[發(fā)明專利]一種連續(xù)生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010289504.1
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101957597A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁璞;于佐軍
• 申請（專利權(quán)）人: 袁璞
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京市中實友知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使生產(chǎn)過程隨時運行在優(yōu)化狀態(tài)下的連續(xù)生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化器。

背景技術(shù)

許多對連續(xù)生產(chǎn)過程，其最優(yōu)運行狀況和優(yōu)化目標值的大小(下面均以目標值最高為最優(yōu)狀況)都受不可實測變量的影響而經(jīng)常變化，在不少情況下優(yōu)化目標值也不可實測，如何使生產(chǎn)過程隨時運行在最優(yōu)狀況，是實時優(yōu)化要解決的問題。

為解決實時優(yōu)化問題，對許多連續(xù)生產(chǎn)過程，大多采用基于生產(chǎn)過程穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法：例如石油化工生產(chǎn)過程中常見的化學(xué)反應(yīng)過程，在運行時，原料組成(不可實測)常有變化，操作條件和運行環(huán)境(其中有些變量是不可實測的)也常有變化；優(yōu)化目標，如反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率，或選擇性和反應(yīng)物組成，也常常是不可實測的。為使反應(yīng)器運行在最優(yōu)狀況(最優(yōu)反應(yīng)深度)下，常用的方法是根據(jù)化驗分析得到的原料組成和催化劑活性，生產(chǎn)過程處于穩(wěn)態(tài)時的實測過程變量，用穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型計算出使目標最優(yōu)的操作條件，對反應(yīng)過程進行調(diào)整，最常見的調(diào)優(yōu)變量是反應(yīng)溫度，即調(diào)整反應(yīng)溫度以達到最優(yōu)。每次調(diào)優(yōu)后要等待生產(chǎn)過程運行平穩(wěn)后，再次根據(jù)生產(chǎn)過程的實測變量和模型進行調(diào)優(yōu)，兩次調(diào)優(yōu)間隔(調(diào)優(yōu)周期)一般在兩小時以上。以上方法不足之處是：一是實時性差，不能在生產(chǎn)過程有變化時迅速調(diào)整到優(yōu)化狀況下運行。二是不能適應(yīng)生產(chǎn)過程實際運行的動態(tài)變化，所依據(jù)的實測過程變量總是有偏差的，加上模型的精度有限，使計算所得優(yōu)化條件與實際不能吻合，因此，還很少見到依據(jù)這種方法的有效實例。

另一種優(yōu)化方法是不用模型，只根據(jù)調(diào)優(yōu)變量的變化和優(yōu)化目標的變化決定下次如何調(diào)優(yōu)，其調(diào)優(yōu)邏輯是：當(dāng)目標值增高與調(diào)優(yōu)增量變化方向相同時，繼續(xù)增高調(diào)優(yōu)變量。每隔一定時間(周期)調(diào)優(yōu)一次，使生產(chǎn)過程逐步逼近最優(yōu)運行狀況，簡稱為自尋最優(yōu)方法.這種方法的優(yōu)點是簡單易行，避免了模型不準確的影響；由于依據(jù)目標和調(diào)優(yōu)變量的相對變化，也不要求實測值絕對準確；其主要不足之處是：一是對目標值和調(diào)優(yōu)變量的變化方向判斷，若不適應(yīng)生產(chǎn)過程動態(tài)特性，可能引起誤判。二是在最優(yōu)運行狀況附近，可能每次調(diào)優(yōu)方向都在變化，形成調(diào)優(yōu)變量的振蕩，使生產(chǎn)過程不能平穩(wěn)運行。三是當(dāng)目標值或與目標值相關(guān)的變量無實測信息時，如上述化學(xué)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率與選擇性，與上述用模型計算的方法相比，就無法實施優(yōu)化。

在實際實施生產(chǎn)過程優(yōu)化時，還需要有一個好的調(diào)優(yōu)手段，既能迅速準確的調(diào)整調(diào)優(yōu)變量，又能在各種干擾下維持最優(yōu)運行狀況。生產(chǎn)過程的故障檢測與處理，各種約束的檢測與處理也是必須的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是給出一個適應(yīng)生產(chǎn)過程運行動態(tài)特性和實際情況，切實有效的實時優(yōu)化器。

本發(fā)明所述的連續(xù)生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化器，其主要特征是：

優(yōu)化目標的實時計算：當(dāng)優(yōu)化目標不可實測時，根據(jù)可測過程變量和動態(tài)數(shù)學(xué)模型，在線實時計算得到。

尋優(yōu)的“暫停”與“自起動”：當(dāng)尋優(yōu)使生產(chǎn)過程優(yōu)化后，或生產(chǎn)過程狀況不允許時，即暫停尋優(yōu)，避免在優(yōu)化點附近的振蕩，防止出現(xiàn)非正常運行狀況，保持在優(yōu)化狀況下平穩(wěn)運行。

當(dāng)生產(chǎn)過程及其環(huán)境發(fā)生變化需要調(diào)優(yōu)時，自動起動尋優(yōu)，隨時使生產(chǎn)過程處于優(yōu)化狀況。

“動態(tài)補償”：根據(jù)生產(chǎn)和尋優(yōu)過程的動態(tài)特性，對尋優(yōu)周期內(nèi)優(yōu)化目標值實施動態(tài)補償，可在生產(chǎn)過程動態(tài)變化時尋優(yōu)，避免尋優(yōu)的誤判，縮短尋優(yōu)周期，加速尋優(yōu)進程。

約束預(yù)報與處理：基于動態(tài)數(shù)學(xué)模型對變量受約束進行預(yù)報，當(dāng)預(yù)報受約束(達上下限)時，只允許朝脫離約束的方向調(diào)優(yōu)，使尋優(yōu)在安全可靠的條件下運行。

數(shù)據(jù)處理與故障診斷：對含有噪聲的過程變量和優(yōu)化目標值進行處理和故障診斷，使尋優(yōu)在可靠的基礎(chǔ)上進行。

智能尋優(yōu)：在判斷調(diào)優(yōu)變量與優(yōu)化目標的變化方向是否相同的基本尋優(yōu)邏輯基礎(chǔ)上，增加判斷的智能性，及時”暫停”或”自起動”，縮短尋優(yōu)過程，確保尋優(yōu)安全。

基于動態(tài)模型的模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作為調(diào)優(yōu)手段：給出迅速響應(yīng)，又能平穩(wěn)維持優(yōu)化狀況的調(diào)優(yōu)手段。

本發(fā)明所述的連續(xù)生產(chǎn)過程的實時優(yōu)化器由生產(chǎn)過程監(jiān)測器1，優(yōu)化目標實時計算器2，智能尋優(yōu)控制器3，調(diào)優(yōu)控制器4，運行操作監(jiān)視與設(shè)定器5五部分組成。實時優(yōu)化器通過已有的數(shù)據(jù)輸入輸出接口6實時地取得生產(chǎn)過程7的運行數(shù)據(jù)，并將調(diào)優(yōu)作用送給生產(chǎn)過程7進行調(diào)優(yōu)，形成實時優(yōu)化系統(tǒng)。

1.生產(chǎn)過程監(jiān)測器：主要有以下功能：

1-1.數(shù)據(jù)處理與故障診斷：大部分可利用已有技術(shù)。本專利的一個特征是基于動態(tài)數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果和實測變量之差，實時判斷運行工況和實測信息是否正常。