一、当前系统问题

目前的丁辛醇装置羰基合成反应器丙烯流量控制系统在实际生产中一直使用固定合成气流量，调节丙烯流量来调整反应器一氧化碳浓度。在正常操作时AR301/302通过比值控制器FY102与丙烯流量控制器FIC206进行串级控制，（其中FY102为原料丙烯、合成气流量的比值），由于系统滞后时间较长（15分钟左右），调节后的丙烯流量或偏大或偏小，导致一氧化碳浓度偏离给定值较大，（例如，AR301/302给定值为2.5，实际AR301/302值经常超过3.5或低于2.0），该串级系统无法正常投用，经常采用手动调节。实践表明,手动操作也不能很好的达到工艺要求,系统经常产生波动。受到干扰后长时间不能稳定下来，影响了反应器平稳运行和丁醛收率。

二、系统难控原因分析

一氧化碳浓度AR301/302是羰基合成反应装置比较重要的参数，几乎所有的羰基合成反应装置对这对参数的控制都存在一定的问题。这是因为羰基合成反应环节经常发生的干扰和较大的时滞，同时装置通道长，在线检测仪表时间滞后较大，更加大了这个系统的时滞。初步估计这一系统纯滞后时间为30分钟左右，而丙烯和合成气的反应过程是一个化学变化过程，这就决定了该系统时间常数T不会太大，从而使得

远大于1，实践证明对于>0.6的系统，PID调节器就已经不能很好的控制了。对于>1的系统PID控制算法就几乎无能为力了。

综合上述分析可见，丁辛醇装置羰基合成反应器丙烯流量之所以成为一个难控环节的原因有两点：一是装置特性的原因，即复杂的大时滞强干扰系统；二是DCS的所用的控制算法的原因，即在于使用的算法是PID控制算法，PID对于大时滞强干扰的环节的控制能力较差。

第一个原因是客观存在，工艺上不能做任何改变，所以要解决羰基合成反应器一氧化碳浓度的控制问题，只能从克服第二个原因，即要换一个较好的控制方法入手。

三、DCS中控制算法存在的问题

目前工业过程控制中应用的控制器，绝大多数是40年代形成的经典的PID调节器及其变种，这种控制器的设计思想是在线性思维框架中形成的，尽管在很多场合能够保证系统的稳定性，但是常常难以保证控制精度，参数适应性差，难以对付未知强非线性和强扰动的作用。60年代以后，以被控对象的数学模型为基础的现代理论（先进控制技术）得到很大发展，但是由于大量实际对象给不出合适的数学模型，所以现代控制理论在许多应用的场合遇到了困难。70年代以后出现的“自校正控制”、 “模糊控制”、 “预测控制”以及利用“神经网络”形成的控制、“智能控制”、 “专家系统”等方法，试图解决对模型依赖问题。但实质上仍没有摆脱模型框架的束缚，有时还要用到建模、系统辨识等手段，这些方法的一个重要缺欠是控制方法比较复杂，不能适应未知非线性变化，不能抑制不确定强干扰，通用性差，所以其应用范围仍受到很大限制。

DCS引进我国后的近三十年的实践，使人们逐渐发现，应用的结果与原来购置DCS的希望目标相差甚远。DCS的控制算法中,虽然包括所谓先进控制算法。但在炼油、化工、电力等行业，除一些简单装置外，用DCS实现先进控制的为数甚少。归结原因，就是因为先进控制的基础是装置基本环节的闭环稳定自动控制，这就要求装置应该实现闭环自动控制的环节都实现闭环。但是对于一些复杂的装置而言，就目前DCS的控制策略而言，是很难做到的。其原因在于，目前DCS的最基本的单元控制环节，仍然采用的是经典的PID控制算法。半个世纪的实践证明PID控制器是一个很好的控制器，它在系统控制中功劳卓著。但随着科学技术的发展，生产装置愈来愈大型化、复杂化，而且技术性能越来越高,因而出现了许多非线性、时变、大时滞、强耦合等环节,而且大的干扰还经常发生。对付这样的被控对象，PID调节器就显得无能为力了。然而，现代控制理论方法和经典PID都存在着许多优点，这些精华不应该被抛弃。所以设计一种兼有现代控制理论与经典PID理论的优点，又适应复杂系统优化控制要求的新型控制方法，就提到自动控制工作者的研究日程上来了。

实践和理论都证明了无模型控制方法就是一种这样的方法。

四、无模型控制方法的特点及功能

我们用无模型控制方法对丁辛醇装置羰基合成反应器丙烯流量控制系统进行了改造，取得了成功,之所以成功是因为无模型控制方法具有一系列的特点,它们是：

1、 它是建模与控制一体化的产物；即边控制边建模,再控制再建模,如此继续下去,即可使系统达到设定值并实现稳定；

2、 它是突破PID线性框架的一种非线性控制方法；

3、 它是由“功能组合”途径设计出来的以现场的需求为导向的控制器；

4、 它实现了结构自适应，所以适应能力强；

5、 它已把智能推理算法化，所以它不同于一般的智能控制方法。

无模型控制方法具有以下功能：

1、可以对时滞不超过半小时的大时滞系统实现稳定闭环控制。

2、可以对时变系统进行闭环稳定控制，而控制器的参数仅需少量改变或不需改变。

3、对于强耦合系统，不需解耦就可实现闭环稳定控制。

4、具有克服未知强干扰的能力。

五、技术方案

（一）控制方案

根据原DCS控制方案，羰基合成反应器出口一氧化碳浓度AR301/302与丙烯流量控制器FIC206形成串级控制，AR301/302做为主回路控制点，FIC206做为副回路控制点，把丙烯压力，反应器温度，反应器进料流量作为前馈值，通过无模型控制系统进行控制，把控制信号送给DCS，经DCS判断后作用到执行机构，控制丙烯进料的阀位开度。

   DCS反应器流程如下图所示：

使用无模型控制算法代替传统的PID算法，使丙烯流量调节阀及时地根据反应器要求的一氧化碳浓度进行串级控制，能够克服原控制系统的时间滞后现象，使羰基合成反应器运行平稳，提高丁醛收率。

对于冬天检测仪表AR301/302测量不准确的问题，可以考虑采用软仪表的方法，将采集的数据用采用的数据进行修正，保证测量数据的准确。

控制原理如下图：

丁辛醇装置羰基合成反应器丙烯流量无模型改造系统并没有改变原有的硬件设备，只是用无模型控制算法代替了原有DCS的PID控制算法，利用无模型控制算法克服大时滞、克服强干扰、克服时变等功能对控制回路进行控制，保证被控系统实现闭环稳定运行。

安全保障措施

为了保证系统安全平稳进行，在无模型控制器系统和DCS端同时采取相应的安全措施，确保系统万无一失。

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   利用DCS提供的功能，在DCS上组态切换功能和操作界面，当出现以下情况时，自动切回DCS自动控制或手动控制：

   （1）、生产出现异常情况，超出无模型控制系统的适应范围；

   （2）、DCS判断无模型控制系统计算错误；

   （3）、正常无模型控制系统向DCS传递的数据中，有一路看门狗信号，DCS用于判断无模型控制系统的死机、掉电等情况；

   （4）、任何情况下，操作人员可切换到手动或DCS控制状态。

   六、 无模型控制系统实际应用效果

   丁辛醇装置羰基合成反应器丙烯流量控制系统用无模型控制方法改造后，控制效果得到了明显的改善。系统实现了闭环稳定，改造前所定的目标是：保证羰基合成反应器一氧化碳浓度在给定值的±0.25vol范围内，同时保证年投用率达95％。现在应用的效果远远超过了这一目标，羰基合成反应器一氧化碳浓度经常在给定值的±0.15vol范围内运行。

   下面给出的是无模型控制方法投用前24小时和投用后24小时控制效果现场实际记录图：