模型預測控制技術在碳酸二甲酯生產中的應用

胡童亮

（銅陵金泰化工股份有限公司，安徽　銅陵　244000）

模型預測控制技術在碳酸二甲酯生產中的應用

胡童亮

（銅陵金泰化工股份有限公司，安徽銅陵244000）

在碳酸二甲酯 （DMC）生產中采用模型預測控制技術（MPC），對生產的全過程進行自動控制，實現了DMC生產的自動化，達到了預期的效果。本文介紹了MPC的結構及具體控制方案。投運后，系統穩定、安全可靠，提高了碳酸二甲酯產量和質量。

模型預測控制技術；碳酸二甲酯；生產應用

前言

模型預測控制技術（簡稱MPC）的應用使石油化工生產過程控制實現革命性的突破，由原來的常規控制過渡到多變量模型預估控制，工藝生產控制更加合理、優化。在國外石油化工領域，利用優化控制技術提高裝置加工能力和高附加值產品收率已成為眾多企業普遍采用的技術手段，多家公司開發成功的諸多優化控制軟件已在常減壓、延遲焦化、催化裂化、連續重整、芳烴抽提、吸附分離和加氫裂化等煉油裝置以及PP、PE、PX、PTA等化工裝置得到大量的成功應用，并帶來了顯著經濟效益。優化控制技術采用科學、先進的控制理論和控制方法，以工藝過程分析和數學模型計算為核心，以工廠控制網絡和管理網絡為信息載體，充分發揮DCS和常規控制系統的潛力，保障生產裝置始終運轉在最佳狀態，通過多變量協調和約束控制降低裝置能耗，以獲取最大的經濟利益。MPC的諸多成功案例已充分說明了這一點。

1　需求分析

1.1原有系統分析和信息分析

碳酸二甲酯裝置是采用中控DCS集散控制系統，見圖1。

圖1　系統分析圖

MPC系統的實施對象為生產裝置，建立在現有DCS控制系統之上。MPC系統運行在上位機上，上位機是通過標準OPC服務器實現與DCS之間雙向數據通訊，實現對生產裝置的優化控制，見圖2。

圖2　系統分析圖

MPC系統運行在上位機上，通過以太網實現與DCS之間數據交換。保證系統安全可靠運行，需在DCS中建立一組邏輯切換保護程序來實現MPC控制和原有PID控制切換。

2　控制方案

2.1控制范圍

通過工藝過程分析，優化控制系統的實施范圍包括T301、T303、T306、T307等塔以及各塔相關部分（如塔頂冷凝器、塔底再沸器、回流槽、緩沖罐等）。

2.2控制目標

優化控制實施后首先要提高裝置的運行平穩率，根據裝置特殊需求，實現物料平衡，在此基礎上再通過卡邊優化操作，提高高價產品收率。

2.3MPC控制器結構

根據裝置所要實現的控制目標和當前的約束狀況，整個優化控制系統采用數個子控制器，相互關聯較小的塔獨立為一個子控制器、相互關聯較大的塔合并為一個子控制器。以下給出各控制器的主要變量表1。

表1　碳酸二甲酯控制器包含T301、T303、T307、T306等塔及附屬設備的相關變量

3　系統配置及技術指標

3.1系統配置原則

為了確保裝置正常生產的安全，裝置的優化控制系統結構均采取上位機方式，通訊接口實現上位機與DCS之間數據的實時交換。常規PID控制運行在DCS上，多變量預估控制器、工藝計算在上位機運行，并最終通過常規PID控制來實現。

3.2配置方案

碳酸二甲酯裝置的集散控制系統采用中控DCS系統。優化控制平臺軟硬件配置方案如下。

一臺服務器作為上位機運行優化控制軟件。

4　經濟效益分析

MPC的效益來自如下幾部分：

采用MPC可使主要控制指標的波動方差降低，以實現卡邊操作，通過更合理的調節，穩定各塔采出和進料量以及各塔溫度，從而提高裝置的處理量，并且提高產品質量的合格率；通過MPC的相互自動協調控制，更為合理地利用熱量，以達到節能的目的；

實施優化控制后，提高了裝置的操作與控制水平，降低操作人員的勞動強度，得到較好的社會效益。

4.1直接經濟效益

碳酸二甲酯裝置具有較好的經濟效益。

表2　碳酸二甲酯裝置MPC項目獲取經濟效益的途徑分析

4.2間接效益及社會效益

碳酸二甲酯裝置成功應用MPC后，不但提高了裝置控制精度，降低操作人員的勞動強度，獲得顯著的經濟效益，而且還可以促進企業信息化建設，為全廠級優化奠定良好基礎。同時，提高裝置的安全性，減少環境污染，有較好的社會效益。

Model Predictive Control in the Production of Dimethyl carbonate

HU Tong-liang
（Tongling Jintai Chemical Industrial Co.，Ltd.，Tongling，Anhui 244101，China）

Dimethyl carbonate（DMC）production uses Model Predictive Control（MPC）.The entire process of production achieves automatic control，and achieves the automation of DMC production，and achieves the desired results.This article introduced the MPC structure and the specific control program.Put into operation，the system was stable，safe and reliable，increased the yield and quality of dimethyl carbonate.

model predictive control；dimethyl carbonate；production and application

1006-4184（2015）12-0018-03

2015-06-02

胡童亮（1978-），男，工程師，主要從事有機碳酸酯系列產品生產技術開發工作。E-mail：freecity88@163.com。