[发明专利]先进过程控制和实时优化的基于经济的协调

说明书

技术领域

使用经济目标函数的制造过程控制。

背景技术

制造过程的一个目标是把原材料转变为期望的产品，其间存在着不断变化的外部影响，比如气温、水温等，以及需求，比如产品规格、操作约束以及安全和环境规章。使用先进过程控制（APC）和实时优化（RTO）的首要动机是在使利润在存在约束的情况下最大化的区域中调整系统运行。

在当前的实践中，使用RTO模块与APC模块之间的远程设定点/目标传递框架追求这个动机。RTO模块与APC模块之间的这个远程设定点传递策略本质上是把主要经济目标转化为过程控制目标。例如，在常规的过程自动化方案中，RTO模块试图通过传达一组过程控制变量（如全部过程控制变量或过程控制变量的子集）的目标来驱动APC模块到最经济的运行点。确切地说，RTO模块一般包含要被控制的过程的经济和约束的严格、非线性稳定状态模型。当过程处于稳定状态（即一组已定义变量在变化的规定容差内的状态）时，RTO模块使用这个模型计算经济上最优运行点，并以特定过程控制变量的形式传达给APC模块。以比RTO模块高得多的频率执行的APC模块试图动态地驱动这些过程变量趋向其各自的目标，同时遵守全部约束。APC模块继续驱动这些过程变量趋向其各自的目标，直到从RTO系统收到新的目标。

如上所述，在协调RTO模块与APC模块之间的操作的常规方式中，由RTO模块向APC模块传递的目标表示RTO模块提取过程、约束和经济数据时的受约束的最佳经济效果。这种受约束的最佳经济效果表示根据操作员、工程师或其他人对过程中多种先进过程控制变量施加的约束的最优化。不过，APC模块不了解无约束的最佳经济效果，它表示不考虑约束的最优化。

图1a展示了与制造过程有关的过程控制变量TG1和TG2的图100中无约束最佳经济效果102和受约束最佳经济效果104。等值线103中的每个圈都表示RTO模块所用的经济目标函数的常数值。等值线105表示离受约束最佳经济效果104距离最小的APC目标函数，其中距离被度量为变量值与其目标之间差异平方的加权和。例如，TG1可以与石化厂中可能采用的生产过程中某过程流的流速有关，而TG2可以与流的温度有关。图100表示的制造过程受控于现有技术的过程控制和优化系统，它包括RTO模块和APC模块，协同作用以驱动制造过程趋向遵守全部约束的最佳经济效果。约束106限制了过程控制变量TG1的可行值。RTO模块坚持约束106，将确定制造过程的受约束最佳经济效果104，它由TG1和TG2中每一个的特定值组成。例如，在以上介绍的情况下，TG1表示在执行制造过程的反应容器的入口处某物质的送料流速，约束106可以由制造过程的操作员设定为每秒十立方米的最大值。因此，根据约束106，RTO模块将向APC模块发送小于或等于每秒十立方米的TG1的目标以及TG2的目标。例如，RTO模块可以向APC模块发送每秒十立方米的TG1目标以及120摄氏度的TG2目标。这些目标表示受约束最佳经济效果104，制造过程在此利润最高同时坚持全部约束（即约束106）。APC模块又驱动送料流速TG1趋向每秒十立方米而温度TG2趋向120摄氏度。尽管存在着对制造过程提供更大利润（如无约束最佳经济效果102）的TG1和TG2值，但是这些TG1和TG2值不遵守约束106。因此，调整制造过程趋向受约束最佳经济效果104是理想的同时约束106保持在图100中同一位置。

发生了使受约束最佳经济效果104移动的扰动后，RTO模块对TG1和TG2设定的目标不再是最优的。例如，可能发生改变约束106的扰动，使得对TG1提供了更多的“空间”。例如，操作员可能把约束106改变为每秒十二立方米。

图1b展示了发生以上介绍的扰动后的图100。无约束最佳经济效果102保持在与之前同一位置而根据此扰动已经产生了新的受约束最佳经济效果108。新的受约束最佳经济效果108比受约束最佳经济效果104更接近无约束最佳经济效果102，因为约束106的变化允许新的受约束最佳经济效果108利用TG1的更大空间。受制于传统的设定点过程控制系统，在RTO提交新的受约束最佳经济效果108对应的新的设定点目标前，APC模块可能不知晓新的受约束最佳经济效果108。

作为替代，可能发生改变约束106的扰动，使得对TG1提供了更少的“空间”，使RTO模块对TG1和TG2设定的目标不再是可行的。例如，操作员可能把约束106改变为每秒八立方米。