先进控制与优化软件的应用.ppt

1、先进控制与优化软件的应用,商立立 控制科学与工程 12721213,主要内容,1.对先进控制与优化软件的理解,2.软件包开发遵循的原则,案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite,案例2 多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite,案例3：高级控制过程DMCplus,对先进控制与优化软件的理解,鲁棒控制,自适应控制,PID控制,预测控制,最优控制,模糊控制,智能控制,神经网络控制,软件包系统,软件包开发遵循的原则,案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite,软件体系APC Suite简介： 浙大中控APC Sui te 是一套面向过程工业的先进控制和最优化的应

2、用软件体系, 由多个软件包组成,用户可在过程控制中灵活选用。APC Sui te 组件是由多层次 的技术组成, 它包括下列技术:全厂决策与调度、 全局( 多元) 最优化、局部最优 化、 多变量预测控制和单变量先进控制。从底层的! 单变量先进控制技术到顶 层的决策与调度技术,每一应用层次增加一级优化能力, 这些应用层次是互为补 充的, 它们能有效结合以发挥作用。用户可根据自己的实际情况进行选择,可用最 小的投资实现最佳的利润。,APC-DecSehed,APC-Optimizer,APC-Hiecon,APC-Hiecon,APC-Hiecon,APC-AutoPID,APC-PFC,APC-F

3、uzzy,APC-Identifier,APC-DataPro,APC-Sensor,案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite,AdvanTrol- Hiecon 软件包,JX-300 集散控 制系统,多变量 过程,参数说明,控制作用,受控变量,扰动输入,输出,案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite,控制策略遵 循的原则,1.利用离线脉冲响应模型表示控制的多变量过程，该模型用于 在线预测。,2.根据参考轨迹（相当于过程闭环性能）确定控制策略。,3.一般情况下控制不是一步计算出，而是通过一个启发式算 法过程未来输出按照基于内模的预测输出值尽可能靠近设计的 参考轨迹。

4、,具有容错控制功能,传感器或 执行器失 效，控制 对象将发 生改变。,APC-Hiecon 提供解决方案,改变输入调节变量或输出被控变量集,新变量、IRV赋值,重新设定优化目标,重新设定优化变量,引入辅助目标,实时调度控制结构和模型,1.1基于预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon,主要控 制功能,定义具有不同权重的多级控制目标保证了性能,局部优化提高了系统性能,灵活的约束控制可满足实际需求并保证性能,容错控制和柔性控制,主要的结构功能,APC-Hiecon 具有基于模型预测 多变量控制器的 基本功能,在受控变量和操纵变量满足位置和速度硬约束的前提 下每个受控变量可以按照指定的闭环性

5、能达到设定值。,对可测扰动的前馈控制,局部动态优化,APC-Hiecon 充分考虑了实际控 制中的各种要求，保证 了系统性能和和控 制器的鲁棒性,定义具有不同权重的多级控制目标保证了性能。,局部优化提高了系统性能。,灵活的约束控制可满足实际需求并保证了性能。,具有容错控制和柔性控制。,1.1基于预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon,APC-Hiecon系统的应用,催化裂变,烷基化,原油蒸馏,催化重整,延迟焦化,加氢裂化,对苯二甲 的生产,产品配料,1.1基于预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon,1.2预测函数控制软件包APC-PFC,APC-PFC软件 包的优势,系统参

6、数可随时修改可进行不同模控制目标的方针对比。,根据用户不同的性能离线设计PFC控制器,软件包功能可通过下拉式菜单实现。,APC-PFC软件 包的功能,可对不稳定对象模型进行分解,具有误差自补偿,控制变量可进行平滑处理和控制约束,设定值可为已知或未知,可进行而各种开环和闭环性能的仿真,产生多种现场控制要求的实现代码,APC-PFC软件 包的应用,国防、机械、冶金、汽车等工业领域的快速过程以及化工生产中的间隙反应过程,激光制导导弹,机器人,连铸,聚合反应釜,1.2预测函数控制软件包APC-PFC,FRONT-Suite开发的多变量控制器，比常规控制器有本质性的提高，不仅快速平稳，提高生产过程的处理

7、能力，增加有用产品的产率，实现节能降耗。,大型石油化工生产过程中遇到的问题：,FRONT-Suite是针对流程工业中大型生产装置而研究开发的一种商品化先进 控制软件包。,在大型石油化工生产过程中，由于工艺机理复杂、变量间耦合严重，常规控制 系统难以维持平稳运行，更不能实现卡边操作，造成产品收率下降，装置处理 能力不能提升，原材料和能源的消耗增加，导致产品市场竞争能力降低。,FRONT-Suite的优势：,案例2 多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suite,预测控制,多变量MIMO过程控制，解决多变量过程耦合问题；支持基于 控制指标和经济指标的多目标优化；在整个动态响应区间

8、内满 足被控变量和操作变量的约束；易于理解的整定参数，简化控 制器性能整定过程。,模型辨识,使用先进的参数化模型，解决阶次估计、模型评价、闭环数 据等难点，能处理强相关MV数据；从实验到模型辨识全自动 化，易学易用。,装置测试,根据过程特性，优化设计测试信号；采用多通道测试, 有效激 励时间长，节省80%实验时间；支持闭环实验，对生产干扰小。,装置测试,支持与OPC、PHD、PI等数据源通讯。,案例2 多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suite,FRONT-Suite应用实例,案例2 多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suite,案例3：高级控制过程

9、DMCplus MCpuls,DMCplus技术在炼油、石化化工等领域1000多个项目中得到应用。 DMCplus 技术能在最优约束条件下给出连续平稳操作来实现生产装置的高效低耗。与常规控制方法相比, DMCplus 控制技术的最大优点是能使生产过程在最优状态下可靠地运行, DMCplus 控制器实施多变量约束控制,以获得显著的经济效益。,1.与传统辨识方法不同, DMCplus 最大特点是能在工业生产环境下进行现场装置试验。在动态特性测试期间,过程不需要处于稳态,操作人员可调节任何操纵变量以使生产产品符合规格。DMCplus 不是人为地规定过程动态模型(例如一阶系统加纯滞后、 二阶系统加纯滞

10、后) ,而是采用线性微分方程一般形式( 即一组数值系数)来逼近实际生产装置数据,因而可辨识出任何不寻 常动态特性。DMCplus 软件可剔除诸如分析装置失灵所引起的不完整数据, 并把分段有效数据有机地组合在一起综合辨识多变量动态模型。,DMCplus技术简介：,DMCplus 多变量动态过程辨识的特点,DMCplus 软件包的 功能,实验数据的评估,多变量过程模型的辨识,离线控制器整定,动态控制系统仿真,在线整定文件产生及动态加权整定,DMCplus 软件包的 组成模块,预测模块,线性规划(约束处理和经济性能指标优化)模块,最优控制作用计算模块,动态加权及在线整定功能,案例3：高级控制过程 D

11、MCplus MCpuls,案例3：DMCplus在塑料厂HDPE 装置的实际应用,现场调研,数据采集,建立模型,工厂预测,确定优化方案,实施优化方案,在生产线上 投用DMCplus 技术,通过高级过程控制实现装置在多变量卡边条件下进行操作，可大大降低操作人员的 劳动强度，降低消耗，从而获得最大经济效益。,产量方面,质量方面,牌号切换方面,产量可以很快达到目标值，并可有效维持目标值，可以维持装置 的高负荷平稳生产。,质量控制平稳，提高了产品的优级品率，可随时观察控制器所预测 的数据，为操作人员调整产品质量、分析人员中控分析提供了参考。,可以有效的控制产品牌号切换时间，在保证床层安全的前途提下极

12、大限度的减少了过渡料。,小结,本文主要介绍了先进控制及优化工程化软件体系APC Suite的组成、结构、以及 各部分功能，展开介绍了预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon，预测函 数控制软件包APC-PFC。然后分别介绍了多变量先进控制软件包FRONT-Suite- Uite，高级控制过程D DMCplus MCpuls，以及各部分在工业生产中的应用。 其中APC Suite软件体系中各部分软件之间具体的相互协调工作关系了解的不太 深入，还需要进一步学习，研究。,王朝辉，褚健.一套面向过程工业的先进控制软件包及其应用. 测量技术. 2000.（）. 刘志鹏，刘伟.高级过程控制 DMCplus及其应用.齐鲁石油工2003.（）， 程 系 统 工 程 实 验 室 常 青， 胡红页先进控制技术在炼油化工行业的应用福建炼油化工有限公司,主要参考文献,王斌，杨润贤化工技术实训装置 DCS系统升级设计扬州工业职业技术学院电子信息工程系 金剑翔 ，夏 虹等氯化苄联锁系统的应用中盐常州新东化工发展有限公