例、积分、微分控制（简称PID控制）策略应用最为广泛，90%以上的自动控制回路均采用了PID控制策略。由于受到工艺、设备、生产负荷以及仪表等内外因素的影响，控制回路的性能会随着生产装置连续运行时间的增加而退化。装置中高达60%的控制回路存在着不同程度的性能缺陷，若不及时有效地对重要控制回路进行维护，控制性能缺陷不仅会影响装置运行的平稳性、产品质量、产品收率和物耗、能耗等，严重时，甚至危及到装置的运行安全。因此，选用一定的先进控制策略对于装置“安、稳、长、满、优”运行具有重要的意义。

2 先进控制技术在乙二醇装置中的应用

2.1 方案设计

1）乙二醇合成装置过程控制;

乙二醇合成的目的是把草酸二甲酯与上游净化工段PSA装置送出来的合格氢气在Cu系催化剂作用下，在合成塔内合成气相的粗乙二醇，并经冷却后，得到液相乙二醇粗品，送乙二醇精馏工段。

为建立乙二醇合成中反应系统及分馏系统物料传递平衡控制，通过对加氢反应器相关操纵变量与被控变量的系统分析、测试建模及控制器设计，实现对汽包液位的平稳控制，以维持反应器压力、反应器进口温度、催化剂床层温度等工艺指标的平稳，确保加氢反应效果。实现单元上下游物料流解耦，优化进料配比及反应条件，提高目标产物收率。

2)先进控制的组成

PID与APC系统在DCS系统平台之上实施的，采用先进控制上位机方式实现。PID与APC系统通过OPC接口软件，建立先进控制上位机与DCS控制站数据传送的物理链接。考虑到系统独立性和后期维护的方便性，搭建先进控制系统硬件平台如图：

2.2 实施过程

1）运行环境搭建（软硬件系统集成）：做好DCS OPC服务器的现场安装和调试工作，实现DCS与APC运行服务器之间的双向通讯。

2）基础回路整改与过程预测试：对不满足先进控制要求的基础控制回路进行整改，结合过程机理，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，根据测试数据，建立该单元的动态模型。

3）实验测试与数据收集：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）；给出详细的实验测试方案。

4）模型辨识和模型验证：根据装置阶跃测试获得的数据，利用模型辨识软件进行建模，建立相关单元的动态数学模型

5）控制器设计与离线仿真：基于初步设计及通过验证的动态数学模型，进行预测控制器的功能和机构的详细设计；通过离线组态，对预测控制器的变量与参数设计，并通过离线仿真，选择能达到预期效果的一组模型与控制器。

6）安全切换逻辑设计与实施：DCS上的先进控制画面调整先进控制系统各种状态，以适应装置运行状况的改变。

  7）控制器投运调试：不断优化调整控制器参数，以达到预期控制效果。

2.3实施效果

    通过先进控制的投用，提高了乙二醇合成及精馏装置综合自动化控制水平，降低了操作劳动强度，使各关键工艺参数的标准偏差降低30%以上，“卡边”优化相关工艺参数，优化反应条件，挖掘装置潜力，降低了装置单位产品蒸汽消耗1%以上，提高产品收率0.5%以上，先进控制系统（APC）的投用率达到98%以上。

3、结语

   目前，集散控制系统（DCS）中的常规控制策略难以实现生产装置的多变量控制、多目标优化和多层次协调等功能

，生产装置的操作运行仍主要依赖于操作人员的经验，无法满足生产装置高效、优化运行的要求，本文通过对先进控制技术在乙二醇装置中的实施过程进行了细致的分析，从总体上对先进控制技术的概念进行了详细的阐述。

参考文献：

[1]刘良骥.DCS系统设计及先进控制在DCS系统中的运用分析[J].电子世界。

[2]周京强. 先进控制技术(APC)在石化炼油装置的应用[J].中国化工贸易