石油化工生產過程的先進控制和閉環實時優化的現狀與問題（下）

　　可控性問題：是否可通過操作控制，或需要多少個控制作用，可使生產裝置的運行狀態達到要求，就是可控性問題，顯然，這是任何一個生產裝置設計時必須考慮的問題。可控性有不同的定義，Kalman首先給出的狀態可控性定義是<62>：若控制作用可使描述系統狀態的所有狀態變量從任意的不為零的初值運動到原點，則是狀態可控的，否則為不可控的。狀態可控性已成為很多系統設計的基本條件。其特點是可用較少的(甚至一個)控制作用使較多的狀態變量可控，這是因為考慮了系統的動態，用穩態關系是無法解釋的。狀態可控性的缺點是沒有限定狀態運動的軌線和控制作用的幅值，因而對某些情況不適用。輸出函數可控性(Output Functionally Controllability)考慮了對輸出變量運動軌線的要求，但限于線性系統，且仍無對控制作用幅度的限制。對于非線性，有時滯和對控制作用有約束的石油化工過程系統，目前還很難給出可控性的充分且必要的條件，因而有關于結構可控或可控性必要條件的研究，作為設計的指導。
　　可操作性問題：可控性只給出狀態或輸出變量是否可控的條件，可操作性則是操作控制的難易程度的衡量。顯然，可控性是可操作的必要條件。例如催化裂化裝置中，用摻渣比作操作變量使再生溫度處于高限但不超高限，常常是提高摻渣比從而效益的一個手段，顯然這是能控的，但目前大多工藝流程是這樣設計的，渣油與蠟油混合后進入原料油罐，再經換熱進入提升管反應器，由于原料油罐中停留時間較長，加上管線輸送和催化劑藏量引起的時間滯后和響應滯后，調整摻渣比后，再生溫度要經過二十分鐘左右才開始有響應，使保持再生器不超溫下摻渣比最大的操作控制難于進行，容易造成再生溫度和摻渣比的來回波動，可操作性較差。如果在工藝流程和設備設計時考慮到這一動態特性，將渣油直接打入提升管反應器，可大大縮短時間滯后，可避免這一問題。可操作性取決于被控過程動態特性，有很多值得研究的問題<63>。
　　可觀性問題：由實測過程變量，或者需要在何處安置多少個測點，可根據這些實測信息，在線實時計算不可實測的變量，如產品質量指標，物料組成，塔器內部流量等，就是可觀性問題。例如催化裂化裝置中，需要那些測點可在線計算再生催化劑上的含碳量？需要那些測點可計算主分餾塔內回流量，組分分率，汽油干點，柴油凝固點等。可觀性與可控性具有對偶性，利用動態數學模型，可以由較少的測量值計算較多的不可實測的變量；但當系統具有不可測輸入時，如主分餾塔進料組成為不可測輸入，則可測變量的維數不能少于不可測變量的維數，主分餾塔才是可觀的。如果在設計時對此未加考慮，裝置投運后，進行修改或補充都比較困難，要等到檢修停工是才能進行。
　　先進控制與閉環實時優化系統的設計： 包括目標(一般為多目標)、系統結構(一般為多級遞階系統)、變量(含被控變量、操作變量、前饋變量、狀態反饋變量等，可是實測的或在線實時計算的)及其約束限(含上下限、切換限，均可是以上變量的函數)、適應市場和環境要求的協調優化規則等，使先進控制和閉環實時優化系統發揮效益的基本問題的解決，沒有對過程的深入了解，沒有過程控制與設計的一體化，沒有機理動態數學模型的支持，是不會或很難成功的。近年來，從機理動態模型出發，討論催化裂化裝置控制方案的文章有增多的趨勢。

設計成果應體現在提供先進控制和閉環實時優化的實施方案(在DCS還是上位機上實現，及其具體結構)與相應軟件，包括開工過程的控制，達到在裝置開工的同時交付使用，并可使裝置盡快達到設計水平。同時，基于動態數學模型，提供一套計算機仿真器，在裝置開工前，可用于系統的演示、培訓及分析；在開工后，可進 行在線仿真，隨時對生產過程進行分析，對系統進行調整，取得更大的效益。
關鍵因素盡快實現上述歷史賦于我們的使命，其關鍵因素在於：
1．迅速建立研究，設計，開發和系統分析員隊伍，適應科技發展和學科交叉的要求，需從大學教育，研究生培養和在職培訓各方面加強。
2．堅持立足國內，適當引進，發展適合我國情況的先進技術方針；制定并落實扶持本國科技，調動科技和操作人員積極性的政策；建立和建全推動高新技術迅速轉化為生產力的體制。
3．堅持不懈和強度足夠人力和資金投入，是發展我國石油化工過程先進控制與閉環實時優化這一高新技術和相應的軟件的必要條件，投入越多，產出更多。
4．先進控制與閉環實時優化和許多方面高新技術一樣，是建立在生產過程基礎工作之上，并與其他技術的發展密切相關，如工藝，設備，機泵，一次儀表與執行機構的改進與可靠運行，控制計算機系統性能的提高；生產調度，計劃管理與信息系統的建立等；高新技術在實施過程中，必將與不適應發展的舊的生產管理制度發生矛盾，需要從高新技術將促進各方面發展的高度來認識實施中可能出現的各種問題，從而促進生產的全面發展。
結束語
　　使石油化工生產過程適應市場變化和環境要求，具有高效率，高效益，迫切需 要進一步提高先進控制和實時優化的技術水平，實現過程控制與設計的一體化。關 鍵技術是生產過程的機理動態數學模型及其應用，特別需要發揮石油化工界已有的 優勢，并與系統控制相結合，抓緊我國國民經濟調整改革的大好時機，從人才，科技開發，制度，生產管理等各方面入手，加大投入力度，使我國石油化工過程的設計和操作控制迎頭趕上世界先進水平，這是時代的要求，也是時代賦于我們的使命。