计算机管控一体化的实现及乙烯精馏塔预测控制的仿真研究
摘要
随着计算机技术与过程控制技术的发展，人们对过程控制的目标已经提高到完善生产管理、提高产品质量、节约能源、降低生产成本的水平上来。这样就对当前过程控制的发展提出了很多新的要求和问题。如何利用计算机管理与控制一体化技术对生产过程、产品种类数量进行更好的管理与控制已越来越为企业领导所关注。构建基于Internet技术的企业网的计划也被提到企业发展的进程上来了。同时利用先进控制技术对生产装置进行控制以达到降低生产成本，节约能源的目的。
本文在研究了计算机管控一体化在企业中的应用的基础上，介绍了该技术在扬子石化实时信息系统和东方化工有限公司管控系统中实现的；并针对扬子石化的乙烯精馏塔对象，对预测控制技术在实际中的应用，进行了仿真研究。
本文首先在前三章中主要介绍了计算机管控一体化的体系结构和预测控制的基本理论以及课题提出的背景和作者的主要工作。在计算机管控一体化的章节里，重点介绍了计算机管控一体化的组成结构、功能和数据库技术在计算机管控一体化系统中的应用以及数据通信和数据处理的方法；在先进控制的章节里，主要介绍了预测控制的几种基本结构形式和特点，预测控制的特点与性质，预测控制器的设计与广义预测控制相关内容，并研究了几种基于人工神经网络的预测控制算法和它们的基本结构。
在第五章里主要研究了计算机管控一体化技术在扬子石化实时信息系统和东方化工有限公司管控系统的应用和相关软件的开发；在第六章里针对乙烯精馏塔塔顶和塔底产品成分的预测控制，研究比较了基于径向基神经网络和BP改进算法的预测控制算法，并给出了相应的结果。
最后，总结了全文内容以及所取得的成果。
With the development of computer technology and process control technology, the goal for process control have been enhanced to the level of perfecting production management, improving production quality, saving energy, decreasing production cost. So many new appeals and problems for process control were brought forward. The leaders of enterprise attend how to use CIMCS technology to mange production kinds and quantify and control production process. The project of establishing an Intranet based on Internet technology is up to the course of enterprise development. And using APC(Advanced Process Control) technology to control the production setting aims at decreasing the production cost, saving energy.
In this paper, based on research the application of CIMCS in enterprise, it is introduced that the application of technology in YPC Refine Ltd. Corp. and Oriental Chemical Corp, and aimed at the rectified column of ethylene in YPC Refine Ltd, doing the research of the application of predictive control in practice.
In the beginning of four chapters, it introduces that the CIMCS structure, predictive control elementary theory, the background of the task and the author's mostly work in this task. In the chapter about CIMCS, it is emphasized that the CIMCS constitutes structure and function, the application of database technology in CIMCS, as well as data communication and data transact method. In the chapter about APC(Advanced Process Control), it is mostly introduced that some basic structure and its trait of predictive control, the property of predictive control, the design of predictive controller and correlation content of general predictive control. And it is studied that some kinds of predictive control arithmetic and structure based on artificial neural network.
Secondly, in the fifth chapter, it introduces CIMCS apply in oilcan control system in Yangzi Petro Corp, and control system in Nanjing Oriental Chemical Technology. In the sixth chapter, it introduces the predictive control arithmetic based on RBF neural network and BP neural network, applying in the rectified column of ethylene, and the result is offered.
At last, it is summarized that all the paper content and achievements.
本文在研究了计算机管控一体化在企业中的应用的基础上，介绍了该技术在扬子石化实时信息系统和东方化工有限公司管控系统中实现的；并针对扬子石化的乙烯精馏塔对象，对预测控制技术在实际中的应用，进行了仿真研究。
本文首先在前三章中主要介绍了计算机管控一体化的体系结构和预测控制的基本理论以及课题提出的背景和作者的主要工作。在计算机管控一体化的章节里，重点介绍了计算机管控一体化的组成结构、功能和数据库技术在计算机管控一体化系统中的应用以及数据通信和数据处理的方法；在先进控制的章节里，主要介绍了预测控制的几种基本结构形式和特点，预测控制的特点与性质，预测控制器的设计与广义预测控制相关内容，并研究了几种基于人工神经网络的预测控制算法和它们的基本结构。
在第五章里主要研究了计算机管控一体化技术在扬子石化实时信息系统和东方化工有限公司管控系统的应用和相关软件的开发；在第六章里针对乙烯精馏塔塔顶和塔底产品成分的预测控制，研究比较了基于径向基神经网络和BP改进算法的预测控制算法，并给出了相应的结果。
最后，总结了全文内容以及所取得的成果。
With the development of computer technology and process control technology, the goal for process control have been enhanced to the level of perfecting production management, improving production quality, saving energy, decreasing production cost. So many new appeals and problems for process control were brought forward. The leaders of enterprise attend how to use CIMCS technology to mange production kinds and quantify and control production process. The project of establishing an Intranet based on Internet technology is up to the course of enterprise development. And using APC(Advanced Process Control) technology to control the production setting aims at decreasing the production cost, saving energy.
In this paper, based on research the application of CIMCS in enterprise, it is introduced that the application of technology in YPC Refine Ltd. Corp. and Oriental Chemical Corp, and aimed at the rectified column of ethylene in YPC Refine Ltd, doing the research of the application of predictive control in practice.
In the beginning of four chapters, it introduces that the CIMCS structure, predictive control elementary theory, the background of the task and the author's mostly work in this task. In the chapter about CIMCS, it is emphasized that the CIMCS constitutes structure and function, the application of database technology in CIMCS, as well as data communication and data transact method. In the chapter about APC(Advanced Process Control), it is mostly introduced that some basic structure and its trait of predictive control, the property of predictive control, the design of predictive controller and correlation content of general predictive control. And it is studied that some kinds of predictive control arithmetic and structure based on artificial neural network.
Secondly, in the fifth chapter, it introduces CIMCS apply in oilcan control system in Yangzi Petro Corp, and control system in Nanjing Oriental Chemical Technology. In the sixth chapter, it introduces the predictive control arithmetic based on RBF neural network and BP neural network, applying in the rectified column of ethylene, and the result is offered.
At last, it is summarized that all the paper content and achievements.
引文
[1] 李玉环 浅谈管控一体的综合自动化对企业发展的作用 内蒙古石油化工第26卷
1999.12 76-77页
[2] 卞正岗 世纪之交论自动化系统工程产业 测控技术2000年19卷第一期 19-22页
[3] 钟清流 数据采掘的技术、热点、问题及动向 微机发展2000年第6期 38-41页
[4] 张菽，刘春红，敬卿 数据仓库的建设与数据挖掘技术浅析 高校图书馆工作2000年第3期 23-27页
[5] 印勇等 数据仓库和数据采掘研究综述 重庆大学学报第23卷第2期 2000年3月 115-119页
[6] 陈富赞等 数据挖掘方法的研究 系统工程与电子技术第22卷第8期2000年 78-81页
[7] 杨会志 数据挖掘技术的主要方法及其发展方向 河北科技大学学报总第54期2000年第3期77-80页
[8] 宋伟，王世同等 Intranet实用技术大全 清华大学出版社1999年3月第1版
[9] 周明峰，鲍立威，钱积新 大型关系数据库与企业综合自动化系统 化工自动化及仪表1997年第24卷 37-41页
[10]田勇 实时数据库的应用与特点 中国石化1998年第10期 38-39页
[11]高岚 实时数据库与大型数据库的连接 武汉造船 1999年第5期 23-25页
[12]邓玉昆，张永赫 数据采集系统与数据库管理系统的接口 沈阳工业大学学报第20卷第5期 1998年10月 99-102页
[13]周明峰等 数据库技术在企业综合自动化系统中的研究应用 炼油化工自动化1997年第4期 28-31页
[14]张传芹 计算机管控一体化系统中的网络互联 化工自动化及仪表1998年25卷第1期
32-36页
[15] 赵英凯,熊 辉,蔡 宁 生产过程信息管理系统的开发 测控技术2000年19卷第1期
[16] 赵英凯，蔡宁，熊辉 DCS与LAN的数据传输及智能处理低成本开发 微计算机信息2000年第16卷第1期
[17] 张浩平 实时数据采集和管理系统中DLL和DDE技术 计算机应用研究第2期1999年39-40页
[18] 李胜，胡强，赵英凯 APP平台下的数据转换与分布式历史数据库的实现 工业控制计算机2001年第14卷第3期
[19] 李胜，赵英凯 利用SQL SERVER和VB实现分布式历史数据的存储与查询 计算技术与自动化 第19卷第4期 2000年12月 21-24页
[20]舒迪前 预测控制系统及其应用 机械工业出版社1996年3月第1版 59-112页
[21] 褚健，潘红华，苏宏业. 预测控制技术的现状和展望. 机电工程.1999。5
[22] 舒迪前.预测控制算法的内模结构及其统一格式.控制与决策.1994，9(1)
[23] 石中锁，孙一康，舒迪前.基于神经网络的增量式算法控制.模式识别与人工智能.1994，7(4)
[24] 石中锁，孙一康，舒迪前.基于神经网络的动态矩阵控制.北京科技大学学报.1995，17(5)
[25] Uniformance技术手册 Honeywell公司
[26] 丁磊 俞辉 赵英凯 实时信息系统在石化企业中的应用 江苏化工第31卷第一期 2003.1.
[27] 丁磊 邱萌 赵英凯 基于B/S模式的工厂实时信息系统的实现 石油化工自动化（待发表）
[28] 丁磊 俞辉 赵英凯 利用OWC组件开发基于WEB的报表 南京工业大学学报（待发表）
[29] 金冶 乙烯精馏塔稳定化控制策略 自动化与仪器仪表1998年第3期 29-33页
[30] 扬子乙烯精馏塔工艺流程说明
[31] 气体分馏装置的再现自适应调优技术 浙江大学博士学位论文
[32] 丁利华，俞金寿 乙烯精馏塔优化专家系统，华东化工学院学报，1992年第18卷第3期 259-363页
[33]Crowe,C.M..Test of Maximum Power For Detection Of Gross Errors In Process Constraints.AICHE J.,1989,35:869
[34]Kretsovalis,A,and .R.S.H.Mah.Observality And Redundacy Classification In Multicomponent Process Networks.AICHE J..1987,33:70
[35]Canfield,F.BandP.Nair.TheKeytoComputerIntegratedProcessing.Comp.Chem.Eng,1992,16:473
[36] Tamhane,A.C,AND R.S.H.Mah.DATA RECONCILIATION AND GROSS ERROR DETECTION IN CHEMICAL PROCESS NETWORKS,THCHOMETRICS,1985,27:409
[37] 刘态万 编著实验数据的统计分析和计算机处理1989年6月第一版.中国科学技术大学出版社 63-65
[38] 王锦标,方崇智编著过程计算机控制. 1992年2月第一版 清华大学出版社.110-112
[39] 赵振宇,徐用懋模糊理论与神经网络的基础应用 清华大学出版社,1996第一版(114-115)
[40]龚建平 精馏塔的自动调节 化学工业出版社 1984年4月第1版 59-112页
[41] ASPEN PLUS用户指南（内参）
[42]铁治欣等 关联规则采掘综述 计算机应用研究 2000年第一期 1-5页
[43]陈小红等 基于径基函数神经网络的精馏塔自适应控制 控制理论与应用 第15卷第2
期 1998年4月
[44]牛林，杨承志 软测量技术应用于乙醛精馏塔成分估计 昆明理工大学学报 第24卷第六期 1999年12月
[45]金小明，张泉灵，王树青 预测函数控制在精馏塔重沸炉中的应用 自动化仪表 第22卷第12期 2001.12. 19-24页
[46]MATLAB6.5 辅助神经网络分析与设计 电子工业出版社 2003年1月第1版 193-214页
[47]徐昕等 MATLAB工具箱应用指南——控制工程篇 电子工业出版社 2000年5月第1版 229-276页
[48]陈桂明等 应用MATLAB建模与仿真 科学出版社 2001年3月第1版
[49]阎平凡，张长水 人工神经网络与模拟进化计算 清华大学出版社2000年11月第1版
[50]边肇祺等，模式识别，清华大学出版社，1988
[51] 史瑞生．估算炼油装置先进控制的经济效益．石油炼制与化工．1998.2
[52] S.J.Qin，T.A.Badgwell．An overview of industrial model predictive control technology．Chemical Process Control-Aiche Symposium Series．pp.232-256．1997
[53] J.H.Lee，B.Cooley．Recent Advanced in model predictive control and other related areas．Proc.Chemical Process Control．pp.201-216．1997
[54] D.Q.Mayne．Nonlinear model Predictive Control:an assessment ．Proc.Chemical Process Control．pp.217-231．1997
[55] A.Zheng，M.Morari．Stability of model predictive control with mixed constrains．IEEE Trans. Automat.Contr.Vol.40,pp.1818-1823,Oct.1995
[56] D.W.Clarke,C.Mohtadi,P.S.Tuffs．Generalized predictive control,part I:the basic algorithm．Automatica ,Vol23,pp.137-148,1987
[57] C.E.Garcia,D.M.Prett,M.Morari．Model predictive control:theory and practice a survey．
Automatica,Vol.25,pp.335-347,1989
[58] 熊辉,赵英凯,蔡宁 基于隐层节点删除的前馈神经网络结构优化 1999中国控制与决策学术年会论文集 655-657
[59] 孙德祥，袁璞．通用预估控制理论及其在分馏塔产品质量控制上的应用．石油大学学报(自然科学版)，1998，22(1)
[60] B.KOUVARITATAKIS，M.CANNON，J.A.ROSSITER．Recent development in generalized predictive control for continuous-times systems．International Journal of Control，Vol 72 No 2.1999
[61] 张化光，吕建虹，陈来九．模糊广义预测控制及其应用．自动化学报，1993，19(1)
[62] 李平康等．火电厂锅炉主蒸汽温度模糊预测控制．1998年中国智能自动化学术会议论文集．上海．同济大学．358~362
[63] 傅亮，罗娟，周秋萍.与Sybase SQL Server 交互应用程序的设计.微计算机应用.1999.11
[64] 褚健，潘红华，苏宏业. 预测控制技术的现状和展望. 机电工程.1999.5
[65] 张立明编,人工神经网络的模型及其应用，，复旦大学出版社，1993年7月第一版
1999.12 76-77页
[2] 卞正岗 世纪之交论自动化系统工程产业 测控技术2000年19卷第一期 19-22页
[3] 钟清流 数据采掘的技术、热点、问题及动向 微机发展2000年第6期 38-41页
[4] 张菽，刘春红，敬卿 数据仓库的建设与数据挖掘技术浅析 高校图书馆工作2000年第3期 23-27页
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[7] 杨会志 数据挖掘技术的主要方法及其发展方向 河北科技大学学报总第54期2000年第3期77-80页
[8] 宋伟，王世同等 Intranet实用技术大全 清华大学出版社1999年3月第1版
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[15] 赵英凯,熊 辉,蔡 宁 生产过程信息管理系统的开发 测控技术2000年19卷第1期
[16] 赵英凯，蔡宁，熊辉 DCS与LAN的数据传输及智能处理低成本开发 微计算机信息2000年第16卷第1期
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[19] 李胜，赵英凯 利用SQL SERVER和VB实现分布式历史数据的存储与查询 计算技术与自动化 第19卷第4期 2000年12月 21-24页
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[28] 丁磊 俞辉 赵英凯 利用OWC组件开发基于WEB的报表 南京工业大学学报（待发表）
[29] 金冶 乙烯精馏塔稳定化控制策略 自动化与仪器仪表1998年第3期 29-33页
[30] 扬子乙烯精馏塔工艺流程说明
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[38] 王锦标,方崇智编著过程计算机控制. 1992年2月第一版 清华大学出版社.110-112
[39] 赵振宇,徐用懋模糊理论与神经网络的基础应用 清华大学出版社,1996第一版(114-115)
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[45]金小明，张泉灵，王树青 预测函数控制在精馏塔重沸炉中的应用 自动化仪表 第22卷第12期 2001.12. 19-24页
[46]MATLAB6.5 辅助神经网络分析与设计 电子工业出版社 2003年1月第1版 193-214页
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