石油化工生產(chǎn)過程的先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化的現(xiàn)狀與問題（下）

　　可控性問題：是否可通過操作控制，或需要多少個控制作用，可使生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)達到要求，就是可控性問題，顯然，這是任何一個生產(chǎn)裝置設(shè)計時必須考慮的問題。可控性有不同的定義，Kalman首先給出的狀態(tài)可控性定義是<62>：若控制作用可使描述系統(tǒng)狀態(tài)的所有狀態(tài)變量從任意的不為零的初值運動到原點，則是狀態(tài)可控的，否則為不可控的。狀態(tài)可控性已成為很多系統(tǒng)設(shè)計的基本條件。其特點是可用較少的(甚至一個)控制作用使較多的狀態(tài)變量可控，這是因為考慮了系統(tǒng)的動態(tài)，用穩(wěn)態(tài)關(guān)系是無法解釋的。狀態(tài)可控性的缺點是沒有限定狀態(tài)運動的軌線和控制作用的幅值，因而對某些情況不適用。輸出函數(shù)可控性(Output Functionally Controllability)考慮了對輸出變量運動軌線的要求，但限于線性系統(tǒng)，且仍無對控制作用幅度的限制。對于非線性，有時滯和對控制作用有約束的石油化工過程系統(tǒng)，目前還很難給出可控性的充分且必要的條件，因而有關(guān)于結(jié)構(gòu)可控或可控性必要條件的研究，作為設(shè)計的指導(dǎo)。
　　可操作性問題：可控性只給出狀態(tài)或輸出變量是否可控的條件，可操作性則是操作控制的難易程度的衡量。顯然，可控性是可操作的必要條件。例如催化裂化裝置中，用摻渣比作操作變量使再生溫度處于高限但不超高限，常常是提高摻渣比從而效益的一個手段，顯然這是能控的，但目前大多工藝流程是這樣設(shè)計的，渣油與蠟油混合后進入原料油罐，再經(jīng)換熱進入提升管反應(yīng)器，由于原料油罐中停留時間較長，加上管線輸送和催化劑藏量引起的時間滯后和響應(yīng)滯后，調(diào)整摻渣比后，再生溫度要經(jīng)過二十分鐘左右才開始有響應(yīng)，使保持再生器不超溫下?lián)皆茸畲蟮牟僮骺刂齐y于進行，容易造成再生溫度和摻渣比的來回波動，可操作性較差。如果在工藝流程和設(shè)備設(shè)計時考慮到這一動態(tài)特性，將渣油直接打入提升管反應(yīng)器，可大大縮短時間滯后，可避免這一問題。可操作性取決于被控過程動態(tài)特性，有很多值得研究的問題<63>。
　　可觀性問題：由實測過程變量，或者需要在何處安置多少個測點，可根據(jù)這些實測信息，在線實時計算不可實測的變量，如產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，物料組成，塔器內(nèi)部流量等，就是可觀性問題。例如催化裂化裝置中，需要那些測點可在線計算再生催化劑上的含碳量？需要那些測點可計算主分餾塔內(nèi)回流量，組分分率，汽油干點，柴油凝固點等。可觀性與可控性具有對偶性，利用動態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以由較少的測量值計算較多的不可實測的變量；但當(dāng)系統(tǒng)具有不可測輸入時，如主分餾塔進料組成為不可測輸入，則可測變量的維數(shù)不能少于不可測變量的維數(shù)，主分餾塔才是可觀的。如果在設(shè)計時對此未加考慮，裝置投運后，進行修改或補充都比較困難，要等到檢修停工是才能進行。
　　先進控制與閉環(huán)實時優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計： 包括目標(biāo)(一般為多目標(biāo))、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(一般為多級遞階系統(tǒng))、變量(含被控變量、操作變量、前饋變量、狀態(tài)反饋變量等，可是實測的或在線實時計算的)及其約束限(含上下限、切換限，均可是以上變量的函數(shù))、適應(yīng)市場和環(huán)境要求的協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)則等，使先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)揮效益的基本問題的解決，沒有對過程的深入了解，沒有過程控制與設(shè)計的一體化，沒有機理動態(tài)數(shù)學(xué)模型的支持，是不會或很難成功的。近年來，從機理動態(tài)模型出發(fā)，討論催化裂化裝置控制方案的文章有增多的趨勢。

設(shè)計成果應(yīng)體現(xiàn)在提供先進控制和閉環(huán)實時優(yōu)化的實施方案(在DCS還是上位機上實現(xiàn)，及其具體結(jié)構(gòu))與相應(yīng)軟件，包括開工過程的控制，達到在裝置開工的同時交付使用，并可使裝置盡快達到設(shè)計水平。同時，基于動態(tài)數(shù)學(xué)模型，提供一套計算機仿真器，在裝置開工前，可用于系統(tǒng)的演示、培訓(xùn)及分析；在開工后，可進 行在線仿真，隨時對生產(chǎn)過程進行分析，對系統(tǒng)進行調(diào)整，取得更大的效益。
關(guān)鍵因素盡快實現(xiàn)上述歷史賦于我們的使命，其關(guān)鍵因素在於：
1．迅速建立研究，設(shè)計，開發(fā)和系統(tǒng)分析員隊伍，適應(yīng)科技發(fā)展和學(xué)科交叉的要求，需從大學(xué)教育，研究生培養(yǎng)和在職培訓(xùn)各方面加強。
2．堅持立足國內(nèi)，適當(dāng)引進，發(fā)展適合我國情況的先進技術(shù)方針；制定并落實扶持本國科技，調(diào)動科技和操作人員積極性的政策；建立和建全推動高新技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的體制。
3．堅持不懈和強度足夠人力和資金投入，是發(fā)展我國石油化工過程先進控制與閉環(huán)實時優(yōu)化這一高新技術(shù)和相應(yīng)的軟件的必要條件，投入越多，產(chǎn)出更多。
4．先進控制與閉環(huán)實時優(yōu)化和許多方面高新技術(shù)一樣，是建立在生產(chǎn)過程基礎(chǔ)工作之上，并與其他技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，如工藝，設(shè)備，機泵，一次儀表與執(zhí)行機構(gòu)的改進與可靠運行，控制計算機系統(tǒng)性能的提高；生產(chǎn)調(diào)度，計劃管理與信息系統(tǒng)的建立等；高新技術(shù)在實施過程中，必將與不適應(yīng)發(fā)展的舊的生產(chǎn)管理制度發(fā)生矛盾，需要從高新技術(shù)將促進各方面發(fā)展的高度來認識實施中可能出現(xiàn)的各種問題，從而促進生產(chǎn)的全面發(fā)展。
結(jié)束語
　　使石油化工生產(chǎn)過程適應(yīng)市場變化和環(huán)境要求，具有高效率，高效益，迫切需 要進一步提高先進控制和實時優(yōu)化的技術(shù)水平，實現(xiàn)過程控制與設(shè)計的一體化。關(guān) 鍵技術(shù)是生產(chǎn)過程的機理動態(tài)數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用，特別需要發(fā)揮石油化工界已有的 優(yōu)勢，并與系統(tǒng)控制相結(jié)合，抓緊我國國民經(jīng)濟調(diào)整改革的大好時機，從人才，科技開發(fā)，制度，生產(chǎn)管理等各方面入手，加大投入力度，使我國石油化工過程的設(shè)計和操作控制迎頭趕上世界先進水平，這是時代的要求，也是時代賦于我們的使命。