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作者簡(jiǎn)介：張志檁（1945-），男，河北衡水安平人，教授級(jí)高級(jí)工程師。畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系，一直在石油化工戰(zhàn)線工作。曾任大慶石油化工總廠自動(dòng)化處車(chē)間副主任、自動(dòng)化研究室主任、信息中心主任，后調(diào)中國(guó)石化總部，先后任中國(guó)石化總公司經(jīng)通信息公司、中國(guó)石化總公司信息中心、中國(guó)石化集團(tuán)公司信息中心副主任兼總工程師、中國(guó)石化股份有限公司信息系統(tǒng)管理部副主任。被國(guó)務(wù)院授予享受?chē)?guó)家政府津貼的有突出貢獻(xiàn)的國(guó)家工程技術(shù)專(zhuān)家。
先進(jìn)控制英文為Advanced Process Control，縮寫(xiě)為APC。日本和中國(guó)又稱(chēng)為高級(jí)過(guò)程控制等。但通稱(chēng)先進(jìn)控制或APC的為多。
1 控制
控制的英文單詞是control，來(lái)源于拉丁文contrarotular。Contra即對(duì)應(yīng)、相反之意，rotular即回卷的東西。兩詞合并即反饋和控制的意思。控制是為維持被控制對(duì)象的某些參數(shù)量在希望的目標(biāo)范圍內(nèi)，對(duì)其現(xiàn)狀和目標(biāo)之間進(jìn)行正確地比較、判斷，對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行正確地連續(xù)地修正操作過(guò)程。
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控制作為一門(mén)科學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。但作為一種現(xiàn)象是與人類(lèi)甚至于生物的誕生成長(zhǎng)為伴的。例如人走路需要維持平衡，這就是控制。起初都是手動(dòng)控制，后來(lái)才借助于機(jī)械、儀器、儀表甚至計(jì)算機(jī)[HJ]進(jìn)行自動(dòng)控制。對(duì)于將控制量和目標(biāo)值的一致性用人的手工進(jìn)行比較、判斷和操作的場(chǎng)合，就是手動(dòng)控制。否則，就是自動(dòng)控制。自動(dòng)控制的基礎(chǔ)是反饋控制（Feedback Control），以反饋控制為代表的控制方法一起構(gòu)成了經(jīng)典控制。經(jīng)典控制論把可以表達(dá)為稱(chēng)作傳遞函數(shù)的線性輸入輸出系統(tǒng)作為主要研究對(duì)象，并評(píng)價(jià)其調(diào)節(jié)頻率響應(yīng)的有關(guān)理論。該理論在20世紀(jì)50年代已經(jīng)形成體系。其原理如圖2所示。
圖2 反饋控制原理示意圖
人總是有欲望和追求的。就自動(dòng)控制而言，可以追溯到公元前。公元前250年，希臘人古特西畢奧斯發(fā)明的水力計(jì)時(shí)器就是一種反饋控制的雛形?，F(xiàn)在的控制技術(shù)產(chǎn)生則比其拖后了2000年。即1778年瓦特（J.Watt）的蒸汽機(jī)關(guān)調(diào)節(jié)器（Flyball Governor）。對(duì)這個(gè)調(diào)速器的動(dòng)作原理解釋?zhuān)W(xué)研究，指明穩(wěn)定控制的條件的則是麥克斯韋（Maxwell）在1868年發(fā)表的論文《On Governor》，并占據(jù)了控制理論起源的重要位置。
進(jìn)入20世紀(jì)后的1922年，Minorsky提出了PID控制的設(shè)想。1936年，美國(guó)泰勒（Taylor）公司的Callender做出了PID參數(shù)調(diào)節(jié)器原型，由于缺少參數(shù)整定方法而不能實(shí)用。Ziegler和Nichole解決了這個(gè)問(wèn)題，使PID調(diào)節(jié)器開(kāi)始普及。在反饋控制中，大約有90%的是采用PID控制，即比例（P）積分（I）微分（D）控制。其傳遞函數(shù)式為：
y=KP〔e+1/TI∫edt+TDde/dt〕= KP .e+ KP /TI .∫edt+ KP .TD..de/dt〕
其中，KP.e為比例作用，KP /TI .∫edt為積分作用，KP .TD..de/dt為微分作用。
PID調(diào)節(jié)器能解決大部分控制問(wèn)題，所以一直到現(xiàn)在，盡管產(chǎn)生了不少新的控制理論和技術(shù)，但PID調(diào)節(jié)器一直占據(jù)應(yīng)用的統(tǒng)治地位。
2 現(xiàn)代控制和先進(jìn)控制
相對(duì)于經(jīng)典控制論而言，現(xiàn)代控制論的特點(diǎn)是使用叫做狀態(tài)方程式的一階常微分方程來(lái)描述控制對(duì)象，運(yùn)用力學(xué)等數(shù)學(xué)成果建立多輸入輸出的系統(tǒng)，解決反饋控制的穩(wěn)定性、時(shí)間響應(yīng)特性以及頻率響應(yīng)特性等問(wèn)題的理論。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始急速發(fā)展。
60-70年代最先出現(xiàn)了最優(yōu)反饋控制器和最優(yōu)調(diào)節(jié)器（Optimal Regulator）等成果。當(dāng)時(shí)主要是石油化工急需解決多變量的過(guò)程控制以及軍事方面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)定定制的跟蹤控制問(wèn)題，作為學(xué)術(shù)界的主要研究對(duì)象就定為優(yōu)化控制和自適應(yīng)控制，然而不能滿足需要。這樣，就催生了模型預(yù)估控制。其黎明期的主要貢獻(xiàn)者是ADERSA公司的Dr.Jacques Richalet和DMC公司的Dr.Cutler兩位博士。Dr.Jacques Richalet 1968年到ADERSA公司，最初的模型預(yù)估軟件PFC/IDCOM于1973年發(fā)表，1974年在鍋爐、反應(yīng)器、蒸餾塔等環(huán)節(jié)應(yīng)用，其成果在1978年的《Automatica》上發(fā)表，這是模型預(yù)估控制最早的論文。
進(jìn)入80年代后，主要實(shí)施小規(guī)模的模型預(yù)估控制。以線性系統(tǒng)為對(duì)象的現(xiàn)代控制論趨于成熟。同時(shí)提出了對(duì)模型誤差進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，即魯棒性控制（Robust Control）問(wèn)題。其中，最成功的理論就是控制對(duì)象的模型不確定時(shí)而能對(duì)干擾進(jìn)行有效抑制的H∞控制、有限時(shí)間整定控制等。以及后來(lái)的非線性系統(tǒng)、自適應(yīng)控制、狀態(tài)遷移系統(tǒng)、混和系統(tǒng)論（Hybrid System）、知識(shí)工程、模糊控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等都豐富了現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制與現(xiàn)代控制比較如表1。
表1 經(jīng)典控制與現(xiàn)代控制比較
殼牌公司有近30年應(yīng)用APC的歷史，也可以說(shuō)是應(yīng)用APC的先驅(qū)。當(dāng)時(shí)殼牌的三個(gè)技術(shù)中心共同尋找到基于模型的預(yù)估工具（Model-based predictive tools）即APC是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線控制的好技術(shù)，并開(kāi)始開(kāi)發(fā)殼牌的多變量?jī)?yōu)化控制器（Sell multivariable optimizing controller）。第一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目是在位于荷蘭的波尼斯（Pernis）煉油廠的減壓裝置。目標(biāo)是在一定邊界條件下，使?jié)櫥徒M分產(chǎn)量最大，收率最高。投用后年效益達(dá)50萬(wàn)美元。另一個(gè)最早的項(xiàng)目是位于阿曼的天然氣處理廠。投用后提高LNG產(chǎn)量1～2%。30年來(lái)，APC已經(jīng)給殼牌帶來(lái)了高附加值。其結(jié)構(gòu)原理、控制效果如圖3-1，2，3，4所示。
圖3-1 簡(jiǎn)化了的APC結(jié)構(gòu)
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圖3-3新老控制器的控制平穩(wěn)率比較
圖3-4 APC基于平穩(wěn)、精確控制的卡邊控制機(jī)理
在1989年，由PFC（Predictive Functional Control，模型預(yù)估控制）提升擴(kuò)展到PPC（Parametric Predictive Control），1998年將PFC組裝到PLC的程序庫(kù)中。PFC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到軍事、汽車(chē)制造、冶金、化學(xué)等多個(gè)方面。就連埃菲爾（Eiffel）鐵塔的升降機(jī)和激光制導(dǎo)焰火彈都是使用模型預(yù)估控制。應(yīng)用范圍之廣出乎所料。近幾年，關(guān)于模型預(yù)估控制的研究極為活躍。但是其觀點(diǎn)與過(guò)去大相徑庭，包括混合系統(tǒng)（Hybrid System），控制理論界有極高的興趣。另一方面，Dr.Jacques Richalet還在致力于普及PFC應(yīng)用，同時(shí)也關(guān)注新的研究動(dòng)向。而PFC的特點(diǎn)是集中目標(biāo)解決工業(yè)領(lǐng)域采用最一般的PID控制手段解決不了的問(wèn)題，做成避開(kāi)復(fù)雜的算法，降低計(jì)算負(fù)荷，現(xiàn)場(chǎng)安裝容易、控制參數(shù)物理意義明確、調(diào)整方便的軟件包。
到90年代，發(fā)表了大規(guī)模模型預(yù)估控制和用于優(yōu)化的非線性預(yù)估控制技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，世界級(jí)的石油化工公司出現(xiàn)了大量在線優(yōu)化的成功案例，間歇過(guò)程批量生產(chǎn)的反應(yīng)器的模型預(yù)估控制也開(kāi)始應(yīng)用，大規(guī)模預(yù)估控制功能也在進(jìn)一步加強(qiáng)。
優(yōu)化（OPT）技術(shù)在石化業(yè)的應(yīng)用已有近50年歷史。這方面的第一篇論文是1956年發(fā)表在美國(guó)控制工程雜志（Control Engineering Magazine）上，而第一個(gè)在線實(shí)時(shí)優(yōu)化項(xiàng)目的商業(yè)實(shí)施是在1957年于美國(guó)德州煉油廠。如今全球已有300個(gè)以上的應(yīng)用案例。OPT的地位、效果如圖4所示。
圖4 工廠優(yōu)化控制的集成層次及APC、OPT的地位
為什么有了先進(jìn)控制還需要實(shí)時(shí)優(yōu)化呢？因?yàn)橄冗M(jìn)控制控制范圍小，只是基于現(xiàn)場(chǎng)階躍實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，再利用線性規(guī)劃優(yōu)化。而要想整個(gè)裝置乃至全流程優(yōu)化則必須立足于嚴(yán)格機(jī)理模型的實(shí)時(shí)優(yōu)化。其對(duì)比如表2所示。
3 APC的應(yīng)用領(lǐng)域
APC和MPC幾乎是同義語(yǔ)。因?yàn)镸PC是APC目前的主要應(yīng)用類(lèi)型。現(xiàn)就其應(yīng)用分類(lèi)簡(jiǎn)述一下。
（1）石油煉制、石油化工、化學(xué)工業(yè)
在該行業(yè)導(dǎo)入MPC的目的不只是過(guò)程穩(wěn)定，還有節(jié)能（燃料、蒸汽、公用工程耗量消減）、節(jié)省資源、提高產(chǎn)量等。在常減壓、流化催化裂化、加氫精制、PTX、乙烯、合成氨、尿素、單體設(shè)備、電解設(shè)備、聚合物工廠動(dòng)力設(shè)備等都有大量應(yīng)用。同時(shí)實(shí)施MPC與單元裝置優(yōu)化、多裝置優(yōu)化、嚴(yán)密模型在線優(yōu)化。
（2）發(fā)電廠
多為實(shí)施由發(fā)電設(shè)備供應(yīng)商獨(dú)自技術(shù)開(kāi)發(fā)的MPC。適用于由過(guò)熱器到整個(gè)工廠，適用于包含控制模型的蒸汽溫度預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)。將動(dòng)態(tài)特性滯后時(shí)間長(zhǎng)的燃料系統(tǒng)和滯后時(shí)間短的噴嘴系統(tǒng)分開(kāi)控制，大幅提高控制性能。
（3）冶金過(guò)程
為了維持高爐的平穩(wěn)操作，使用人工智能方法，開(kāi)發(fā)將優(yōu)秀操作員的思維過(guò)程變?yōu)橹R(shí)庫(kù)的專(zhuān)家系統(tǒng)，用于高爐的監(jiān)督控制。連續(xù)鑄造機(jī)械的鑄型內(nèi)港水液位采用H∞控制、自適應(yīng)控制和模型預(yù)估控制等。
（4）水泥業(yè)
多用模糊推理、模糊控制等。例如在原料調(diào)和控制系統(tǒng)應(yīng)用MPC，作為5種原料成分組成變動(dòng)的干擾抑制對(duì)策，還用于燃料流量、空氣流量、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)數(shù)等控制上。
（5）煉膠爐
各橡膠設(shè)備供應(yīng)商一般獨(dú)自開(kāi)發(fā)多變量預(yù)估控制器，用于流動(dòng)床煉膠爐。為穩(wěn)定瓦斯熔融爐的鍋爐蒸汽發(fā)生量、砂層溫度、爐內(nèi)溫度等，操作給料機(jī)速度、主蒸汽閥開(kāi)度、加入空氣量等。也應(yīng)用模型預(yù)估控制解決其滯后和干擾問(wèn)題。
（6）上下水道
應(yīng)用MPC和實(shí)時(shí)優(yōu)化解決脫氮、脫硫等水質(zhì)控制問(wèn)題。
（7）空調(diào)控制
使用模型預(yù)估控制和數(shù)學(xué)規(guī)劃法解決溫度控制問(wèn)題。
表2 實(shí)時(shí)優(yōu)化與先進(jìn)控制技術(shù)對(duì)比
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比較項(xiàng)目 |
實(shí)時(shí)優(yōu)化 |
先進(jìn)過(guò)程控制 |
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數(shù)學(xué)模型
是否要求過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)
最優(yōu)化算法
最優(yōu)化計(jì)算結(jié)果
計(jì)算頻度
建模難易
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穩(wěn)態(tài)化學(xué)工程模型
要求穩(wěn)態(tài)
非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃
全局優(yōu)化苛刻控制
低頻－事件驅(qū)動(dòng)
從裝置到工場(chǎng)范圍
模型復(fù)雜 |
動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型
動(dòng)態(tài)
線性規(guī)劃
局部?jī)?yōu)化、約束推進(jìn)式控制
人為設(shè)定，高頻席卷方法
從單元設(shè)備至工藝裝置
模型相對(duì)較簡(jiǎn)單 |
（8）生物工程
使用MPC解決發(fā)酵過(guò)程控制問(wèn)題。
（9）剛體運(yùn)動(dòng)
應(yīng)用MPC解決曲臂振動(dòng)等問(wèn)題。
（10）汽車(chē)產(chǎn)業(yè)
用于駕駛支持系統(tǒng)，燃料噴射裝置，空調(diào)等控制。
（11）醫(yī)療系統(tǒng)
用于全靜脈麻醉的麻醉度控制。實(shí)現(xiàn)在麻醉手術(shù)安全的前提下，麻醉的最小用量和盡早恢復(fù)。自動(dòng)測(cè)量患者的感覺(jué)，自動(dòng)維持補(bǔ)藥。解決藥物作用滯后問(wèn)題。
（12）軍事
用于導(dǎo)彈自動(dòng)操縱裝置、雷達(dá)天線跟蹤、導(dǎo)彈發(fā)射架、戰(zhàn)車(chē)炮塔、大炮炮塔、飛行器制導(dǎo)系統(tǒng)等。
4 APC在石化的應(yīng)用
從國(guó)內(nèi)外石化行業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)證明，APC可以得到最大的邊際利潤(rùn)（maximum margin），最小的公用消耗（Minimize Utility），最大限度的生產(chǎn)能力增長(zhǎng)（Maximize Throughput），保持最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)（Good Operation）和穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量（Stabilize Product Quality），是節(jié)能降耗、增產(chǎn)增效的優(yōu)良技術(shù)手段。國(guó)外APC運(yùn)行遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)穩(wěn)定，以日本富士石油為例，其APC平均投用率均達(dá)95%以上。APC應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)配置體系架構(gòu)（以DMC plus為例）如圖5所示。
圖5 APC應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)配置體系架構(gòu)：以DMC plus為例
國(guó)內(nèi)外實(shí)踐的數(shù)據(jù)表明，每套大、中型生產(chǎn)裝置實(shí)施后的年增效益600～1000萬(wàn)元，投資回收期一般為6～10個(gè)月。國(guó)外石化廠在裝置改造時(shí)，將實(shí)施APC作為一項(xiàng)重要技術(shù)措施。在新建生產(chǎn)裝置時(shí)，先進(jìn)控制已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。對(duì)平穩(wěn)操作及卡邊控制的效果如圖6，7所示。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球煉化企業(yè)實(shí)施APC有8000余套，估計(jì)未來(lái)5年APC技術(shù)需求還會(huì)以每年18%左右的速度增加。美洲、西歐、日本等發(fā)達(dá)地區(qū)或國(guó)家半數(shù)以上的生產(chǎn)裝置都實(shí)施了APC技術(shù)，美國(guó)90%的重點(diǎn)裝置已普及了APC。?？松梨凇づ?、BP等公司已在單套生產(chǎn)裝置實(shí)施APC的基礎(chǔ)上，開(kāi)始實(shí)施區(qū)域優(yōu)化控制。即不僅用于主要生產(chǎn)裝置，而且用于輔助生產(chǎn)裝置；不僅用于生產(chǎn)界區(qū)，而且用于公用工程和油品罐區(qū)。如圖8所示。據(jù)Frost & Sullivan’s research 2007年的分析報(bào)告《Advanced Process Control Market》，APC全球市場(chǎng)2005已達(dá)6億多美元，2012年將達(dá)12億美元。
圖6 APC 應(yīng)用控制效果圖
圖7 采用APC前后的操作頻度對(duì)比
圖8 公用工程APC應(yīng)用圖例
以韓國(guó)現(xiàn)代石油為例，用了三年時(shí)間連續(xù)實(shí)施APC，基本實(shí)現(xiàn)在全廠的普及。現(xiàn)代Oilbank公司APC成功關(guān)鍵要素是要有一個(gè)好的應(yīng)用環(huán)境：有豐富的工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)（Know-how）；有運(yùn)行良好的DCS；有足夠的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、LIMS數(shù)據(jù)；有供應(yīng)商、工程實(shí)施商和操作員的密切結(jié)合；有高水平的維護(hù)隊(duì)伍；有良好的APC技術(shù)轉(zhuǎn)讓?zhuān)挥性鷮?shí)的操作員的培訓(xùn)。
截至2004年底，我國(guó)石化行業(yè)重點(diǎn)生產(chǎn)裝置已超過(guò)100多套應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)。到2008年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)石化已在20多家煉化企業(yè)實(shí)施100多套，中國(guó)石油已實(shí)施38套。國(guó)內(nèi)重點(diǎn)實(shí)施先進(jìn)控制技術(shù)的煉油裝置有常減壓、重油催化裂化、蠟油催化裂化、連續(xù)重整、芳烴抽提、延遲焦化、加氫裂化、氣體分餾、環(huán)丁砜抽提、油品調(diào)和、硫磺回收、循環(huán)流化床鍋爐、空氣分離等。化工裝置有乙烯裂解、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈、輕烴分離、丁二烯、苯乙烯、二甲苯分離、甲苯歧化、對(duì)二甲苯（PX）、PTA（精對(duì)苯二甲酸）、MTBE、氯乙烯、環(huán)氧乙烷/乙二醇、甲醇、丁辛醇、合成氨、聚甲醛、有機(jī)硅、純堿、制漿造紙等。
為了更好地做好APC的推廣工作，某集團(tuán)公司對(duì)地區(qū)公司已實(shí)施的先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，2/3屬于運(yùn)行良好。其投用率匯總?cè)鐖D9所示。遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于幾年前國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)的1/3良好、1/3一般、1/3基本停用的局面。
圖9 某公司APC投用率分析
5 APC的發(fā)展
從功能看，MPC在朝著功能增強(qiáng)、使用方便的方向發(fā)展。
（1）在線優(yōu)化
不但是石化業(yè)，就是上下水務(wù)系統(tǒng)都是模型預(yù)估控制的應(yīng)用發(fā)展方向。在線優(yōu)化是基于過(guò)程系統(tǒng)工程利用嚴(yán)格模型進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化尋求最優(yōu)解。非常適用于像化學(xué)工業(yè)中的聚合物工程反應(yīng)器一類(lèi)的非線性很強(qiáng)過(guò)程。在發(fā)達(dá)國(guó)家，鍋爐、透平、動(dòng)力設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)優(yōu)化的案例越來(lái)越多。動(dòng)力設(shè)備優(yōu)化的著眼點(diǎn)是滿足生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)需求、考慮動(dòng)力負(fù)荷分配、生產(chǎn)條件約束，計(jì)算出總運(yùn)行成本最低的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。一般用線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃等方法求解。
（2）模型及控制性能的評(píng)價(jià)與診斷
模型預(yù)估控制在投用后的一年時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件。而數(shù)年內(nèi)，原料可能變化，產(chǎn)品品質(zhì)可能變化，產(chǎn)量也可能變化，裝置可能改造，甚至參與的人員可能流動(dòng)。但是，模型預(yù)估控制系統(tǒng)必須維系。因此必須有模型性能評(píng)價(jià)和診斷功能，減少分析控制不佳原因和參數(shù)評(píng)價(jià)的維護(hù)作業(yè)工作量。模型評(píng)價(jià)包括模型精度評(píng)價(jià)、模型誤差等級(jí)分析以及誤差趨勢(shì)分析和監(jiān)控。
（3）性能管理
對(duì)指定期間的性能信息用EXCEL表形成報(bào)告。包括所有控制器的狀態(tài)等級(jí)，分別在控制器投用和停運(yùn)的不同情況下控制變量、操作變量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、平均穩(wěn)態(tài)值等。
（4）軟儀表功能
是在線分析儀的代用和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)及時(shí)的過(guò)程物性軟儀表分析監(jiān)控。推斷模型一般是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性模型和基于偏最小二乘法（PLS，Partial Least Squares Regression）回歸的線性模型。
（5）提高工廠試驗(yàn)效率
為了保證控制性能，得到準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)模型至關(guān)重要。在實(shí)際試驗(yàn)中，試驗(yàn)的步長(zhǎng)和操作期間將影響模型精度。使用工具自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)和自動(dòng)建模，以期減少開(kāi)發(fā)工時(shí)數(shù)，縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)效率。
從應(yīng)用上看，趨勢(shì)是APC與優(yōu)化技術(shù)集成應(yīng)用，APC的應(yīng)用領(lǐng)域已由連續(xù)過(guò)程擴(kuò)展到間歇過(guò)程?？刂颇Ｐ陀芍行∫?guī)模擴(kuò)張到大規(guī)模，從近似線性過(guò)程擴(kuò)展到強(qiáng)非線性過(guò)程，運(yùn)行和集成平臺(tái)呈現(xiàn)多樣化和通用化。
（1）大、小規(guī)模模型預(yù)估控制
石化領(lǐng)域的應(yīng)用正向MPC和OPT在線優(yōu)化結(jié)合，以及大規(guī)模方向發(fā)展。模型大規(guī)?；姆较蛑皇桥c財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的結(jié)合?？紤]產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)、原料價(jià)格、燃料價(jià)格變動(dòng)，建立價(jià)格歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，用最小二乘法建立時(shí)間序列模型，反映到工廠計(jì)劃中。小規(guī)模模型主要用于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療事業(yè)、家電產(chǎn)業(yè)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、生物工程等。
（2）線性模型預(yù)估和非線性模型預(yù)估
石化業(yè)的多變量預(yù)估控制器屬于線性模型預(yù)估控制，而間歇反應(yīng)器、聚合反應(yīng)器屬于非線性模型預(yù)估控制。非線性模型預(yù)估控制開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)算法。復(fù)數(shù)裝置的優(yōu)化控制周期是2分鐘，而嚴(yán)格模型則為15～20分鐘。
（3）使用模型預(yù)估控制軟件包和自行開(kāi)發(fā)
石油化工界主要使用了1000多例Honeywell的Profit控制器，Profit優(yōu)化器和Profit Max，2500多例Aspen Tech公司的DMC Plus，以及Invensys公司的Connoisseur和YOKOGAWA和Sell公司的Exasmoc。間歇過(guò)程的是ADERSA公司的PCR。而其他領(lǐng)域多是自行開(kāi)發(fā)。
6 結(jié)語(yǔ)
（1）石化業(yè)是APC技術(shù)應(yīng)用最早，而且普及最廣、效益最大的行業(yè)。世紀(jì)之交正是石油化工企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵期，國(guó)外正在跨越由對(duì)局部集成到企業(yè)級(jí)的全局[JP+1]應(yīng)用，最重要的技術(shù)則是APC和OPT，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)、廠級(jí)控制（Enterprise Control）、高級(jí)預(yù)測(cè)（Advanced Forecasting）和多周期多廠優(yōu)化（Multi-period Multi-plant Optimization）。
（2）國(guó)外涌現(xiàn)了一大批APC軟件供應(yīng)商，據(jù)2002年資料記載，西方國(guó)家有一定規(guī)模的APC軟件公司有45家，推出了312種軟件產(chǎn)品。目前在國(guó)內(nèi)有影響的是ASPENTECH、Honeywell、Invensys、YOKOGAWA等。
（3）國(guó)內(nèi)也有一批知名的APC技術(shù)研究單位、軟件提供商和實(shí)施服務(wù)商，研究單位有清華大學(xué)、浙江大學(xué)、石油大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、華東理工大學(xué)、上海交大、北京化工大學(xué)、中科院自動(dòng)化所等；軟件提供商有浙大中控、北京利華益科技、清大華億、清大騰飛等；實(shí)施服務(wù)商有石化盈科、中石油蘭州自動(dòng)化院、中石油圣金橋等。
（4）我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域APC的應(yīng)用狀況總體上是石油化工界領(lǐng)先，但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有15～20年的差距，應(yīng)處在起步階段。應(yīng)該盡快從起步階段過(guò)渡到普及階段，進(jìn)而到提高階段，拓展階段。就國(guó)家而言，應(yīng)該開(kāi)拓多種領(lǐng)域、多種行業(yè)的應(yīng)用。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
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