一 前言
在石油化工等流程过程工业中，先进控制(APC)和在线优化(OPT)技术是在工厂已采用DCS等设备，并完成常规控制之后，特别是炼油厂经常采用的自动化措施之一。先进控制及过程优化技术的应用可有效稳定生产过程的操作、改善产品质量、提高产品收率(数量)、优化产品分布，直接为企业创造效益。其中多变量预测控制算法由于对模型精确度要求不高，用它解决多变量之间耦合、大延迟、非线性时变等难以用常规控制完成的系统控制是很有效的。实际作为整个装置单元操作，通过克服扰动等影响，提高操作平稳性，进一步优化操作，实现"卡边"控制，提高产量。结合应用软测量技术可获得重要质量指标(如汽油干点等)，提高产品质量。先进控制和优化控制的优点是投资少、效益高，俗称“不用投资的技术改造”。美国DMA公司曾给出投资与效益曲线，示意投资的70%用于购置DCS，换回的效益是15%; 增加10%投资用于先进控制，换回35%的效益; 增加10%投资用于在线优化，换回40%的效益。全世界投用的先进控制软件已有数千套，一般投资回报率
呼和浩特石化公司7.5万吨/年重油催化裂化装置DCS采用Honeywell的TDC3000，其先进控制采用美国AspenTech公司DMCplus动态矩阵多变量预测控制技术，成功实现了APC控制，达到了预期目的。
二 动态矩阵多变量预测控制(DMCplus)
1. DMCplus控制器主要特性
DMCplus控制器应用过程模型，克服扰动，预测未来动态，使动态响应过程的标准偏差减少。更重要的是，DMCplus以线性规划(LP)为基础，能使控制器及时获得在当前约束范围内最有效益的生产工况，其动态加权能力能有效针对过程约束情况不断进行调整，确保严格控制和优化操作。DMCplus控制器根据控制参数和成本因素进行计算并给出优化控制方案，依此对操作变量(MV)进行调整，使控制变量(CV)与目标值之间偏差最小。DMCplus控制器中的变量被严格区分为独立变量和非独立变量。其中独立变量包括操纵变量和前馈(干扰)变量，非独立变量为被控变量。DMCplus的主要特性可归纳如下：
(1)具有完善的多变量动态过程模型辨识软件；
(2)能有效处理大规模复杂控制问题；
(3)能较容易处理大纯滞后及大的时间常数过程；
(4)应用线性规划原理来实现经济性能指标的最优化；
(5)采用操纵变量经济性能指标线性规划以及应变量相对重要性分析原理，能较易处理操纵变量多于被控变量或被控变量多于操纵变量的情形；
(6)对于约素条件处理，能够考虑整个动态响应区间内被控变量和操纵变量的约素；
(7)DMCplus控制器具有动态加权和在线整定功能。
三 AspenTech 先控技术软件组成
呼和浩特石化公司选用的Aspen-Tech先控技术软件包括如下部分：DMCplus控制器软件(DMCplus Desktop、DMCplus Online)和建立软仪表的软件(ASPEN IQ)。其中DMCplus Desktop用于模型辨识建模，并形成组态文件，在客户端的windows NT/95环境下运行。DMCplus Online包括在线控制器运行的组件，安装在Alpha机的OpenVMS操作环境下，以及安装在PC机或X-Window下的DMCplus View软件。ASPEN IQ软件是软仪表的建立工具，包括离线和在线部分。
呼和浩特石化公司重油催化裂化先进控制的实施包括以下阶段：装置预测试，软测量数据采集，工艺计算开发，软测量模型开发和投用，装置测试，控制器模型的建立及仿真，控制器的投用。
四 DMCplus控制器组成
根据呼和浩特石化公司重油催化装置的特点，设计了一个大型控制器覆盖整个重油催化裂化装置，即覆盖反应器、一再、二再、外取热器、主分馏塔、吸收塔、解吸塔、再吸收塔及稳定塔。该控制器由反/再/主分馏塔系统子控制器和吸收稳定单元子控制器构成。
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bsp; 1. 反应再生控制器反应器/再生器/主分馏塔控制器覆盖：反再系统的反应器、烧焦罐、第二级再生器、外取热器的操作，及主分馏塔系统的操作。分馏塔系统包括主分馏塔，塔顶回流罐、回炼油罐及轻柴油汽提塔。反应器/再生器/主分馏塔系统控制器共包括31个操纵变量，25个前馈/干扰变量，42个被控变量。
(1)操纵变量(MV)
反/再主分馏塔控制器的操作变量如：蜡油进料、渣油进料、脱油进料、新鲜原料量、回炼油流量、原料预热温度、预提升干气、预提升蒸汽、反应温度设定值；一再压力设定值，二再压力阀位；分馏塔顶温度控制等。
(2)前馈/干扰变量(FFW/DV)
反/再主分馏塔控制器的前馈/干扰变量如：气压机转速、沉降器汽提段藏量、二再藏量、外取热增压风、套筒风、输送风、一再主风、富吸收油返塔温度、富吸收油流量等。
(3)被控/约束变量(CV) 2. 吸收稳定控制器 吸收稳定控制器变量组成：操纵变量如吸收压力、补充吸收剂流量、吸收塔一中流量、吸收塔二中流量、吸收塔底液位、解吸塔进料流量、稳定汽油换热三通阀开度等。前馈/干扰变量如粗汽油流量、大气温度、吸收塔一中返塔温度、稳定塔顶冷后温度、主分馏塔中段温度、气压机富气进料流量等。被控变量如凝缩油罐液位、吸收塔全塔压降、贫气流量、吸收塔顶温度、解吸塔底温度、液态烃罐压力、稳定塔底温度等。 五 工艺计算及软测量技术 1. 开发的工艺计算 2. 开发的软测量技术 六 DMCplus运行环境 七 DMCplus控制器投用效果
; 反/再主分馏塔控制器的被控变量如：二再烟气中氧含量、原料罐V207液位、二再和沉降器间压差、再生滑阀两端压差、一再和反应器间压差、再阀开度，以及采用软仪表测量的汽油干点、柴油凝固点、轻柴油闪点、轻柴油干点、油浆密度等。
吸收稳定单元DMCplus控制器覆盖吸收塔、凝缩油罐、解吸塔、再吸收塔和稳定塔等生产设备，由16个操纵变量、15个干扰变量、40个被控变量组成。
根据装置特点开发了原料配比计算、产品收率计算等工艺计算以及预测产品质量性质的产品软测量技术。软测量技术采集现场工艺数据周期长达半年，利用ASPEN-IQ软件获得软测量模型，实现了化验分析值在线校正功能，操作工可依据油品质量化验分析结果及时地在DCS化验值在线校正软测量预测结果画面中录入，以便对计算结果实现自动修正以适应原料、生产方案、气侯等的变化，大大提高模型鲁棒性。上述工艺计算作为被控变量引入控制器对实现产品质量卡边控制起到了很好作用。工艺计算软件及12个软测量模型全部在TDC3000系统AM中通过CL语言实现。
(1)干气收率；(2)液态烃收率；(3)稳定汽油收率；(4)分馏塔轻油收率。
(1)贫气中C5以上含量；(2)贫气中C3以上含量；(3)干气中C3以上含量；(4)油浆密度；(5)粗汽油干点；(6)轻柴油凝点；(7)轻柴油闪点；(8)轻柴油95%；(9)稳定汽油饱和蒸汽压；(10)液态烃中H2S含量；(11)液态烃中C2以下含量；(12)液态烃中C5以上含量。
DMCplus控制器安装于TDC3000系统的上位机DEC Alpha机中，运行在OPEN VMS操作系统环境下，OPEN VMS的版本是7.1。DMCplus控制器控制周期为1min，其中TDC3000系统的UCN部分采用的是APM系统，TDC3000系统与DEC Alpha之间通过PLNM通信，软件为CM50S，控制器点及相关计算变量、控制器开关均建于TDC3000的AM中，控制器与CM50S间通信通过CIMIO接口软件实现。
1. 保证液收
由于干气组成化验分析频率低，主分馏系统中段回流调节频繁，先进控制投用前，分馏塔、吸收塔、解吸塔、稳定塔操作波动较大，粗汽油干点、轻柴油凝点以及干气中C3+含量超标现象经常发生，且液态烃与稳定汽油分割不清晰。投用先进控制后，综
2. 产品质量卡边控制
利用Aspen IQ软测量技术，实现产品质量(粗汽油干点、轻柴油凝点、干气中C3+含量，液化气中C2-含量，液化气中C5-含量和稳定汽油饱和蒸汽压等)在线计算和预测，与化验分析配合使用(定期校正)，保证了预测精确度，实现了产品质量的卡边控制。
3. 降低能耗
先进控制投用前，稳定塔顶回流罐压力控制阀阀位饱和现象严重，空冷开停频繁，变频器与压力控制阀不能实现匹配控制。投用先进控制器后，利用变频器及时调节减轻压力控制阀饱和现象的发生，平稳回流罐压力，最大限度发挥变频器的调节效果，减少空冷的投用台数。
4. 平稳生产 八 结束语
依靠软
测量技术、先进控制器的预测功能及控制手段的综合运用能力，先进控制系统降低解吸塔、稳定塔底温度的波动，在控制产品质量不超标的前提下，使吸收稳定单元从主分馏塔中段回流中获取的热量尽量少，保证了主分馏塔正常操作。
软测量技术的应用及DMCplus先进控制系统较强的鲁棒性，使得操作人员对生产装置进行综合控制、直观控制(即对产品质量、产品收率)成为可能。吸收稳定单元与主分馏系统的耦合作用，及吸收稳定单元内部操作的耦合作用，使得未投用先进控制前，生产波动较大(稳定塔顶回流罐压力变化频繁)，操作协调性差；投用先进控制后，DMCplus控制器使操作手段相互匹配，并积极利用其内部的整体优化技术，使操作点尽可能处于能够获得显著经济效益的边界处，从而使上述控制目标得以实现，也因此获得了生产车间技术人员和操作人员的认可和积极投用。
