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一、當(dāng)前系統(tǒng)問(wèn)題
目前的丁辛醇裝置羰基合成反應(yīng)器丙烯流量控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中一直使用固定合成氣流量，調(diào)節(jié)丙烯流量來(lái)調(diào)整反應(yīng)器一氧化碳濃度。在正常操作時(shí)AR301/302通過(guò)比值控制器FY102與丙烯流量控制器FIC206進(jìn)行串級(jí)控制，（其中FY102為原料丙烯、合成氣流量的比值），由于系統(tǒng)滯后時(shí)間較長(zhǎng)（15分鐘左右），調(diào)節(jié)后的丙烯流量或偏大或偏小，導(dǎo)致一氧化碳濃度偏離給定值較大，（例如，AR301/302給定值為2.5，實(shí)際AR301/302值經(jīng)常超過(guò)3.5或低于2.0），該串級(jí)系統(tǒng)無(wú)法正常投用，經(jīng)常采用手動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)踐表明,手動(dòng)操作也不能很好的達(dá)到工藝要求,系統(tǒng)經(jīng)常產(chǎn)生波動(dòng)。受到干擾后長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定下來(lái)，影響了反應(yīng)器平穩(wěn)運(yùn)行和丁醛收率。
二、系統(tǒng)難控原因分析
一氧化碳濃度AR301/302是羰基合成反應(yīng)裝置比較重要的參數(shù)，幾乎所有的羰基合成反應(yīng)裝置對(duì)這對(duì)參數(shù)的控制都存在一定的問(wèn)題。這是因?yàn)轸驶铣煞磻?yīng)環(huán)節(jié)經(jīng)常發(fā)生的干擾和較大的時(shí)滯，同時(shí)裝置通道長(zhǎng)，在線檢測(cè)儀表時(shí)間滯后較大，更加大了這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)滯。初步估計(jì)這一系統(tǒng)純滯后時(shí)間 為30分鐘左右，而丙烯和合成氣的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)化學(xué)變化過(guò)程，這就決定了該系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)T不會(huì)太大，從而使得
遠(yuǎn)大于1，實(shí)踐證明對(duì)于 >0.6的系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)器就已經(jīng)不能很好的控制了。對(duì)于>1的系統(tǒng)PID控制算法就幾乎無(wú)能為力了。
綜合上述分析可見(jiàn)，丁辛醇裝置羰基合成反應(yīng)器丙烯流量之所以成為一個(gè)難控環(huán)節(jié)的原因有兩點(diǎn)：一是裝置特性的原因，即復(fù)雜的大時(shí)滯強(qiáng)干擾系統(tǒng)；二是DCS的所用的控制算法的原因，即在于使用的算法是PID控制算法，PID對(duì)于大時(shí)滯強(qiáng)干擾的環(huán)節(jié)的控制能力較差。
第一個(gè)原因是客觀存在，工藝上不能做任何改變，所以要解決羰基合成反應(yīng)器一氧化碳濃度的控制問(wèn)題，只能從克服第二個(gè)原因，即要換一個(gè)較好的控制方法入手。
三、DCS中控制算法存在的問(wèn)題
目前工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用的控制器，絕大多數(shù)是40年代形成的經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)器及其變種，這種控制器的設(shè)計(jì)思想是在線性思維框架中形成的，盡管在很多場(chǎng)合能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是常常難以保證控制精度，參數(shù)適應(yīng)性差，難以對(duì)付未知強(qiáng)非線性和強(qiáng)擾動(dòng)的作用。60年代以后，以被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代理論（先進(jìn)控制技術(shù)）得到很大發(fā)展，但是由于大量實(shí)際對(duì)象給不出合適的數(shù)學(xué)模型，所以現(xiàn)代控制理論在許多應(yīng)用的場(chǎng)合遇到了困難。70年代以后出現(xiàn)的“自校正控制”、 “模糊控制”、 “預(yù)測(cè)控制”以及利用“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”形成的控制、“智能控制”、 “專家系統(tǒng)”等方法，試圖解決對(duì)模型依賴問(wèn)題。但實(shí)質(zhì)上仍沒(méi)有擺脫模型框架的束縛，有時(shí)還要用到建模、系統(tǒng)辨識(shí)等手段，這些方法的一個(gè)重要缺欠是控制方法比較復(fù)雜，不能適應(yīng)未知非線性變化，不能抑制不確定強(qiáng)干擾，通用性差，所以其應(yīng)用范圍仍受到很大限制。
DCS引進(jìn)我國(guó)后的近三十年的實(shí)踐，使人們逐漸發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用的結(jié)果與原來(lái)購(gòu)置DCS的希望目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。DCS的控制算法中,雖然包括所謂先進(jìn)控制算法。但在煉油、化工、電力等行業(yè)，除一些簡(jiǎn)單裝置外，用DCS實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制的為數(shù)甚少。歸結(jié)原因，就是因?yàn)橄冗M(jìn)控制的基礎(chǔ)是裝置基本環(huán)節(jié)的閉環(huán)穩(wěn)定自動(dòng)控制，這就要求裝置應(yīng)該實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制的環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。但是對(duì)于一些復(fù)雜的裝置而言，就目前DCS的控制策略而言，是很難做到的。其原因在于，目前DCS的最基本的單元控制環(huán)節(jié)，仍然采用的是經(jīng)典的PID控制算法。半個(gè)世紀(jì)的實(shí)踐證明PID控制器是一個(gè)很好的控制器，它在系統(tǒng)控制中功勞卓著。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)裝置愈來(lái)愈大型化、復(fù)雜化，而且技術(shù)性能越來(lái)越高,因而出現(xiàn)了許多非線性、時(shí)變、大時(shí)滯、強(qiáng)耦合等環(huán)節(jié),而且大的干擾還經(jīng)常發(fā)生。對(duì)付這樣的被控對(duì)象，PID調(diào)節(jié)器就顯得無(wú)能為力了。然而，現(xiàn)代控制理論方法和經(jīng)典PID都存在著許多優(yōu)點(diǎn)，這些精華不應(yīng)該被拋棄。所以設(shè)計(jì)一種兼有現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典PID理論的優(yōu)點(diǎn)，又適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化控制要求的新型控制方法，就提到自動(dòng)控制工作者的研究日程上來(lái)了。
實(shí)踐和理論都證明了無(wú)模型控制方法就是一種這樣的方法。
四、無(wú)模型控制方法的特點(diǎn)及功能
我們用無(wú)模型控制方法對(duì)丁辛醇裝置羰基合成反應(yīng)器丙烯流量控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，取得了成功,之所以成功是因?yàn)闊o(wú)模型控制方法具有一系列的特點(diǎn),它們是：
1、 它是建模與控制一體化的產(chǎn)物；即邊控制邊建模,再控制再建模,如此繼續(xù)下去,即可使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定值并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定；
2、 它是突破PID線性框架的一種非線性控制方法；
3、 它是由“功能組合”途徑設(shè)計(jì)出來(lái)的以現(xiàn)場(chǎng)的需求為導(dǎo)向的控制器；
4、 它實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)自適應(yīng)，所以適應(yīng)能力強(qiáng)；
5、 它已把智能推理算法化，所以它不同于一般的智能控制方法。
無(wú)模型控制方法具有以下功能：
1、可以對(duì)時(shí)滯不超過(guò)半小時(shí)的大時(shí)滯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定閉環(huán)控制。
2、可以對(duì)時(shí)變系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)穩(wěn)定控制，而控制器的參數(shù)僅需少量改變或不需改變。
3、對(duì)于強(qiáng)耦合系統(tǒng)，不需解耦就可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)定控制。
4、具有克服未知強(qiáng)干擾的能力。
五、技術(shù)方案
（一）控制方案
根據(jù)原DCS控制方案，羰基合成反應(yīng)器出口一氧化碳濃度AR301/302與丙烯流量控制器FIC206形成串級(jí)控制，AR301/302做為主回路控制點(diǎn)，F(xiàn)IC206做為副回路控制點(diǎn)，把丙烯壓力，反應(yīng)器溫度，反應(yīng)器進(jìn)料流量作為前饋值，通過(guò)無(wú)模型控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，把控制信號(hào)送給DCS，經(jīng)DCS判斷后作用到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制丙烯進(jìn)料的閥位開(kāi)度。
DCS反應(yīng)器流程如下圖所示：
使用無(wú)模型控制算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID算法，使丙烯流量調(diào)節(jié)閥及時(shí)地根據(jù)反應(yīng)器要求的一氧化碳濃度進(jìn)行串級(jí)控制，能夠克服原控制系統(tǒng)的時(shí)間滯后現(xiàn)象，使羰基合成反應(yīng)器運(yùn)行平穩(wěn)，提高丁醛收率。
對(duì)于冬天檢測(cè)儀表AR301/302測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，可以考慮采用軟儀表的方法，將采集的數(shù)據(jù)用采用的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。
控制原理如下圖：
丁辛醇裝置羰基合成反應(yīng)器丙烯流量無(wú)模型改造系統(tǒng)并沒(méi)有改變?cè)械挠布O(shè)備，只是用無(wú)模型控制算法代替了原有DCS的PID控制算法，利用無(wú)模型控制算法克服大時(shí)滯、克服強(qiáng)干擾、克服時(shí)變等功能對(duì)控制回路進(jìn)行控制，保證被控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行。
安全保障措施
為了保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)進(jìn)行，在無(wú)模型控制器系統(tǒng)和DCS端同時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，確保系統(tǒng)萬(wàn)無(wú)一失。
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利用DCS提供的功能，在DCS上組態(tài)切換功能和操作界面，當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，自動(dòng)切回DCS自動(dòng)控制或手動(dòng)控制：
（1）、生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況，超出無(wú)模型控制系統(tǒng)的適應(yīng)范圍；
（2）、DCS判斷無(wú)模型控制系統(tǒng)計(jì)算錯(cuò)誤；
（3）、正常無(wú)模型控制系統(tǒng)向DCS傳遞的數(shù)據(jù)中，有一路看門(mén)狗信號(hào)，DCS用于判斷無(wú)模型控制系統(tǒng)的死機(jī)、掉電等情況；
（4）、任何情況下，操作人員可切換到手動(dòng)或DCS控制狀態(tài)。
六、 無(wú)模型控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果
丁辛醇裝置羰基合成反應(yīng)器丙烯流量控制系統(tǒng)用無(wú)模型控制方法改造后，控制效果得到了明顯的改善。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)穩(wěn)定，改造前所定的目標(biāo)是：保證羰基合成反應(yīng)器一氧化碳濃度在給定值的±0.25vol范圍內(nèi)，同時(shí)保證年投用率達(dá)95％。現(xiàn)在應(yīng)用的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這一目標(biāo)，羰基合成反應(yīng)器一氧化碳濃度經(jīng)常在給定值的±0.15vol范圍內(nèi)運(yùn)行。
下面給出的是無(wú)模型控制方法投用前24小時(shí)和投用后24小時(shí)控制效果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際記錄圖：
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