先進(jìn)控制技術(shù)及應用
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9．基于現代非線(xiàn)性信息處理技術(shù)的軟測量建模
基于現代非線(xiàn)性信息處理技術(shù)的軟測量是利用易測過(guò)程信息（輔助變量，它通常是一種隨機信號），采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)，通過(guò)對所獲信息的分析處理提取信號特征量，從而實(shí)現某一參數的在線(xiàn)檢測或過(guò)程的狀態(tài)識別。這種軟測量技術(shù)的基本思想與基于相關(guān)分析的軟測量技術(shù)一致，都是通過(guò)信號處理來(lái)解決軟測量問(wèn)題，所不同的是具體信息處理方法不同。該軟測量建模方法的信息處理方法大多是各種先進(jìn)的非線(xiàn)性信息處理技術(shù)，例如小波分析、混沌和分形技術(shù)等，因此能適用于常規的信號處理手段難以適應的復雜工業(yè)系統。相對而言，基于現代非線(xiàn)性信息處理技術(shù)的軟測量建模方法的發(fā)展較晚，研究也還比較分散。該技術(shù)目前一般主要應用于系統的故障診斷、狀態(tài)檢測和過(guò)失誤差偵破等，并常常和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )或模糊數學(xué)等人工智能技術(shù)相結合。
軟測量建模方法雖然經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展有了很多成果，但仍有許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究。
（二）工業(yè)應用實(shí)例
軟測量技術(shù)工業(yè)應用成功實(shí)例不少。國外有Inferential Control、Setpoint、DMC、Profimatics、Simcon、Applied Automation等公司以商品化軟件形式推出各自的軟測量?jì)x表，例如：測量10%、50%、90%和最終的ASTM沸點(diǎn)、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)、黏點(diǎn)和雷得蒸汽壓等，這些已廣泛應用于常減壓塔、FCCU主分餾塔、焦化主分餾塔、加氫裂化分餾塔、汽油穩定塔、脫乙烷塔等先進(jìn)
國內引進(jìn)催化裂化、常減壓等裝置的先進(jìn)控制軟件亦有軟測量技術(shù)，但這些引進(jìn)軟件價(jià)格昂貴。國內有關(guān)高等院校、科研院所和企業(yè)等自行開(kāi)發(fā)了不少軟測量技術(shù)工業(yè)應用，甲醇生產(chǎn)過(guò)程中烴類(lèi)轉化反應器出口氣中CH4含量軟測量。在現場(chǎng)進(jìn)行測試獲得大量數據后通過(guò)回歸方法得到了一個(gè)線(xiàn)性回歸模型，并進(jìn)行適當校正后投入運行，與分析值十分接近，并用軟測量得到的CH4估計值成功應用于串級控制。
氣分裝置丙烯丙烷塔塔頂丙烯成分軟測量。通過(guò)嚴格的汽液平衡模型簡(jiǎn)化和現場(chǎng)測試，得到非線(xiàn)性回歸模型，并設計在線(xiàn)校正。該軟測量估計器投入在線(xiàn)運行，精確度滿(mǎn)足要求，并成功應用于丙烯成分閉環(huán)控制，取得了明顯經(jīng)濟效益。
催化裂化裝置分餾塔輕柴油凝固點(diǎn)軟測量，基于現場(chǎng)數據分析并結合工藝機理分析，建立了多層前向網(wǎng)絡(luò )柴油凝固點(diǎn)的軟測量模型，設計簡(jiǎn)單在線(xiàn)校正。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型估計值與分析值最大誤差為1.65℃，并用了閉環(huán)控制，平穩了生產(chǎn)，減少凝固點(diǎn)波動(dòng)，合格品由94%提高到100%。
催化裂化裝置主分餾塔粗汽油干點(diǎn)軟測量。通過(guò)機理和現場(chǎng)采集數據分析，建立回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型，模型精確度均能滿(mǎn)足生產(chǎn)。最后采用回歸模型，并加在線(xiàn)控制，現場(chǎng)應用表明誤差小于3℃，達98%，已投入閉環(huán)控制。
常減壓裝置常壓塔柴油凝固點(diǎn)軟測量。通過(guò)現場(chǎng)采集數據經(jīng)處理后，建立了非線(xiàn)性回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型，為提高模型精確度和魯棒性，組成非線(xiàn)性回歸模型與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型結合的混合模型，并設計了一個(gè)串級控制系統。投入運行后獲得較好控制效果，可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
加氫裂化裝置第一分餾塔航煤干點(diǎn)軟測量。根據加氫裂化分餾塔的工藝機理和實(shí)測數據分析，合理確定輔助變量，進(jìn)行數據采集和預處理。在此基礎上開(kāi)發(fā)了BP-RBF-PLS的航煤干點(diǎn)軟測量混合模型。在工業(yè)裝置上投入運行精度較高，已通過(guò)驗收，認為該軟測量可實(shí)現航煤干點(diǎn)在先連續測量，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，為實(shí)現先進(jìn)控制創(chuàng )造了條件。
延遲焦化裝置分餾塔粗汽油干點(diǎn)軟測量。經(jīng)對現場(chǎng)采集的數據及工藝機理分析，確定了影響粗汽油干點(diǎn)的最主要因素，分別建立了PLS和RBFN模型，為提高模型精確度和泛化能力、將PLS模型和RBFN模型并聯(lián)建立了粗汽油干點(diǎn)混合模型，交叉驗證表明這一方法是有效的，所建模型精確度較高和良好的泛化能力。
PTA氧化反應質(zhì)量指標軟測量。經(jīng)工藝機理分析，結合實(shí)際數據的相關(guān)分析，確定輔助變量，采用基于遞推算法的PLS建立軟測量模型，該箅法已在PTA氧化反應質(zhì)量指標的先進(jìn)控制中應用，取得了較好經(jīng)濟效益。
連續重整裝置中重整產(chǎn)品辛烷值、待生催化劑結焦含量、重整產(chǎn)品C5+液收率的軟測量，實(shí)現在保證質(zhì)量合格前提下提高產(chǎn)品收率的優(yōu)化操作指導；完成對重整再生器氧含量的軟測量。兩個(gè)系統先后投運后運行正常，取得了良好的經(jīng)濟效益。
另外，還有丙烯腈收率軟測量；高壓聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數——熔融指數（MI）的軟測量；合成醋酸乙烯的空時(shí)得率和催化劑選擇性的軟測量；乙烯裝置裂解爐出口乙烯收率、丙烯收率、裂解深度的軟測量；丁二烯裝置的DA106塔塔底的水含量、塔頂的甲基乙炔（MA）和DA107塔塔底的丁二烯（BD-13）、塔頂的丁二烯（BD-13）和總炔（主要是乙基乙炔，用EA表示）的軟測量。
（三）軟測量技術(shù)研究的方向
軟測量技術(shù)是工業(yè)計算機優(yōu)化控制的有利工具，在理論研究和實(shí)際應用中已經(jīng)取得了不少成果，其理論體系亦正在逐步形成。不論過(guò)于夸大軟測量的作用或忽視軟測量的重要性均是不正確的。軟測量技術(shù)研究的方向是：
1．數據處理
數據處理是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，尤其是過(guò)失誤差處理。在理論研究方面已經(jīng)取得不少成果，但跟實(shí)際應用還存在相當距離，應進(jìn)一步深入研究，縮小理論與實(shí)際的差距。近年來(lái)，出現了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )方法，很有吸引力。
2．軟測量建模方法研究
將新興的技術(shù)用于軟測量建模。目前雖然出現了眾多軟測量建模方法，但仍不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。將一些新興的技術(shù)用軟測量建模，建立基于新興技術(shù)的軟測量模型仍是目前研究的熱點(diǎn)。如：將微粒群優(yōu)化技術(shù)、遺傳算法、混沌與分形技術(shù)等新興技術(shù)用于軟測量建模，建立性能更好的軟測量模型。
將不同的方法相互融合建立混合模型。由于實(shí)際系統的復雜多變，一種方法建立的模型難以滿(mǎn)足要求。如果結合實(shí)際系統的機理分析和實(shí)際情況，將不同的方法相互融合，建立混合模型，這一建模方向是值得研究的方向。
3．在線(xiàn)校正的研究
在線(xiàn)校正是軟測量應用中必不可少的部分，盡管已有不少離線(xiàn)校正的方法，但在線(xiàn)校正的方法十分有限。因此，開(kāi)發(fā)更多實(shí)用方法，以適應復雜工業(yè)過(guò)程控制的需要亦應是當前研究重點(diǎn)。
三、結束語(yǔ)
今后，還要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)魯棒性強，適應性寬（操作條件、原料性質(zhì)等），性能價(jià)格比優(yōu)的商品化先進(jìn)控制與優(yōu)化控制軟件，適應國內大中型企業(yè)需要。
當前先進(jìn)控制與優(yōu)化控制軟件的二次開(kāi)發(fā)量較大，從設計，測試，仿真研究，到實(shí)際工業(yè)裝置投運周期較長(cháng)，為此今后應開(kāi)發(fā)一些二次開(kāi)發(fā)量較少的先進(jìn)控制與優(yōu)化控制軟件，以適應市場(chǎng)需要。
隨著(zhù)人工智能的迅速發(fā)展和控制理與其他學(xué)科的交叉滲透，先進(jìn)控制技術(shù)將會(huì )得到更深入的發(fā)展，應用更加廣泛，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
用戶(hù)要建立一支能參與設計、測試、仿真研究、到實(shí)際工業(yè)裝置投運技術(shù)隊伍，一旦先進(jìn)控制與優(yōu)化控制軟件廠(chǎng)商交付使用后，企業(yè)自已能運行、維護，保持長(cháng)期運行。
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