开题报告模(延迟焦化装置计算机控制系统设计).doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。辽宁石油化工大学信息与控制工程学院毕业设计（论文）开题报告论文题目 延迟焦化装置计算机控制系统设计 学生姓名： 刘博 专业班级： 自动化0801 学 号： 0803010107 指导教师： 许秀 2012 年 3 月 9 日填写说明：1题目的背景和意义 对题目的出处，背景和意义进行说明论述，不少于300字。2题目研究现状概述 通过调研和查阅文献，对题目所涉及的技术、理论和研究成果进行说明论述，不少于1000字。3题目要完成的主要内容和预期目标 对题目要完成的主要内容进行说明，并说明达到的预期目标，不少于300字4进度计划 从设计开始的教学周起，依据任务书的进度安排进行细化并以周为单位给出主要工作和完成的任务。5 参考文献 对“2.题目研究现状概述”项引用的资料、论文或著作按照引用顺序列出参考文献（格式同论文参考文献）。不少于10篇（其中近3年的文献占1/3以上），注：相应栏不够时自动加页。 排版要求：正文，宋体，小四，行距固定值20磅要求学生在毕业设计（论文）开始后的第2周末完成开题报告，并交到指导教师评阅（交电子稿和双面打印稿）。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。1题目的背景和意义延迟焦化是一种石油二次加工技术，是指以贫氢的重质油为原料，在高温(约500)进行深度的热裂化和缩合反应，生产气体、汽油、柴油、蜡油、和焦炭的技术。所谓延迟是指将焦化油(原料油和循环油)经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度，在反应炉管内不生焦，而进入焦炭塔再进行焦化反应，故有延迟作用，称为延迟焦化技术。 延迟焦化装置工艺流程复杂，且属半间歇式工艺过程，装置定期切换焦炭塔，对装置造成较大的扰动。在延迟焦化装置上实施先进控制，实现其长期平稳，优化操作对进一步提高企业经济效益具有重要的现实意义。1 2题目研究现状概述延迟焦化的优点是对原油的适应能力强，可按油价高低灵活选择原油，我国近几年新建的延迟焦化装置采用了一些当代较先进的控制系统，如常规单变量PID控制多变量模型预测控制鲁棒多变量预估控制等。2.1延迟焦化装置计算机控制的发展趋势在过程工业界，尤其是作为科技发展前列的石油化工行业，1PID控制回路已成为过程控制基本系统，在此基础上发展了前馈控制、串级控制、比值控制、均匀控制、分成控制等一系列常规控制。工业的迅速发展，采用上述传统控制方法已经不能完全适应所有的过程控制和不同的控制要求，在工业生产中仍有一些控制问题采用上述控制方法已经不能完全适应所有的过程和不同的控制要求，在工业生产中仍有一些问题采用采用上述控制策略无法奏效，所涉及的被控过程往往随着市场竞争的激烈，为降低成本，过程工业日益走向大型化，生产不断强化，化工生产中化学反应也越来越激烈，对过程控制的品质也提出了更高的要求，这种控制与经济效益的矛盾日趋尖锐，迫切需要合适的先进控制系统。2生产操作是与自动控制密切相关的。一个装置自动化程度的高低及操作工水平的高低，直接影响装置生产的经济效益。目前我国炼油化工装置自动化投入率比较低，自动化程度提高后，可使生产平稳，在保证产品质量的前提下可以提高目的产品率，带来较好的经济效益。国内炼油厂的许多减粘裂化生产装置都配有DCS系统，二而这种系统一般只提供于经典控制理论的常规控制，没有发挥其功能，但其为先进控制的应用提供了良好的基础，可以在DCS系统常规控制技术的基础上，投入少量的资金及人力，发展先进的控制技术，产生良好的收益。3随着计算机控制系统应用的迅速发展，根据现代化控制理论开发的先进控制软件，现已取得较好的效益。在炼油化工企业计算机的先进控制方法主要有自适应控制（包括 PID 自适应控制）、多参数预估控制、组分推断控制、神经网络、模糊控制、最佳控制及故障诊断系统等。采用先进控制可提高 系统的控制适应能力，克服由于系统本身的时变性、非线性、不稳定性、外部扰动的随机性及不可检 测等带来的问题。随着石化工业的发展，对仪表控制系统提出了更高的要求，电动仪表逐步向数字化、智能化方向 发展，DCS 向现场总线方向发展，计算机系统向网络化、 开放化发展。2.2 . 9 Honeywell RMPCT 基本原理 P3 q5 h7 Honeywell 公司的RMPCT 技术采用的基本算法是多变量模型预测控制中的动态矩阵控制算法(DMC)。模型预测控制基本思想是采用辨识的过程模型预测未来时刻的输出，用对象实际输出与模型预测输出的差值修正过程模型，以实现最优控制模型预测控制。其基本特征包括预测模型、滚动优化、反馈校正，对应于一般控制理论中的模型、控制、反馈的概念4 。DMC 利用矩阵方程描述控制器的对象模型，如式（1）所示： CV=AI （1）其中：CV 是被控变量矩阵；A 是增益系数矩阵；I 是操作变量矩阵。1）过程模型的辨识：工厂测试时，阶跃改变操作变量I，得到被控变量的响应CV，从而解出系数矩阵A,获取对象模型。如式（2）所示： CV（已知）=A(求解) I（已知） （2）2）模型预测：控制器依据对象模型、被控对象的历史信息和未来的输入，预测系统未来的输出。如式（3）所示： CV（计算）=A(历史信息，已知) I（未来输入，已知） （3）3）滚动优化：在每一采样时刻，控制器以被控变量在未来一定时间区间内与期望轨迹的误差最小为目标计算操纵变量的控制作用，由系数矩阵A 和CV 的改变量，计算出操作变量的调节量，完成优化控制功能。如式（4）所示： CV（采样时刻，已知）=A（历史信息，已知）I（计算） （4）4）反馈校正：控制器用当前时刻的实际CV 值对预测CV 值进行修正。模型预测控制组成变量分三类：一是控制器的控制目标即被控变量(CV)；二是控制器为达到其控制目标所采取的控制手段即操纵变量(MV)；三是可以被测量但不能操纵又对CV 有明显影响的干扰变量(DV)。RMPCT 增强了模型预测控制在工业应用中的鲁棒性；另一方面在于该技术在产品内部嵌入了在线优化器5 ，可用于获取经济优化目标，使先进控制器在保证控制对象平稳的基础上可进行经济优化。 2.3 Aspen DMCplus 基本原理Aspen T ech 公司的DMCplus 技术采用的基本算法是多变量模型预测控制中的动态矩阵控制算法( DMC) 。模型预测控制基本思想是采用过程模型预测未来时刻的输出,用对象实际输出与模型预测输出的差值修正过程模型, 以实现最优控制模型预测控制。其基本特征包括预测模型、滚动优化、反馈校正, 对应于一般控制理论中的模型、控制、反馈的概念6 。模型预测控制组成变量分三类: 一是控制器的控制目标即被控变量( C V) ; 二是控制器为达到其控制目标所采取的控制手段即操纵变量(MV) ; 三是可以被测量但不能操纵又对C V 有明显影响的干扰变量( D V) 。DMCplus 技术的优势一方面是在原有算法的基础上做了一定程度的创新, 增强了模型预测控制在工业应用中的鲁棒性; 另一方面在产品内部嵌入了在线优化器, 可用于获取经济优化目标, 使先进控制器在保证控制对象平稳的基础上可进行经济优化。DMCplus 技术原理如图3 所示。 图3 DMCplus 技术原理2.4 我国延迟焦化装置概况 从20 世纪60 年代自主研发第1 套延迟焦化装置以来，我国延迟焦化技术和装置建设得到了较快的发展，延迟焦化能力已跃居世界第2。我国延迟焦化装置循环周期约为24h,而国外一般为16 20h,其中一些为1015h，如美国洛杉矶炼油厂延迟焦化装置，甚至可达12h,如美国瓦尔丁炼油厂的延迟焦化装置 10 。特别是20 世纪90 年代以来，延迟焦化更是得到了飞速的发展，国内最大的1.6 Mt/a 延迟焦化装置在中国石化扬子石油化工股份有限公司投产，表明我国延迟焦化技术已经取得了长足的进步。我国延迟焦化装置主要分布在中国石油和中国石化两大集团，截止到2007 年12 月，两大集团已投产延迟焦化装置42 套，总加工能力约45.45 Mt/a，仅19992007 年，延迟焦化能力净增24.82 Mt，使我国延迟焦化能力占原油加工能力的比例达到了14以上。延迟焦化装置已经成为我国最重要的渣油深度加工装置，在充分利用原油资源、提高轻质油收率方面发挥了巨大作用。3题目要完成的主要内容和预期目标重油深加工技术已成为世界炼油技术发展主要方向，尽管深加工技术主要集中在催化裂化，加氢裂化等方面，然而这些技术还有待进一步完善，重质油加工最现实的方法还是采用热加工技术，例如焦化，减粘裂化，热接触裂化等。据估计，世界上有60%的渣油加工能力还属于热加工范畴，其中减粘裂化约占热加工能力的50%，主要原因在于热加工装置的投资和操作费用比较低，技术比较成熟，效益高。 本课题主要完成以下工作：1.延迟焦化计算机控制方案的研究及设计2.延迟焦化常规控制系统的研究及实施。重点研究以下方面： a)焦炭塔的被控变量和操作变量主要参数应选用的控制策略。 b)控制策略中各控制仪表的选型。c)集散控制系统（DCS）的装置及选型3.延迟焦化先进控制方案的探索与讨论。4.装置设备经济效益估算4进度计划第一阶段：收集、查阅有关文献，撰写开题报告 （用2周）第二阶段：控制方案调研、论证及控制系统设计 （用3周）第三阶段：检测仪表及控制系统调研、选型 （用3周）第四阶段：详细设计，绘制控制流程图，控制系统投资概算 （用3周）第五阶段：撰写论文 （用3周）5参考文献1王立行.中国石化信息化建设与发展D.全国石油与化工信息化与自动化发展论文集.北京：中国石油和化工自动化协会，20032 王树青.工业过程控制工程M.北京：化学工业出版社，2004:316323.3 王雪松.先进控制技术在炼油装置中的应用J.石油化工自动化，2007,1:42444王树青.先进控制技术及应用M.北京:化学工业出版社,2001.5孙建丽.延迟焦化先进控制技术的应用J.世界仪表与自动化,2003(9):62-65.6 于静江, 周春晖. 过程控制中的软测量技术 J . 控制理论与应用, 1996, 13( 2) : 137 1445 Lianyong Feng，Junchen Li，Xiongqi Pang， et al. Peak oil models forecast chinas oil supply demandJ .Oil Gas J.jan,2008（14）:43-47.6 中国石化集团洛阳石油化工工程公司.一种可灵活调节循环比操作的延迟焦化工艺:中国,02139312.5P .2003-02-23.7 华东理工大学.含硫污水的旋流除油方法:中国,10108476.9P.200