【項目背景】

有機硅裝置是典型的流程生產(chǎn)工藝，涉及大量的反應(yīng)系統(tǒng)、精餾塔操作，從工藝特性分析來看，反應(yīng)過程和精餾過程存在內(nèi)在機理，整體過程較復(fù)雜，動態(tài)響應(yīng)遲緩、變量之間相互關(guān)聯(lián)，具有典型的多變量、強耦合、大慣性大滯后、強干擾的復(fù)雜控制特性。常規(guī)的PID控制及DCS外加人工控制的方式難以實現(xiàn)裝置工況的進一步尋優(yōu)，也難以滿足更高平穩(wěn)性的要求。2020年北京和利時工業(yè)軟件有限公司（以下簡稱“工軟公司”）與山東東岳有機硅材料股份有限公司達成合作意向，為其提供定制化先進控制技術(shù)系統(tǒng)解決方案。

【項目建設(shè)內(nèi)容】

本項目采用工軟公司HiaAPC多變量先進控制軟件對東岳集有機硅材料股份有限公司一期、二期有機硅全流程工藝，包括氯甲烷合成、單體合成裝置、單體分離、水裂解裝置、白炭黑裝置實現(xiàn)全流程的APC先進控制優(yōu)化，提升各裝置的自控率、平穩(wěn)率，使各裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“安全、穩(wěn)定、連續(xù)、自動、優(yōu)化”運行。

本項目實施裝置數(shù)量多、流程長、過程復(fù)雜，包含了反應(yīng)、精餾、裂解、聚合等化工過程。項目實施過程中，對全流程裝置約1000個DCS控制回路進行了PID參數(shù)優(yōu)化，復(fù)雜控制優(yōu)化，保證系統(tǒng)自動投用率達到95%以上、生產(chǎn)穩(wěn)定率達到95%以上。同時在控制優(yōu)化基礎(chǔ)上通過對各裝置反應(yīng)系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)實施多變量預(yù)測控制、智能控制、智能報警等先進控制優(yōu)化技術(shù)，最終實現(xiàn)各裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)、精準(zhǔn)控制，達到提高裝置產(chǎn)量，提高產(chǎn)品品質(zhì)，實現(xiàn)“卡邊”操作，降低裝置能耗的效果，并實現(xiàn)單體分離裝置的“黑屏操作”。

圖2 PID參數(shù)優(yōu)化效果

圖3 流化床溫度APC優(yōu)化效果

圖4 精餾塔APC優(yōu)化效果

【項目特點】

和利時基于多年在自動控制領(lǐng)域的研究和工程實踐積累，自主研發(fā)了先進控制軟件包-HiaAPC。整套軟件包括先進控制運行平臺、基于該平臺的PID自整定、多變量模型預(yù)測控制和軟測量軟件，以及控制性能監(jiān)控與評估軟件，涵蓋了從底層基礎(chǔ)設(shè)施到中間層控制應(yīng)用，再到上層性能監(jiān)控所有先進控制涉及的業(yè)務(wù)邏輯范圍，模塊齊全，功能強大，可針對不同用戶、不同工藝、不同裝置進行組合應(yīng)用，從而提高生產(chǎn)的控制水平，滿足用戶質(zhì)量和效益的要求。和利時HiaAPC具有以下技術(shù)特點：

多變量模型預(yù)測控制器：以整個生產(chǎn)裝置（或裝置單元）為對象，根據(jù)各操作變量與被控變量間的線性或非線性模型關(guān)系，利用先進控制方法對裝置實施多變量協(xié)調(diào)統(tǒng)一的控制，采用智能優(yōu)化控制技術(shù)與專家經(jīng)驗相結(jié)合；

數(shù)據(jù)通訊技術(shù)：先進控制系統(tǒng)通過專用的數(shù)據(jù)接口，與生產(chǎn)裝置進行實時、雙向數(shù)據(jù)交換，通過調(diào)整常規(guī)PID控制的給定值或閥位值實現(xiàn)優(yōu)化控制功能；

控制器優(yōu)化技術(shù)：利用輔助的過程變量增強不可測量的前饋擾動估算，根據(jù)過程條件對模型和參數(shù)進行在線調(diào)整；

模型辨識技術(shù)：采用先進的模型辨識技術(shù)，離線控制器設(shè)計分析工具；

計算機集成技術(shù)：包括數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、DCS監(jiān)控邏輯以及無擾動切換技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)；實現(xiàn)DCS與APC系統(tǒng)的切換且不會對裝置正常運行帶來任何干擾，確?，F(xiàn)場生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全；

人機界面：先進控制系統(tǒng)提供友好的操作界面和系統(tǒng)設(shè)計、組態(tài)、維護、管理、運行監(jiān)視和調(diào)整界面以及實用高效的操作員操作畫面；

智能控制：實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜控制優(yōu)化。

【應(yīng)用效果】

本項目為有機硅裝置全流程的優(yōu)化，實施裝置流程長、過程復(fù)雜，通過對各裝置控制回路的分析優(yōu)化，以及APC先進控制優(yōu)化的實施，最終在極大提高自動化程度的同時，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

最終實現(xiàn)了以下效果：

大幅提升裝置自控率及穩(wěn)定率，本項目通過優(yōu)化后裝置自控率達到100%、生產(chǎn)穩(wěn)定率達到100%；

大大改善生產(chǎn)過程動態(tài)控制性能，各控制指標(biāo)更加穩(wěn)定，本項目通過優(yōu)化后降低關(guān)鍵工藝參數(shù)波動標(biāo)準(zhǔn)偏差達30%；

通過卡邊操作，提高高價值產(chǎn)品收率、降低物料消耗，降低能源消耗、減少設(shè)備損耗、節(jié)約成本，本項目通過優(yōu)化后綜合能耗降低8%，提升裝置負荷2.9%；

實現(xiàn)各個操作單元關(guān)鍵指標(biāo)及時、有效、快速的超限預(yù)警；

實現(xiàn)裂解釜等間歇操作單元的一鍵操作；

實現(xiàn)分離裝置的“黑屏操作”。

實現(xiàn)針對APC工藝報警快速定位并提供相應(yīng)的異常處理預(yù)案，指導(dǎo)操作員進行事故處理，大幅度降低生產(chǎn)勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率；

圖5 操作提示

【項目意義】

在實施 APC 優(yōu)化之前，由于單體組分波動大等各種原因，有機硅生產(chǎn)裝置裝置的能耗一直較大，產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定，和利時實施項目組秉承“真誠地為用戶設(shè)想”的理念，從項目之初到項目驗收投運，克服重重困難，最終圓滿地完成了實施任務(wù)。山東東岳有機硅材料股份有限公司對和利時優(yōu)質(zhì)的軟件產(chǎn)品及精湛的技術(shù)服務(wù)表示肯定，并對后期的雙方合作提出了良好的展望。

和利時APC業(yè)務(wù)推廣至今，已完成大量具有行業(yè)標(biāo)志性項目，同時建立了高效的管理架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化實施流程，致力于為用戶提供先進過程控制全生命周期服務(wù)，為企業(yè)的“優(yōu)化生產(chǎn)、節(jié)能增效”保駕護航！