Apc先进控制介绍

1、Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制和优化先进过程控制和优化2004年年2月月Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制和优化目标先进过程控制和优化目标采用先进过程控制和闭环实时优化采用先进过程控制和闭环实时优化来实现高效低耗来实现高效低耗Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进控制与优化技术先进控制与优化技术 先进过程控制先进过程控制 DMCplus 集集 SMCA 和和 DMC之优势的新一代模型之优势

2、的新一代模型预测控制器预测控制器 产品质量推断产品质量推断 Aspen IQ 开发和实施推断成品质量的新技术开发和实施推断成品质量的新技术 闭环实时优化闭环实时优化 RT-OPT 控制器性能监控控制器性能监控 新颖新颖 Aspen Watch 技术及服务程序，用于控制器性技术及服务程序，用于控制器性能监控和诊断能监控和诊断Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制先进过程控制 稳定操作过程稳定操作过程 卡边操作卡边操作 动态实测模型动态实测模型 APC运行周期运行周期-分钟分钟 新一代新一代APC技术技术DMCplus 产生显著经

3、济效益产生显著经济效益(3%-5%) 智能化工厂技术的基础智能化工厂技术的基础Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech帮助客户在最优点操作帮助客户在最优点操作先进过程控制先进过程控制Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制先进过程控制 AspenTech公司已安装了公司已安装了2000 个个APC系统，商品化应系统，商品化应 用占世界市场份额的用占世界市场份额的70% AspenTech公司具有世界上第一流的先进控制专家公司具有世界上第一流的先进控制专家 AspenTech公

4、司的工程方法是项目成功的关键公司的工程方法是项目成功的关键 DMCplus及及Aspen Watch， Aspen IQ 领导模型预测控领导模型预测控 制新潮流制新潮流Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech基基 本本 规规 则则先进控制的基本规则是：先进控制的基本规则是： 如果你能够更深入地了解生如果你能够更深入地了解生产过程，你能使生产过程控制产过程，你能使生产过程控制的更好。的更好。Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制与优化系统正是利用先进过程控制与优化系统正是利用

5、 模型模型来更深入地描述生产过程。来更深入地描述生产过程。在线模型将在计算机上实时地运行在线模型将在计算机上实时地运行。模模 型型有助于我们深入了解生产装置有助于我们深入了解生产装置Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech多多 变变 量量 动动 态态 模模 型型概概 况况Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech. .控制变量 1控制变量 2控制变量 3操作变量 2操作变量 3前馈变量 1操作变量 1时间多多 变变 量量 动动 态态 模模 型型Achieving True Potentia

6、lPlantelligenceAspenTech使用以前和目前过程测量数据以及过程目前状态，在线使用以前和目前过程测量数据以及过程目前状态，在线模型可预测控制变量未来的变化轨迹模型可预测控制变量未来的变化轨迹。时间t=0模型模型模模 型型 预预 测测 控控 制制Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech控制器将计算出操作变量的控制作用以使未来控制变量在控制器将计算出操作变量的控制作用以使未来控制变量在整个时间区间内误差最小，并确保控制质量整个时间区间内误差最小，并确保控制质量。时间t=0控制控制模模 型型 预预 测测 控控 制制 (2)(2)

7、Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech就高性能的控制品质而言，常规就高性能的控制品质而言，常规PIDPID控制器不能达控制器不能达到应有的控制质量，因为它无法预测未来。到应有的控制质量，因为它无法预测未来。PIDPID控控制器根据当前的误差反馈信息来调整控制阀，制器根据当前的误差反馈信息来调整控制阀，然然而当误差出现时，为时已晚。而当误差出现时，为时已晚。模型预测控制系统能通过可以实现的高性能的控模型预测控制系统能通过可以实现的高性能的控制品质来减少控制变量的波动。制品质来减少控制变量的波动。模模 型型 预预 测测 控控 制制 (3) (

8、3)Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech即使已采用了统计过程控制方法，模型预测控制即使已采用了统计过程控制方法，模型预测控制仍能进一步提高效益。仍能进一步提高效益。除了能够提高控制品质，控制器还可进一步安全除了能够提高控制品质，控制器还可进一步安全地操作在最优卡边控制下来实现经济效益。这表地操作在最优卡边控制下来实现经济效益。这表明仍可增效降耗。明仍可增效降耗。模模 型型 预预 测测 控控 制制 (4) (4)Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech典型操作领域典型操作领域冷却冷却安

9、全极限安全极限压力压力速率速率预热预热模模 型型 预预 测测 控控 制制 (5) (5)Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进控制减先进控制减少波少波 减少波动将使得操作更减少波动将使得操作更接近最优卡边控制接近最优卡边控制无模型预测无模型预测控制控制上限上限目标安全范围安全范围= 经济效益经济效益模模 型型 预预 测测 控控 制制 的的 经经 济济 效效 益益Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechDMCplus 控控 制制 结结 构构与操作变量相关的经济性指标与操作变量相关的经

10、济性指标线性规划模块线性规划模块动态控制模块动态控制模块DCS/DCS/实实 时时 数数 据据 库库过过 程程控制变量控制变量操作变量操作变量操作变量操作变量设定值设定值阀位值阀位值上下限及上下限及稳态目标值稳态目标值参数整定参数整定动态预测动态预测操作变量操作变量稳态目标值稳态目标值稳态预测稳态预测控制变量控制变量稳态目标值稳态目标值操作人员操作人员控制工程师控制工程师预测模块预测模块Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech DCS 常常 规规 控控 制制 先先 进进 过过 程程 控控 制制 优优 化化先先 进进 控控 制制 和和 优优

11、化产化产 生生 的的 效效 益益Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech取决于装置的生产情况，取决于装置的生产情况，一般可增加一般可增加3 3 5%5%的经济效益。的经济效益。先先 进进 控控 制制 和和 优优 化化 产产 生生 的的 效效 益益Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech流量流量回路回路1流量流量回路回路2流量流量回路回路3温度温度回路回路1流量流量回路回路5压力压力回路回路2温度温度回路回路3温度温度回路回路2流量流量回路回路4流量流量回路回路6温度温度回路回路4压力压力

12、回路回路1操作人员给出操作人员给出DCSDCS回路的设定值，设定值应随扰动及原料回路的设定值，设定值应随扰动及原料进料变化而变化，因而，操作人员无法以高效低耗为目进料变化而变化，因而，操作人员无法以高效低耗为目标，实时地优化协调并给出各回路的设定值。标，实时地优化协调并给出各回路的设定值。SP1SP2SP3SP4SP5SP6SP7SP8SP9SP10SP11SP12DCS 控控 制制Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech流量流量回路回路1流量流量回路回路2流量流量回路回路3温度温度回路回路1流量流量回路回路5压力压力回路回路2温度温度回路

13、回路3温度温度回路回路2流量流量回路回路4流量流量回路回路6温度温度回路回路4压力压力回路回路1SP1SP2SP3SP4SP5SP6SP7SP8SP9SP10SP11SP12多变量模型预测控制能实时最优地协调各低层多变量模型预测控制能实时最优地协调各低层DCSDCS回路。回路。DCS先先 进进 控控 制制 与与 DCS DCS 控控 制制Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech正如我们所看到的，先进过程控制能使工厂正如我们所看到的，先进过程控制能使工厂操作在最优卡边条件下，并产生经济效益。操作在最优卡边条件下，并产生经济效益。一些管理人员把

14、装置卡边约束条件显示在他一些管理人员把装置卡边约束条件显示在他们的办公室以便及时了解问题之所在。们的办公室以便及时了解问题之所在。约束条件可通过装置更新来得以改善。约束条件可通过装置更新来得以改善。最最 优优 卡卡 边边 操操 作：新作：新 方方 法法Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechAspenTech 拥有非常完善的工程方法，在项目拥有非常完善的工程方法，在项目实施过程需经过：实施过程需经过： 初步设计初步设计 预测试预测试 ( (包括常规控制系统的参数校整包括常规控制系统的参数校整) ) 阶跃测试阶跃测试 设计设计 投用投用通过初

15、步设计，预测试和阶跃测试可更深刻地刻通过初步设计，预测试和阶跃测试可更深刻地刻画生产过程画生产过程工工 程程 方方 法法Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech 使用非线性模型来精确地求解最优解使用非线性模型来精确地求解最优解 模型将反映装置目前的变化（闭环）模型将反映装置目前的变化（闭环） RT-OPT 是第一流的闭环实时优化器是第一流的闭环实时优化器RT-OPT 表明在建模上的投资是经济实惠的，它表明在建模上的投资是经济实惠的，它既可用于在线优化，也可用于离线仿真。既可用于在线优化，也可用于离线仿真。闭闭 环环 实实 时时 优优 化化A

16、chieving True PotentialPlantelligenceAspenTechRT-OPT 是整个生命周期建模的关键所在。是整个生命周期建模的关键所在。在线模型也可用与离线仿真，原料选择，计在线模型也可用与离线仿真，原料选择，计划及维护等决策。划及维护等决策。同一模型同一模型 - - 一体化策略一体化策略RT-OPTAchieving True PotentialPlantelligenceAspenTech控制与优化的经济效益控制与优化的经济效益DCS系统系统传统的先进过程控制传统的先进过程控制实时优化实时优化先进过程控制先进过程控制0204060801000204060801

17、00效益效益 %投资投资 %Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech例如例如: 30,500 b/d 催化裂化装置催化裂化装置项目延期一个月项目延期一个月 = 损失损失$90,000项目延期一年项目延期一年 = 损失损失$1,100,000 项目的拖延项目的拖延 = 经济效益的损失经济效益的损失Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech世界上最大的世界上最大的5个催化裂化装置不约而同地选个催化裂化装置不约而同地选择了择了 DMCplus 先进过程控制器先进过程控制器Tosco Bayway

18、Amoco Texas CityLyondell Citgo RefiningHess Virgin IslandsMarathon Garyville因为因为DMCplus为他们带来巨大的经济效益为他们带来巨大的经济效益大规模先进过程控制系统显著的经济效益大规模先进过程控制系统显著的经济效益Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechAPC重要应用领域重要应用领域 过程具有：过程具有： 相关、竞争的控制目标相关、竞争的控制目标 不寻常动态特性不寻常动态特性 多重约束多重约束 装置、操作、产品质量装置、操作、产品质量 过程必须：过程必须： 在最

19、优约束条件下操作在最优约束条件下操作 紧密跟踪优化系统的最优设定值紧密跟踪优化系统的最优设定值 平稳地运行在新的目标值上平稳地运行在新的目标值上Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech炼油厂自动化系统的结构炼油厂自动化系统的结构过程计算机过程计算机DCS管理信息系统管理信息系统全厂规模的计算机系统全厂规模的计算机系统计划和调度计划和调度RT-OPT在线优化在线优化常规控制系统常规控制系统过过 程程APCDMCplusAspen IQ 成分推断成分推断多个装置优化多个装置优化Aspen WatchAchieving True Potentia

20、lPlantelligenceAspenTechRT-OPT稳态检测和稳态检测和数据有效检查数据有效检查模型参数估计模型参数估计优化应用优化应用DMCplus多变量模型约束控制多变量模型约束控制进料系统进料系统反应系统反应系统压缩系统压缩系统蒸馏系统蒸馏系统过程仪表系统过程仪表系统操作装置操作装置DMCplus / RT-OPT集成集成Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech先进过程控制与实时优化先进过程控制与实时优化 of RT-OPTTime (Hours)Unit Profitability ($)major disturbancea

21、ctual unit profit(DMCplus on)potential unit profitRT-OPT ImplementationsAchieving True PotentialPlantelligenceAspenTech计划、调度、优化一体化计划、调度、优化一体化计计 划划 调度调度控控 制制 优优 化化实际约束实际约束月平均月平均日调度日调度原料、成品原料、成品价格价格1 12 23 34 4约束条件、订单约束条件、订单Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechDMCplus 和和 RT-OPT 的经济效益的经济效益 增加

22、产量增加产量 增加反应深度增加反应深度 提高产品质量和产量提高产品质量和产量 降低能耗及操作费用降低能耗及操作费用 改善过程可操作性及安全可靠性改善过程可操作性及安全可靠性Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechDMCplus和和RT-OPT 效益效益炼油装置炼油装置效效 益益装置处理量装置处理量典型经济效益典型经济效益 (美分美分/桶桶) ($百万百万/年年)常减压常减压5 - 10135 Kbspd2.5 - 5.0催化裂化催化裂化20 - 4038 Kbspd2.8 - 5.6重整重整5 - 2525 Kbspd0.5 - 2.3加氢

23、裂化加氢裂化10 - 3026 Kbspd1.0 - 2.9烷基化烷基化5 - 3510 Kbspd0.2 - 1.3延迟催化延迟催化10 - 4031 Kbspd1.1 - 4.5轻组分轻组分10 - 2040 Kbspd1.5 - 2.9异构化异构化5 - 1530 Kbspd0.5 - 1.6润滑减压润滑减压10 - 4010 Kbspd0.4 - 1.5芳烃芳烃15 - 2015 Kbspd0.8 - 1.1MTBE 炼油炼油28 - 404 Kbspd0.4 - 0.6MTBE 世界规模级装置世界规模级装置 50 - 8015 Kbspd2.7 - 4.4Achieving True

24、 PotentialPlantelligenceAspenTechAspenTech 经验经验 DMCplus常减压分馏常减压分馏催化裂化催化裂化加氢裂化加氢裂化催化重整催化重整延迟焦化延迟焦化烷基化烷基化异构化异构化(Penex) 天然气装置天然气装置(NGL)烯烃烯烃芳烃芳烃氧化反应氧化反应分馏分馏 RT-OPT 常减压分馏常减压分馏 催化裂化催化裂化 催化重整催化重整 烷基化烷基化 加氢裂化加氢裂化 异构化异构化( (Penex)Penex) 烯烃烯烃505030403020612655300 Apps Apps 108422416Achieving True PotentialPlan

25、telligenceAspenTech领导先控与优化新潮流领导先控与优化新潮流采用采用AspenTechAspenTech技术的公司有：技术的公司有： Exxon Chevron Products AmocoBPMobil Sun Company SuncorWestlakeCitgoYPFRepsolKNPCPhillipsStar EnterpriseTexacoLCR, LPCARCO ProductsNatref MOLValeroPdVSAAchieving True PotentialPlantelligenceAspenTech谢谢！Achieving True Potentia

26、lPlantelligenceAspenTech乙烯乙烯DMCPlus控制器设计控制器设计DemethanizerEthane RecyclePrecutDeethanizerEthyleneProductRxRC2 SplitterDepropanizerC3 SplitterCGCC2 RefrigC3 RefrigFurnacesFractionatorQuenchH2/CH4Fuel OilGasolinePropylenePropaneC4+DPSpeedDMCplusDMCplusDMCplusDMCplusDMCplusComposite LPAchieving True Pot

27、entialPlantelligenceAspenTechAPC/OPT 结构结构RT-OptComposite LPCGCDMCplusColdsideDMCplusMove PlanDCS/IMS PlatformMove PlanFurnaceDMCplusPVSPData &ConstraintLPTargetSeveritiesSteam RatiosComposition LimitsSuction PressuresFeed RatesConstraintsConstraintsEnergyCompositionsTempsPressuresStabilityAchieving

28、True PotentialPlantelligenceAspenTech闭环实时优化流程图闭环实时优化流程图 MeasurementsEconomic ValuesController LimitsControl and Opt. Status Info.PLANT STEADY?MEASUREMENTVALIDATIONPARAMETERCALCULATIONSOPTIMIZATIONCALCULATIONSIMPLEMENT OPT. SETPOINTSLINE-OUT PERIOD90 MINUTESWAIT1 MINUTENONOSelected Plant Measurements

29、Selected Plant Measurements &Controller LimitsPLANT STEADY?LESS THAN 1 MINUTE30 MINUTES5 MINUTE OPERATOR REVIEW15 MINUTESAchieving True PotentialPlantelligenceAspenTech Aspen IQ 是是 AspenTech公司产品质量推断公司产品质量推断（软测量仪表）、建模及实施的高效软件（软测量仪表）、建模及实施的高效软件包。包。 Aspen IQ 使得线性使得线性/非线性在线推断产品非线性在线推断产品质量（软测量仪表）变得可能。质量（

30、软测量仪表）变得可能。 Aspen IQ具有分析仪及实验室数据在线修具有分析仪及实验室数据在线修正模块，并能自动地更新推断产品质量，正模块，并能自动地更新推断产品质量，以确保软测量仪表精度。以确保软测量仪表精度。 环保监控能力环保监控能力Aspen IQ产品产品Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechAspen IQ 概述概述 模型开发模型开发 - IQ模型模型 离线视窗离线视窗NT/95 软件软件 模型实施模型实施 - Aspen IQ 在线在线 在线、实时、计算机软件在线、实时、计算机软件 支持多种模型型式支持多种模型型式 (PLS,

31、FIR, NN ) 现场应用可行成分推断软测量技术现场应用可行成分推断软测量技术 新颖卓越的软件结构新颖卓越的软件结构 与与DMCplus和其他和其他AspenTech产品可有机相连，产品可有机相连，可在不同平台，包括可在不同平台，包括DCS和和IS界面界面Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech 线性线性 PLS - 适用于线性操作区域，用于处理适用于线性操作区域，用于处理具有线性关系的数据。具有线性关系的数据。 模糊模糊 PLS - 正在审理的专利技术。在模型开发正在审理的专利技术。在模型开发前，使用模糊逻辑来处理数据，特别适用于具有前

32、，使用模糊逻辑来处理数据，特别适用于具有稀疏数据的非线性区域。稀疏数据的非线性区域。 混合型神经网络混合型神经网络 - 正在审理的专利技术。集正在审理的专利技术。集PLS和神经网络技术之优势，构成混合型神经网络和神经网络技术之优势，构成混合型神经网络模型。此模型可延伸传统的神经网络处理能力。模型。此模型可延伸传统的神经网络处理能力。Aspen IQ Aspen IQ 建模技术建模技术Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech 基础软件包基础软件包 - 实施在线的软测量的实施在线的软测量的Aspen IQ模块的基本功能。模块的基本功能。稳态检测

33、稳态检测数据核算数据核算在线计算和变换在线计算和变换 化验室数据软件包化验室数据软件包 - 基础软件包，加上数据基础软件包，加上数据采集采集、化验室数据核实及软测量仪表校正。化验室数据核实及软测量仪表校正。 混合神经网络软件包混合神经网络软件包 - 除了基本软件包及分除了基本软件包及分析室数据外，在线应用析室数据外，在线应用AspenTech的独特的混合的独特的混合型神经网络模型。型神经网络模型。Aspen IQ在线技术在线技术Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech不需要编程及画面界面。不需要编程及画面界面。用户界面友好，由流程图生成建模

34、界面。用户界面友好，由流程图生成建模界面。模型评估、数据品质分析工具以及图形分析工具模型评估、数据品质分析工具以及图形分析工具变量选择、时滞测定及动态分析等因素分析界面变量选择、时滞测定及动态分析等因素分析界面自动生成自动生成工程师工程师 实施及支撑视窗图形界面（实施及支撑视窗图形界面（ GUI）模型具有分析仪和成分分析室数据修正功能模型具有分析仪和成分分析室数据修正功能。Aspen IQ 特色特色Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTechAspen IQ (virtual analyzer) Inferred MI and Density

35、are predicted as a function of:MI = f %H2, %C2, %CX, (T) Uses Analyzer or Lab Feedback Eliminates LAB / Analyzer Transport Delay Reduces Controller Susceptibility to Analyzer Failure / LAB FrequencyAspenIQLabAnalyzerorPLS regressionor neural networkDMCplusModel Predictive Multivariable Constraint Co

36、ntrolRespects constraints on inputs & outputsCalculates present and future moves to plan a smooth control strategyPerforms economic optimizationCapable of handling nonlinear processesFlexible design features covers wide range of process requirementsProject methodology assures successful projectsRobu

37、st operationNonlinear,rigorous, open equation model or regressed / neural network modelLinear orNon-linear ModelAchieving True PotentialPlantelligenceAspenTechMI Transition01020304050600510152025303540Time ( hours since Aug 16 08:00 )MIBAMIH2/C2 SPLAB MIUSLLSLAchieving True PotentialPlantelligenceAs

38、penTechAspen IQ (virtual analyzer) Inferred MI and Density are predicted as a function of:MI = f %H2, %C2, %CX, (T)Reduced MI variabilityAspenIQLabAnalyzerorPLS regressionor neural network125497397 121 145 169 1935/30/98 -6/16/98Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech51Aspen 性能增强型软件性能增强型软件保持

39、及不断提高应用先进控制和实时保持及不断提高应用先进控制和实时优化的效益优化的效益Aspen WatchTM在客户有限的资源下，达到更有效地在客户有限的资源下，达到更有效地应用应用ASPEN 技术之目的。技术之目的。Achieving True PotentialPlantelligenceAspenTech原因原因? 在世界范围内，目前已有成千个应用模型在世界范围内，目前已有成千个应用模型预测控制系统的实例，并获得惊人的经济效益预测控制系统的实例，并获得惊人的经济效益。然而，随着工况的变化和时间的推移，控制。然而，随着工况的变化和时间的推移，控制器的性能会降低，他们的经济效益可能会减少器的性能会降低，他们的经济效益可能