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关键先生铁杆木虫 (正式写手)
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[交流]
化工过程控制与工艺设计一体化
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传统的化工过程设计和控制设计是按一定的先后次序顺序进行的，首先由化工工程师基于稳态模型和稳态设计方法确定工艺结构以及设计参数、操作参数等；然后，由控制工程师以此作为受控对象，设计配套的控制系统，只在第二阶段才会考虑过程的可操作性。然而，一个系统能够控制得多好，首先取决于被控过程的特性，而将化工装置和控制系统设计分别考虑的作法往往使化工过程从整体上看不能达到预期的性能要求。 随着流程工业对产品质量、经济效益和环境保护要求的日渐提高，工业装置趋向于大型化、集成化、复杂化发展，对过程设计提出了更高的要求，过程的操作性能在过程设计中的重要性日益提高，过程控制和工艺设计一体化研究逐渐受到了国内外设计领域和控制领域内研究人员的重视。 目前控制与工艺集成优化设计在精馏塔等分离系统的应用已日渐成熟，但是对于在石油石化工业复杂反应系统（如催化裂化反应再生系统、乙炔加氢反应器等）的应用仍尚属空白，希望能够更多的同行进行交流. |
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(接上文)为了解决这一问题(然而，一个系统能够控制得多好，首先取决于被控过程的特性，而将化工装置和控制系统设计分别考虑的作法往往使化工过程从整体上看不能达到预期的性能要求)，人们提出在化工过程设计阶段就研究过程的可操作性和控制性能，即过程控制与工艺设计的一体化研究问题。目前主要集中在以下几个方面： 首先，最容易想到的一个方法就是进行动态性能的仿真研究，以确定所设计的过程是否满足控制的要求。尽管这一办法简单直接，但其需要针对不同的操作条件、控制结构和控制器参数进行一系列的仿真试验，不仅费时，而且参数的搜索范围非常有限，特别是在参数数目增长的条件下就更加严重，结果也不能保证所得到的就是一个最优设计。 近十年来，控制和工艺集成优化设计方法在国外得到很大发展，已经成功应用到精馏塔为主的分离系统设计中，降低了过程的投资费用和操作费用，同时改善了系统的控制性能，具有更高的经济效益。但是，控制与工艺集成优化设计研究目前也面临着以下几个问题和挑战 (1)先进控制在控制和工艺集成优化设计中的应用问题。目前，控制与工艺集成优化设计研究中一般采用常规PID控制器，无法实现多变量协调控制，但采用先进控制的研究仍较少，主要原因在于：①先进控制需要在线求解优化问题，没有PID控制那种显式的控制率表达式，使得优化设计问题大大复杂化；②先进控制可调参数太多，大大加剧了优化问题的规模。英国Sakizlis等人2003年对该方面研究进行了初步的探讨，但总体而言，此方面的研究尚处于摸索阶段。 其次，另一个方法是对工艺设计所得的过程进行可控性分析，比较不同设计方案的操作特点，从中挑选操作性能较好的设计方案。这类分析方法以可控性指标作为设计方案的评价标准，不需要进行繁琐的仿真试验；但是其可控性指标和工艺设计参数没有直接联系，仍需通过试凑选择设计方案，而且不同可控性指标可能存在冲突，在应用时存在很大限制。 最后，为避免以往分析方法中存在的诸多缺陷和限制，英美等国的一些学者于20世纪90年代提出了控制与工艺集成优化设计方法。该方法对过程的经济性能和控制性能进行统一的考虑，在过程工艺设计的同时进行配套控制系统的设计，通过动态优化的方法获得在满足所有设计和操作约束条件下达到经济最优的过程系统。 |
2楼2007-03-16 19:21:36
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