張永輝，紀紅霞(山東華星石油化工集團有限公司，山東 東營 257335)

1 先進控制系統(tǒng)的主要特點

先進控制技術主要具有以下五個特點：(1)傳統(tǒng)的控制技術需要應用精確的數學模型來實現生產過程的自動化控制，這導致其應用范圍受到限制，而先進控制技術則不受這一因素的限制，可以在對研究對象模型知之甚少甚至不知道的前提下實現控制，模型的結構和參數可以在較大范圍內變動，因此先進控制技術可以解決傳統(tǒng)控制無法解決的問題，具有更大的應用范圍，如可以采用模糊控制來進行生產的控制。(2)先進控制技術能夠實現大時滯、多變量耦合等復雜的多變量過程控制，被控變量和控制變量之間存在各種約束條件。不同于傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)技術只能夠完成控制任務單一性的特點，能夠建立在常規(guī)單回路控制之上的動態(tài)協(xié)調約束控制，從而實現工業(yè)生產過程的動態(tài)性和操作性的要求。(3)應用傳統(tǒng)的控制理論難以解決高度非線性的問題，而應用先進控制技術則可以有效地解決這一問題，為解決這類問題提供途徑。(4)先進控制技術具有具有自適應、自組織、自學習和自協(xié)調能力，有補償及自修復能力和判斷決策能力。(5)在實際運行過程中，先進控制技術需要足夠的計算機算力作為支持，隨著DCS技術的不斷發(fā)展，當前很多的先進控制策略可以在DCS上實現，先進控制的可靠性、可維護性以及可操作性都得到了比較大的提升。

2 煉油化工行業(yè)的先進控制技術

2.1 數據的采集、處理、軟測量技術

在煉油化工領域應用先進控制技術過程中，為了使其作用可以得到充分的發(fā)揮，保證實時數據充足、準確是重要的前提。但是在實際生產過程中，由于現場儀表信號等的不穩(wěn)定，導致數據采集工作準確性易受到影響，容易出現失真、噪聲波動等多方面的問題，因此需要通過對信號數據進行必要的識別處理，包括對信號數據變化程度進行檢查等措施，提高數據的準確性。軟測量技術主要應用了熱量平衡、壓力平衡等方面的機理，在先進控制技術的應用過程中，需要在半機理半經驗的基礎上，應用軟測量模型和相應的計量方法，來進行變量的測量工作，從而基于其完成對生產過程的控制，這是先進控制技術的重要功能，常見軟測量包括循環(huán)劑循環(huán)量和熱爐效率計算等方面[1]。

在先進控制技術的實際應用過程中，數據采集技術具有非常重要的應用，其對先進控制技術的實際控制效果有比較大的影響。在先進技術在煉油化工行業(yè)的實際應用過程中，信息是先進控制技術應用的基礎，而且受到煉油化工行企業(yè)在生產過程中噪聲是比較大的。因此為了提升收取信息的準確性，在進行信息的收集時還需要進行噪聲處理，通過濾波等方式來降低信息干擾，從而提高收集到的信息的準確性，更好的為先進控制提供信息支持。在完成信息的收集工作之后，需要進行誤差的監(jiān)測和識別，從而提高信息收集的準確性。舉例來說，在煉油化工行業(yè)生產過程中。汽油的飽和蒸氣壓、粗汽油的干點以及輕柴油的傾點等數據都需要進行采集[2]，這些信息的采集質量直接影響到指標評估的準確性，因此對其進行全面的數據信息采集，保證數據信息的準確性非常重要。

2.2 人工智能技術

人工智能技術在煉油化工領域有非常好的應用前景，尤其是在過程控制領域，人工智能技術具有重要應用。當前，常見的人工智能技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經元系統(tǒng)等。在實際應用中，專家系統(tǒng)主要應用于儀表測量、工業(yè)過程故障分析等領域，用于解決生產過程中遇到的問題，并且對生產的過程進行監(jiān)督，保證生產的質量，在規(guī)模較大的機組中應用比較廣泛；神經元系統(tǒng)的主要作用是為非線性過程建模提供有效的方法，在神經元網絡技術中，當前應用較為廣泛的包括前向網絡法和反向傳播算法等，通過應用神經控制方法，能夠實現對煉油化工生產過程中的復雜加工模式進行聯(lián)想和推測處理，通過應用其自學能力，能夠對生產過程進行智能化的預測，從而提升生產的質量。模糊控制是基于模糊控制理論的一種人工智能技術，在現階段應用還不廣泛，隨著該技術的發(fā)展，其在改善原有控制過程方面會有比較重要的應用[3]。

2.3 預測控制技術

預測控制技術已經發(fā)展處多種相應理論，其中以預測啟發(fā)控制和動態(tài)矩陣控制兩種最為著名。預測控制模型的工作原理有兩種，分別是脈沖響應和階躍響應，這兩種原理的應用都比較簡單，獲得相應模型都較為容易。在預測控制技術中，一方面保留了傳統(tǒng)控制原理的先進思想，同時應用滾動優(yōu)化的方法對傳統(tǒng)控制方式進行了優(yōu)化。在預測控制技術中，能夠通過實測值對預測進行反饋了校正，從而降低不確定性對于控制的影響，提高控制的準確性。

在預測控制技術的實際應用中，主要通過數學模型來實現信息輸出變量的預測，然后通過預測出來的信息來對生產過程進行反饋控制，實現生產過程的有效控制。同時，其還能夠利用不可測擾動進行推算，具體包括組分推斷控制、熱焓控制以及內回流控制等方面內容。在實際應用過程中，該技術可以不應用在線分析的方式來進行信息的反饋，其通過進料、溫度和壓力等數據信息就能夠實現產品生產流程的確定，并且進行精確的反饋控制，對煉油化工的生產過程進行高效控制，提高生產的質量和效率，更好的保證生產的安全性。

2.4 模型辨識技術的應用

模型辨識技術是指，在煉油化工生產過程中，對動態(tài)模型進行的質量控制。煉油化工的生產流程是比較復雜的，提高了模型辨識工作的難度，需要應用具有較強辨識能力的軟件來進行模型識別，從而將數據信息中的各類虛假信息刪除掉，并且獲取具有實際應用價值的信息，將其應用到煉油化工的先進控制工作中，提高控制的準確性。在此過程中通常需要應用到動態(tài)數學模型，因此該模型在應用過程中需要應用到動態(tài)學、統(tǒng)計學以及系統(tǒng)辨識學等，從而起到良好的辨識效果。

3 先進控制技術在煉油化工行業(yè)的具體應用

先進控制技術在煉油化工行業(yè)中有著重要應用，通過煉油化工企業(yè)的生產裝置中應用先進控制技術能夠有效地提高生產的控制水平，提高生產的效率，從而推動煉油化工企業(yè)的發(fā)展，下面對先進控制技術在石油煉化企業(yè)生產裝置中的具體應用進行探討。

3.1 先進控制技術在加熱爐中的應用

在加熱爐中，先進控制技術主要有以下四方面的應用：(1)加熱爐熱效率。將先進控制技術應用到加熱爐熱效率的相關算法中，可以優(yōu)化加熱爐熱效率的控制，使得加熱爐熱效率得到提升。(2)加熱支路平衡。先進控制技術在加熱支路平衡中也有重要作用，在實際生產過程中，若加熱爐的溫度和進料都保持不變，需要根據溫度的高低，對加熱爐管的流量進行調整，從而使支路出口處的溫度保持相同，通過這樣的控制手段，能夠使避免部門加熱管道出現明顯過熱的問題，從而可以延長加熱爐的使用壽命，先進控制技術的應用可以更加準確的調整加熱爐管流量，起到更好的控制效果。(3)加熱爐出口溫度串級控制。通在加熱爐加熱過程中，干擾源會對其運行造成影響，通過應用先進控制技術，能夠將前饋信息融入到回路爐之中，從而降低干擾，提高溫度控制的準確度，從而使出口溫度控制達到良好的效果。(4)加熱爐提降量控制。應用先進控制技術，能夠在加熱爐總流量出現變化時，對總流量進行合理、均勻的配置，從而使爐膛溫度保持在要求范圍內，保證生產工作的正常進行。

3.2 先進控制技術在分餾塔中的應用

在煉油化工企業(yè)生產過程中，分餾塔中段的回流取熱控制是一項重要內容，通過應用先進控制技術，能夠有效地提高回流取熱分配的合理性。在分餾塔中段回流取熱控制工作中，主要應用預測控制技術。在具體工作過程中，首先確定生產方案，明確分餾塔各個階段的取熱比例和范圍，然后通過先進控制技術，將取熱比控制在范圍內。對于中段回流控制，主要應用的是動態(tài)矩陣控制方法，在實際控制中，取熱量作為控制變量，回流量則作為操作變量，通過對回流取熱進行控制和合理化分配，提高生產的質量。

3.3 原油蒸餾塔的建模與優(yōu)化

原油蒸餾塔模型是基于Sorel平衡性模型來進行建立的。Sorel平衡模型進行了如下假設：任一平衡級的兩相物流總處于熱力學平衡狀態(tài)，通過對各平衡級進行物料平衡、能量平衡、相平衡計算，可以建立模型，并且得到Sorel方程。在實際應用過程中，對于Sorel模型方程，有多種不同的計算機求解算法，包括方程分解算法等。在常壓蒸餾過程中，需要解決穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題，這一問題可以被描述為在平衡操作的前提下，利用蒸餾過程數學模型，在一定質量指標約束下，用遺傳算法來對目標函數進行求解和優(yōu)化，最終計算出操作變量的設定值，操作人員可以根據計算結果，進行操作過程的控制和優(yōu)化。

3.4 基于神經元網絡的粗汽油干點和輕柴油傾點軟測量及質量卡邊控制

根據生產實踐可知，粗汽油干點和輕柴油傾點與其對應的溫度和油氣分壓呈現出非線性關系，具體表現出以下特點：在對應的溫度較高時，質量點也較高；對應的油氣分壓高時，則質量點的值低。基于這一規(guī)律，通過應用神經元網絡技術，能夠通過已獲得的化驗值和相關參數值尋找出最佳的權重即樣本學習，然后把實時的相關參數值通過該權重計算出適時的軟測量值。

3.5 先進控制技術在延遲焦化裝置中的應用

在延遲焦化裝置中應用先進控制技術，能夠起到良好的控制效果。在生產實踐中，某煉油企業(yè)在延遲焦化裝置中應用了先進控制技術，通過應用先進控制技術能夠充分應用多變量控制器的協(xié)調能力，從而有效的提高裝置操作的穩(wěn)定性。在煉油廠生產裝置中，焦化裝置在生產過程中具有特殊性，在焦炭塔進行切換時，焦炭塔暖塔和吹氣將給裝置的操作帶來較大幅度的擾動，而且導致的擾動是無法進行測量的，應用先進控制技術可以解決這一問題，在實際應用中，可以將擾動作為反應系統(tǒng)控制器的事件干擾變量，以變幅度的擾動序列來描述事件，通過這樣的方式可以有效的降低焦炭塔切換對生產造成的影響，從而有效的提高生產的效率，提高企業(yè)的經濟效益。

3.6 先進控制在液體催化裂化流程中應用

在石油煉化企業(yè)生產過程中，液體催化裂化是重要的工藝流程，通過在該工藝流程中應用先進控制技術，能夠有效的提高控制效果，提高生產的效率。某企業(yè)通過在液體催化裂化工藝流程中應用先進控制技術，有效提高了生產效率，相關數據顯示，先進控制技術在應用以后，該企業(yè)減壓渣油摻減率、汽油收率、柴油收率、輕質油收率都獲得了顯著提升，而液化石油氣收率、干氣收率、油漿收率等下降。該公司還對分餾穩(wěn)定系統(tǒng)進行了優(yōu)化，并且對先進控制系統(tǒng)應用經濟效益進行了評價，結果顯示通過先進控制技術的應用，可以為該企業(yè)帶來超過800萬元/年的收益，因此先進控制技術得以應用起到了良好的效果。

4 煉油化工自動化的發(fā)展建議

煉油化工企業(yè)需要不斷提高自身自動控制的水平和應用效率，通過積極開發(fā)和應用先進控制系統(tǒng)，來提高生產控制水平，提高現有裝置的經濟利益。同時，還應強化當前已有的先進控制軟件的商品化開發(fā)，推廣其不斷應用，推動其產業(yè)化發(fā)展。在生產過程中，要著重加強生產運營和設備的安全性監(jiān)測、故障診斷和預報控制等技術的開發(fā)應用，提高企業(yè)生產的安全性。加上環(huán)保監(jiān)測自動控制系統(tǒng)的研究和應用，特別針對環(huán)境污染嚴重，或者是存在易燃、易爆和易中毒的崗位和工作場合，需要建立監(jiān)測和預報系統(tǒng)，從而保證生產的安全，并且確保生產過程滿足環(huán)境需求。

在推動煉化企業(yè)信息化和自動化控制水平的過程中，過程控制的技術人員需要提高自身知識的廣度，同時把從事計算機科學、人工智能、過程控制與化學工程的技術人員有機結合起來，通過交叉學科性質的新課題研究，提高煉油化工自動化水平，從而更好的滿足生產的實際需求，推動煉油化工行業(yè)的發(fā)展。

5 結語

隨著先進控制技術的不斷發(fā)展，應用不斷深化，其在煉油化工領域還將獲得非常重要的應用。就當前中國煉油化工行業(yè)發(fā)展的情況而言，先進技術的應用還處于初級階段，在實際應用中還需要借鑒發(fā)到國家的經驗。因此，煉油化工企業(yè)應加大投入，加大對先進控制技術的研究和革新，推動中國煉油化工行業(yè)的發(fā)展。