模型预测控制技术在碳酸二甲酯生产中的应用

胡童亮

（铜陵金泰化工股份有限公司，安徽　铜陵　244000）

模型预测控制技术在碳酸二甲酯生产中的应用

胡童亮

（铜陵金泰化工股份有限公司，安徽铜陵244000）

在碳酸二甲酯 （DMC）生产中采用模型预测控制技术（MPC），对生产的全过程进行自动控制，实现了DMC生产的自动化，达到了预期的效果。本文介绍了MPC的结构及具体控制方案。投运后，系统稳定、安全可靠，提高了碳酸二甲酯产量和质量。

模型预测控制技术；碳酸二甲酯；生产应用

前言

模型预测控制技术（简称MPC）的应用使石油化工生产过程控制实现革命性的突破，由原来的常规控制过渡到多变量模型预估控制，工艺生产控制更加合理、优化。在国外石油化工领域，利用优化控制技术提高装置加工能力和高附加值产品收率已成为众多企业普遍采用的技术手段，多家公司开发成功的诸多优化控制软件已在常减压、延迟焦化、催化裂化、连续重整、芳烃抽提、吸附分离和加氢裂化等炼油装置以及PP、PE、PX、PTA等化工装置得到大量的成功应用，并带来了显著经济效益。优化控制技术采用科学、先进的控制理论和控制方法，以工艺过程分析和数学模型计算为核心，以工厂控制网络和管理网络为信息载体，充分发挥DCS和常规控制系统的潜力，保障生产装置始终运转在最佳状态，通过多变量协调和约束控制降低装置能耗，以获取最大的经济利益。MPC的诸多成功案例已充分说明了这一点。

1　需求分析

1.1原有系统分析和信息分析

碳酸二甲酯装置是采用中控DCS集散控制系统，见图1。

图1　系统分析图

MPC系统的实施对象为生产装置，建立在现有DCS控制系统之上。MPC系统运行在上位机上，上位机是通过标准OPC服务器实现与DCS之间双向数据通讯，实现对生产装置的优化控制，见图2。

图2　系统分析图

MPC系统运行在上位机上，通过以太网实现与DCS之间数据交换。保证系统安全可靠运行，需在DCS中建立一组逻辑切换保护程序来实现MPC控制和原有PID控制切换。

2　控制方案

2.1控制范围

通过工艺过程分析，优化控制系统的实施范围包括T301、T303、T306、T307等塔以及各塔相关部分（如塔顶冷凝器、塔底再沸器、回流槽、缓冲罐等）。

2.2控制目标

优化控制实施后首先要提高装置的运行平稳率，根据装置特殊需求，实现物料平衡，在此基础上再通过卡边优化操作，提高高价产品收率。

2.3MPC控制器结构

根据装置所要实现的控制目标和当前的约束状况，整个优化控制系统采用数个子控制器，相互关联较小的塔独立为一个子控制器、相互关联较大的塔合并为一个子控制器。以下给出各控制器的主要变量表1。

表1　碳酸二甲酯控制器包含T301、T303、T307、T306等塔及附属设备的相关变量

3　系统配置及技术指标

3.1系统配置原则

为了确保装置正常生产的安全，装置的优化控制系统结构均采取上位机方式，通讯接口实现上位机与DCS之间数据的实时交换。常规PID控制运行在DCS上，多变量预估控制器、工艺计算在上位机运行，并最终通过常规PID控制来实现。

3.2配置方案

碳酸二甲酯装置的集散控制系统采用中控DCS系统。优化控制平台软硬件配置方案如下。

一台服务器作为上位机运行优化控制软件。

4　经济效益分析

MPC的效益来自如下几部分：

采用MPC可使主要控制指标的波动方差降低，以实现卡边操作，通过更合理的调节，稳定各塔采出和进料量以及各塔温度，从而提高装置的处理量，并且提高产品质量的合格率；通过MPC的相互自动协调控制，更为合理地利用热量，以达到节能的目的；

实施优化控制后，提高了装置的操作与控制水平，降低操作人员的劳动强度，得到较好的社会效益。

4.1直接经济效益

碳酸二甲酯装置具有较好的经济效益。

表2　碳酸二甲酯装置MPC项目获取经济效益的途径分析

4.2间接效益及社会效益

碳酸二甲酯装置成功应用MPC后，不但提高了装置控制精度，降低操作人员的劳动强度，获得显著的经济效益，而且还可以促进企业信息化建设，为全厂级优化奠定良好基础。同时，提高装置的安全性，减少环境污染，有较好的社会效益。

Model Predictive Control in the Production of Dimethyl carbonate

HU Tong-liang
（Tongling Jintai Chemical Industrial Co.，Ltd.，Tongling，Anhui 244101，China）

Dimethyl carbonate（DMC）production uses Model Predictive Control（MPC）.The entire process of production achieves automatic control，and achieves the automation of DMC production，and achieves the desired results.This article introduced the MPC structure and the specific control program.Put into operation，the system was stable，safe and reliable，increased the yield and quality of dimethyl carbonate.

model predictive control；dimethyl carbonate；production and application

1006-4184（2015）12-0018-03

2015-06-02

胡童亮（1978-），男，工程师，主要从事有机碳酸酯系列产品生产技术开发工作。E-mail：freecity88@163.com。