优化控制在DCS中的实现

1、问题的提出 ARGG是石油加工中的重要装置，它的运行状态直接影响到各轻质油品的收率和装置的经济效益，因此，国内外都投入大量的人力、物力开发了各种催化裂化装置的先进控制系统。如DMC公司在FCCU上应用动态矩阵控制，HONEYWELL PROFIMATICS公司的鲁棒预测控制等。 巴陵石化烯烃厂的ARGG装置采用的是HONEYWELL公司的TPS/DCS集散控制系统，在控制方案上仍以传统的单回路控制为主。显然，充分利用现有设备，采用新的控制手段是提高装置的生产能力、生产效率和加工应变能力的一条捷径。近十几年来，控制技术的发展和成熟，以及新型DCS的采用,使得该催化裂化装置应用这些新技术成为可能和必要。 通过考察，对比国内外的各种优化控制方案，决定和北京优化佳公司合作，采用相关积分法对ARGG装置进行优化控制。 2、基本结构 优化控制系统由两部分组成：工艺监控软件和优化控制软件，工艺监控软件安装在DCS操作站上，采用HONEYWELL DCS的流程图组态软件（Display Builder)，制作了包括催化裂化实时优化控制系统、原料/产品单价表、汽油干点和烯烃含量软测量三幅流程图，并编写了大量的BasicScript程序，用以实现优化控制自动投用和应急切除优化程序。主要作用是进行优化参数的显示和优化值的修改，这样在每一台操作站上都可以显示和修改优化参数。优化控制软件安装在APP节点上，APP节点的主要功能是构成OPC SERVER ，作为优化控制软件和DCS控制站通讯的桥梁。优化控制软件通过OPC CLINET方式访问APP节点，采集所需要的工艺参数，并通过计算处理，再把数据送回给DCS。它包括收率计算主程序、干气预提升方案优化主程序、蒸汽预提升方案优化主程序、催化剂加料优化主程序、汽油干点软测量程序、烯烃含量软测量程序等6个程序，每个程序具有独立的功能和操作界面，这样可以根据需要投用其中的几个或全部程序，提高了系统的可靠性。而工艺监控软件和优化控制软件数据的交换主要是通过在DCS中组态大量的软件点，包括浮点数和布尔数，这样操作站可以访问和修改这些数，优化控制软件也可以访问和修改这些数。 优化系统基本结构图 3、主要功能实现 （1）、优化控制系统的实现 此优化控制系统采用相关积分法，实现了四种优化方案，选取了九个优化变量，通过优化系统自动改变闭环控制回路的给定值，来达到优化控制的目的。 根据目前油品销售的市场情况，考虑到催化裂化加工方案的多变性，综合催化裂化的目前工艺设备条件，要求整个优化系统能适应不同的加工原料和生产不同的主要产品。优化控制系统具有四种优化方案： l 以液态烃为主产品的优化方案 l 以汽油为主产品的优化方案 l 以柴油为主产品的优化方案 l 装置总经济效益的优化方案 以及两种工艺： l 蒸汽预提升工艺 l 干气预提升工艺 在选择优化变量时，主要考虑反应再生部分工艺中的重要的、易于控制的变量。在ARGG装置中，取以下几个变量作为在线优化变量 l 提升管出口温度 l 预提升蒸汽流量（干气提升加工方案） l 预提升干气流量（蒸汽预提升加工方案） l 进料温度 l 终止剂流量 l 回炼汽油比 l 回炼油流量 l 回炼油浆流量 l 新催化剂加料占宽比 具体实现如下：对每一个优化变量，首先建立两个软件点，一个布尔数和一个浮点数，布尔数作为优化开关判断优化是否启动，浮点数作为优化程序计算出来的设定值，然后修改控制回路的组态 ，由单回路控制改为串极回路控制。在优化没有启动时，即优化开关为“AUTO”状态，控制回路由操作员根据工艺情况在操作站上设定给定值（SP），在优化投用以后，即优化开关为“CAS”状态时，由优化程序提供给定值作为控制回路的设定值，为了提高优化系统的可靠性，保证安全和过程的正常运作，所有的优化变量只能在某一许可范围内变化，对每一个优化变量都设置了上界和下界，这样可以在设定范围内进行“卡边”操作。 优化控制方法 （2）、软测量的实现 汽油干点和汽油烯烃含量是催化裂化产品的重要指标，关系到主要产品的质量。在以前的操作中，这两个指标都是通过化验室的人工化验得到，每四个小时一次，滞后很大。为了更好的控制产品的质量，本项目中采用软测量技术来解决这个问题。 汽油干点和汽油烯烃含量的软测量采用了北京优化佳公司的产品：General Soft Sensor for DCS (简称GSS)。该产品是一种通用的软测量传感器，可适用于各种难以用硬件测量的变量的传感。GSS具有模型自动校正，动态补偿，系统状态自动判断，实时数据库等一系列的功能。可以通过组态来构成所需要的各种软测量系统。 根据以上汽油干点和汽油烯烃含量的数学模型，将它们输入GSS，很容易地构成了这两个指标的软测量。软测量传感器每4小时用实验室的分析结果效验一次，GSS自动根据效验的误差酌情对数学模型进行修正。 （3）、催化剂小型加料系统的实现 烯烃厂催化剂小型加料系统提供三种加料方式： A、 全自动加料方式：由ARGG优化软件自动设置加料时间和间隔时间； B、 半自动加料方式：在全自动加料方式时，可以手动设置加料时间，这时执行手动加料，手动加料时间到后，继续执行自动加料过程； C、 手动状态：停止自动加料过程，这时操作员可以在流程图上开关加料球阀，执行加料过程。 其加料程序采用HONEYWELL DCS的编程语言CL语言编写，CL程序运行在控制站，其可靠性高，而且可以直接在DCS操作站上显示加料过程和时间，减少了对加料系统现场巡检的工作量。程序逻辑框图如下： 4、结束语 经过一段时间的投用运行，该系统性能稳定、效果明显，自适应能力强，能自动根据原油性质、不同工况自动调优；而且操作简单，简轻了操作人员的劳动强度；安全可靠性较高，优化系统对各种突发事件均做了周详地考虑，在发生数据有较大偏差与意外情况时，可以发出报警，锁定原有数据，切出优化状态，恢复人工操作，达到了优化控制的目的。 参考文献： 【1】 优化控制工程师手册 【2】 优化控制技术员手册 【3】 Honeywell DCS技术资料