專利名稱：制備具有約束條件、尤其是預(yù)混合的多組分混合物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制多組分混合物，尤其是具有預(yù)混合死體積(dead volume)的混合物的制備的方法和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明應(yīng)用于在線(in line)自動(dòng)調(diào)節(jié)多組分混合物(如，例如石油產(chǎn)品混合物)，其中所制備的混合物遵守一系列規(guī)范或者重要的參量。在這些應(yīng)用中，混合物中包含的每種產(chǎn)物對最終獲得的混合物的一系列特性或者參量產(chǎn)生作用。特別地，本發(fā)明應(yīng)用于其中各種組分的特性或者參量未知或者在混合物的制備期間可能變化的混合物的制備。特別地，石油產(chǎn)品的混合物具有這些方面，但本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用于其它產(chǎn)品(例如，如水泥、油漆等等)的混合物。在所有情況下，目的是獲得具有預(yù)先定義的狀態(tài)或者預(yù)先定義的構(gòu)成 (constitutional)參量的混合物。這些參量與要獲得的混合物的理化特性相關(guān)。例如，在石油產(chǎn)品混合物的情況下，這些參量可以是混合物的含硫量、其辛烷值等等。對于水泥混合物，例如，參量將是石灰含量、硅石比、鋁鐵比等等。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法和系統(tǒng)使得可以在線或者以閉環(huán)模式制備混合物，也就是說具有基于使用位于混合設(shè)備(混合器)下游的測量儀(在線分析器)實(shí)時(shí)地、連續(xù)地或者周期性地測量的信息的反饋。這些方法和系統(tǒng)通常應(yīng)用至來自中間產(chǎn)物容器的組分流。典型的反饋程序使用目標(biāo)設(shè)定值與測量值之間的偏差。這是輸出返回反饋程序。另一種典型的反饋程序包含通過對它們增加項(xiàng)(term)來校正對混合物的特性或者參量的預(yù)測，所述項(xiàng)是對測量值與未被校正的預(yù)測之間的差別進(jìn)行一階濾波 (first-order filtering)的結(jié)果。這些典型的反饋程序具有應(yīng)用在由混合器輸出的混合物上而不是位于混合器上游的組分特性上的缺陷。所使用的調(diào)節(jié)通常考慮要被制備的混合物的質(zhì)量上的約束條件，以及與組分進(jìn)料通道(channel)相關(guān)的約束條件(例如，與液壓約束條件相關(guān)的限制(諸如泵的大小)、所計(jì)算的比例上的齊性(homogeneity)約束條件，其和值在全部通道上必須等于1)。它們還允許總的混合物制備輸出被控制。已知的系統(tǒng)和方法具有混合物的各種規(guī)范是通過混合物的存儲(chǔ)容器中的混合物的綜合(integrated)(體積平均或累積的)特性的函數(shù)來滿足的缺點(diǎn)，所述存儲(chǔ)容器直接位于混合器下游。這是因?yàn)橥ǔＴ谖挥诨旌掀鞒隹谝约坝糜诨旌衔锏拇鎯?chǔ)容器的上游的瞬時(shí)混合物上測量混合物的特性，這些測量使得可以獲得綜合質(zhì)量(從混合器出來或者進(jìn)入容器的流)的估測，所述綜合質(zhì)量是混合物綜合模式或者容器綜合模式(隨后將給出這些模式的定義)中進(jìn)行調(diào)節(jié)的目標(biāo)。盡管這些綜合操作的方法和系統(tǒng)非常適合于傳統(tǒng)混合區(qū)域(其具有組分容器，可能具有管道(flow-off)(也就是說在消耗它們時(shí)進(jìn)料)，以及用于混合物的存儲(chǔ)容器)，但它們不足以用于操作組分的直接連續(xù)的上游流，以及非必需地，在不經(jīng)由存儲(chǔ)容器進(jìn)行傳輸?shù)那闆r下已制備的混合物的直接連續(xù)的傳輸。這是因?yàn)樗龇椒ê拖到y(tǒng)依賴于組分的質(zhì)量，其可能變化，尤其在組分的連續(xù)上游流期間。

此外，在具有混合物的直接連續(xù)下游流的配置中，通過考慮存儲(chǔ)容器中存在的混合物體積來校正由已知系統(tǒng)獲得的混合物的組分比例。因而，在存儲(chǔ)容器中給定體積的混合物的制備期間，混合物的特性容易發(fā)生很大變化，這在混合物的直接連續(xù)傳輸?shù)那闆r中是不能被接受的。已知系統(tǒng)和方法的另一個(gè)缺陷是它們不能由最佳折衷解決方案來輕松地管理難以實(shí)施的情形。也就是說，當(dāng)不能滿足一個(gè)或更多個(gè)約束條件時(shí)，所獲得的解決方案導(dǎo)致如下混合物其與所要求的規(guī)范之間的偏差不能被正確地控制。傳統(tǒng)的反饋方法還不足以管理用于預(yù)混合上游組分的設(shè)備的同步，尤其是在串行和/或并行的多個(gè)預(yù)混合操作的情況中。這是因?yàn)檫@種預(yù)混合操作在特定組分的流動(dòng)中產(chǎn)生延遲，所述特定組分需要使用大的制備邊際(manufacturing margins)以滿足存儲(chǔ)容器中混合物的規(guī)范，但其導(dǎo)致不必要并且昂貴的過度質(zhì)量(overquality)。此外，這種同步的缺乏可能導(dǎo)致沖擊(振動(dòng))，導(dǎo)致控制部件的不適當(dāng)應(yīng)力，可能導(dǎo)致它們過早的磨損。最后，已知方法和系統(tǒng)通常獨(dú)立地一方面調(diào)節(jié)組分比例并且另一方面調(diào)節(jié)添加劑的注入以便按照去耦的方式調(diào)整混合物的規(guī)范。這種調(diào)節(jié)獨(dú)立性妨礙了昂貴的添加劑注入上的節(jié)省。已知方法和系統(tǒng)還通過考慮與液壓限制相關(guān)(混合器的上游和下游中所選擇的通道內(nèi)的泵大小)并且還與經(jīng)濟(jì)限制相關(guān)(調(diào)度約束條件)的高和低限制約束條件來控制混合器的總的輸出，特別是使輸出最大化，從而縮短制備時(shí)間，同時(shí)在對所計(jì)算的配方的適用性進(jìn)行主動(dòng)約束的情況中自動(dòng)降低速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供控制混合物的制備的方法，以及相應(yīng)的系統(tǒng)，以彌補(bǔ)這些缺陷。特別是，根據(jù)本發(fā)明的控制方法提供借助于動(dòng)態(tài)觀測器的多變量調(diào)節(jié)反饋程序， 用于實(shí)時(shí)地估測混合物的組分特性，足以保證反饋回路的效果。因而，盡管一方面組分特性中有大量的不確定性，并且另一方面對混合處理也只是部分了解，但混合物的期望特性得以保證。在此前申請(FR2901894)中，申請人詳述了控制η種組分混合物M的制備的方法， 該方法使得可以確定混合物中包含的組分的比例u以便獲得混合物的m多個(gè)預(yù)定特性y，其值介于預(yù)定的最小和最大閾值之間和/或，它們中的m’個(gè)(其中m’彡n-1)基本上等于預(yù)定目標(biāo)值，所述方法包含下列步驟(i)在時(shí)刻 t = 0 時(shí)(1)確定表示η種組分的m多個(gè)特性y的矩陣B，(2)從預(yù)定的最小和最大閾值和/或從預(yù)定目標(biāo)值確定基準(zhǔn)配方 7 ,使得混合物的特性B U介于所述預(yù)定閾值之間和/或，它們中的m’個(gè)等于所述預(yù)定目標(biāo)值，作為η維向量的斤表示混合物的組成中包含的各種組分的比例，其中:=1,(3)將配方 7應(yīng)用至組分以制備混合物M ；(ii)在時(shí)刻 t，= t+At 時(shí):(1)測量通過應(yīng)用在前面時(shí)刻計(jì)算的配方而獲得的混合物M的特性y_，(2)由此推導(dǎo)出表示組分特性的估測的已校正矩陣啟，(3)按照如下方式確定新配方U:混合物的特性^ U位于所述預(yù)定閾值之間和/ 或，它們中的m’個(gè)等于所述預(yù)定目標(biāo)值，(4)將該新配方u應(yīng)用至組分；(iii)在時(shí)刻t”= t’ + At時(shí)，重復(fù)在前步驟(ii)的操作(1)至(4)；以及(iv)在混合物的制備期間始終重復(fù)步驟(iii)。因而，在開始時(shí)刻t = 0時(shí)，例如基于由組分的制造廠商提供的或者來自實(shí)驗(yàn)室測試的數(shù)據(jù)來確定矩陣Btl，隨后在混合物被制備時(shí)逐步更新。應(yīng)當(dāng)注意的是可以在混合操作期間修改預(yù)定的最小和最大閾值，以及預(yù)定目標(biāo)值。這種方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即更新組分特性的估測，從而使得可以考慮整個(gè)時(shí)間過程中它們特性上的變化以便保持混合物的所期望的規(guī)范。這種新方法使得可以找出 (factor out)因?yàn)闇y量誤差、缺陷/污染、不完全均化或者容器的分層、或者各種組分隨時(shí)間的變異性所引起的組分特性中的不準(zhǔn)確度和不確定性。因而，這種方法可以有利地用在具有組分的直接上游連續(xù)流的設(shè)備中。然而，這種方法中要求的估測器具有一些顯著的缺點(diǎn)，如，例如，需要估測有時(shí)與實(shí)際相差很遠(yuǎn)的組分特性。特別地，在不了解混合物組分的某些特定情況下，觀察到收斂過程的速度降了下來，或者甚至根本觀察不到收斂，從而導(dǎo)致所估測的特性在物理范圍之外， 其為零或者甚至為負(fù)(其可能導(dǎo)致控制在與預(yù)期相反的方向上的變化)，其與實(shí)際完全不符。這類現(xiàn)象通常是偶爾發(fā)生且短暫的，但具有所制備的混合物質(zhì)量差或者制備混合物的耗時(shí)比必要時(shí)間要長的后果，并且由此必須在精煉廠中再次制備它們以形成新的混合物， 其特性符合預(yù)期產(chǎn)物的規(guī)范。這在時(shí)間方面以及再制這些混合物的單元的可用性方面的代價(jià)很高。本發(fā)明的目的是通過一方面改進(jìn)輔助診斷方式以及對特性估測的控制從而限制與混合物組分的實(shí)際質(zhì)量的偏差、而另一方面提高混合物的制備速度和這種方法的穩(wěn)健性來改進(jìn)這種方法。首先，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可以不只是提供保證新形成混合物的質(zhì)量空間(即由所要求的混合物輸出的規(guī)范區(qū)域來限定的空間)中的預(yù)測與測量之間的收斂的反饋回路，因而保證實(shí)際混合物的成功。其次，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可以相對于在組分中剩余不確定性(可變特性、容器的均化較差等等)的情況下觀察到的漂移來增加穩(wěn)健性。這導(dǎo)致了某些困難的混合情況下的更好的收斂，或者更快的收斂，并且因此更短的混合物制備時(shí)間和制備更多產(chǎn)物的設(shè)備的更大可用性。因而，可以增加所制備的量或者提高混合物的制備靈活性。為此，申請人通過引入與限制、順序關(guān)系和/或等式約束條件對應(yīng)的至少一個(gè)約束條件的至少一個(gè)校正操作而在步驟(ii)中引入對矩陣g的校正。這些新的約束條件(其可能在基準(zhǔn)配方的計(jì)算期間不能被定義 )是獨(dú)立的并且脫離于一開始以所要制備的混合物為目的而定義的預(yù)定最小和最大閾值以及預(yù)定目標(biāo)值。例如，可以或者以基料和組分上可用的最新實(shí)驗(yàn)室分析為基礎(chǔ)或者以推理可知的、手動(dòng)輸入的或者針對給定混合器所配置的范圍為基礎(chǔ)來選擇限制?？梢越Y(jié)合外生要素(具有或不具有基本摻入傾向的目標(biāo))來有條件地定義順序關(guān)系?？梢曰蛘卟豢梢灾饌€(gè)特性地為給定混合物定義并且由此添加這些約束條件(因?yàn)榧s束條件的分配可以是靈活的并且與正被討論的混合物相關(guān)，就設(shè)置正被討論的混合器的配置而言其通常將不會(huì)是固定的)。因而，可以通過指定最小和最大含硫量或者所有基料的限制或者順序關(guān)系或者依賴于它們的含硫量的基料之間的等式來定義含硫量的約束條件；這使得可以固定相對于一種或更多種其它基料來使用基料的優(yōu)先順序以得到其規(guī)范必須被滿足的混合物。這些限制、等式和/或順序關(guān)系約束條件在特定測量或者所要制備的混合物的一種或更多種基料的等價(jià)或優(yōu)先選擇的整個(gè)時(shí)間過程中系統(tǒng)地作用于所有的基料。通過引入這些新的約束條件，所估測的特性可以用來作為組分質(zhì)量上的變化的指示(獨(dú)立于與其相關(guān)聯(lián)的配方的計(jì)算以控制混合)。所估測的組分特性可以用作獨(dú)立于混合器的控制的診斷信息，并且使得可以增進(jìn)對所使用的組分的了解(質(zhì)量可疑的組分的檢測等等)。有利地，通過已制備混合物上的連續(xù)測量程序的方式測量步驟(ii)的操作(1)期間所測量的混合物特性y_。術(shù)語“連續(xù)測量程序”被理解為指在其性質(zhì)允許時(shí)連續(xù)執(zhí)行的測量，或者移開一連串樣品并在這些樣品上所做的測量。這些在混合物剛形成時(shí)的混合物上的瞬時(shí)測量使得可以將該方法用于以連續(xù)的方式直接傳輸混合物的設(shè)備。接著，該方法處于瞬時(shí)模式。根據(jù)本發(fā)明的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即其能夠以綜合模式操作，接著測量能夠在用于保存混合物的容器中累積或者體積平均。其還可能在混合物制備期間從綜合模式切換至瞬時(shí)模式(或者相反)。例如，該切換還可以由操作員手動(dòng)地執(zhí)行，從而在混合期間更改所需的調(diào)節(jié)模式。該切換還可以依次自動(dòng)執(zhí)行，例如在混合結(jié)束時(shí)，當(dāng)達(dá)到流動(dòng)體積時(shí)，并且還可以考慮要被制備的剩余體積。這種配置特別地用于保證通過輸油管道的直接傳輸，或者在混合器與用于存儲(chǔ)最終產(chǎn)品的容器之間有大量在線體積的情況下保證生產(chǎn)線上全部殘留產(chǎn)品的質(zhì)量，所述用于存儲(chǔ)最終產(chǎn)品的容器位于遠(yuǎn)程存儲(chǔ)區(qū)域中。有利地，在混合物制備期間的預(yù)定時(shí)刻，測量組分的一個(gè)或更多個(gè)特性并且更新表示組分特性的矩陣為。因而，可以通過測量組分的一個(gè)或更多個(gè)特性來更新，而不需要重新設(shè)置該方法。這使得可以改進(jìn)該組分的一個(gè)或更多個(gè)特性的估測。更新的速率可以針對每個(gè)組分逐個(gè)特性地可調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明，可以通過引入與限制、順序關(guān)系和/或至少一個(gè)特性上的等式約束條件對應(yīng)的至少一個(gè)約束條件的至少一個(gè)校正操作來校正矩陣為。該校正操作存在于對為B。的^的初始值的修改中，對應(yīng)于如下等式(1)
權(quán)利要求
1. 一種控制η種組分混合物M的制備的方法，包含在時(shí)刻t = 0時(shí)，基于具有與如下等式(1)對應(yīng)的初始值Btl的矩陣 中集合的η種組分的特性而估測基準(zhǔn)配方 的步驟(i)
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了校正矩陣 ,通過將等式(1)替換為與新的適應(yīng)規(guī)則對應(yīng)的等式和/或通過添加附加項(xiàng)S來修改&的初始值，即，B”
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過將初始等式(1)替換為包含對等式 (1)的附加函數(shù)的添加的等式來修改矩陣 ,即
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過將初始等式(1)替換為與根據(jù)如下等式的適應(yīng)規(guī)則對應(yīng)的等式來修改矩陣B
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過將初始等式(1)替換為與根據(jù)如下等式的適應(yīng)規(guī)則對應(yīng)的等式來修改矩陣B
6.如在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過向等式(1)、(1.1)、(1.2) 和(1.3)中的至少一個(gè)添加附加項(xiàng)δ來修改矩陣:B，并且對應(yīng)于如下計(jì)算
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，或者通過直接代數(shù)計(jì)算或者通過約束條件下的順序優(yōu)化方案來定義向量S。
8.如在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過對已制備混合物的連續(xù)測量程序來測量步驟(ii)的期間所測量的混合物特性ymes。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，混合物的制備之前當(dāng)存在涉及至少兩種組分的至少一個(gè)預(yù)混合操作時(shí)，修改步驟(ii)的操作(3)期間確定的變量u 以考慮由于預(yù)混合區(qū)域的設(shè)備中的死體積所導(dǎo)致的延遲。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，通過在步驟(ii)期間校正矩陣 ,將用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)等式(1. 1)、(1. 2)、(1. 3)和(1. 4)中的一個(gè)的適應(yīng)規(guī)則的變量u替換為變量 u，其中u(t) = (u1(t)，...υn(t))t在時(shí)刻t，配方向量考慮死體積。
11.如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，通過包含系列步驟的優(yōu)化方法來獲得在步驟(ii)結(jié)束時(shí)所確定的配方u，在此期間尋求與優(yōu)先約束條件的最小數(shù)量有關(guān)的最小問題的解，如果關(guān)于所有約束條件的全部問題是難以實(shí)施的，則在每一步驟增加所考慮的優(yōu)先約束條件的數(shù)量，直到獲得表示最大數(shù)量的優(yōu)先約束條件的配方U。
12.如在前權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的控制方法，用于制備η種組分和添加劑的混合物的設(shè)備，其特征在于，對于添加劑對其有影響的混合物特性j，控制模式根據(jù)如下公式考慮在步驟(ii)的操作⑵和⑶期間添加添加劑的作用d yi=BjU + d。
13.一種制備和控制多組分混合物的系統(tǒng)，包含用于傳輸要被混合的組分(1，2，3)至主通道(7)的傳輸通道0，5，6)，所述主通道(7)連接至接收混合物的場所(9)；用于控制每個(gè)傳輸通道中組分的流速的裝置(10)；用于在主通道中連續(xù)測量正被制備的混合物的代表性參量的裝置(11)；以及用于計(jì)算混合物中包含的各種組分的比例的裝置(1 ；連接至計(jì)算裝置的估測裝置(13)，所述估測裝置包含通過使用由測量裝置(11)所測量的混合物特性的測量值來產(chǎn)生組分特性的估測的程序化裝置，所述計(jì)算裝置包含通過該估測的方式計(jì)算混合物中包含的各種組分的比例的程序化裝置，從而獲得具有預(yù)定特性的混合物， 該系統(tǒng)的特征在于，估測裝置(13)包含程序化裝置，所述程序化裝置用于引入與至少一個(gè)特性上的限制、順序關(guān)系和/或等式約束條件對應(yīng)的至少一個(gè)約束條件以校正如權(quán)利要求 1至12中任一項(xiàng)所述的方法的步驟(ii)的矩陣B。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，估測裝置(13)包括程序化同步裝置，所述程序化同步裝置考慮預(yù)混合的區(qū)域中的死體積所導(dǎo)致的延遲，所述同步裝置被編程以執(zhí)行所述方法的步驟(ii)的操作⑶的等式⑵^！二水！?。。虎呕?丫廣⑶，其中…⑴=dt(U1U),... ,un(t))tO
15.如權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括連接至計(jì)算裝置(12)和混合物目標(biāo)存儲(chǔ)裝置(1 的優(yōu)化器(14)，所述優(yōu)化器包括用于優(yōu)化組分比例的配方u的程序化裝置，并且所述配方由計(jì)算裝置(1 根據(jù)與存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)裝置(1 中的混合物目標(biāo)來確定。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括經(jīng)由傳輸通道(17)連接至主傳輸通道(7)的至少一個(gè)添加劑容器(16)；位于混合組分(1，2，3)的區(qū)域的下游，用于控制與容器(16)相關(guān)聯(lián)的在傳輸通道(17)中提供的添加劑流速的裝置(10)；以及連接至所述控制裝置(10)、優(yōu)化器(14)和混合物目標(biāo)存儲(chǔ)裝置(1 的添加劑注入控制器(18)，所述添加劑注入控制器(18)能夠考慮混合物目標(biāo)存儲(chǔ)裝置所提供的目標(biāo)，針對添加劑對其有影響的混合物特性j優(yōu)化添加劑的比例，從而調(diào)節(jié)混合物的所述相應(yīng)特性j。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制多組分混合物，特別是具有預(yù)混合死體積的混合物的制備的方法和設(shè)備。通過引入限制、順序關(guān)系和等式約束條件來校正用于計(jì)算配制計(jì)算中使用的混合組分的矩陣，通過執(zhí)行該方法避免了某些特定情況下觀察到的偏移并且一方面改進(jìn)診斷輔助以及對特性估測的控制從而限制混合物組分的實(shí)際質(zhì)量的偏差而另一方面提高混合物的制備速度和這種方法的穩(wěn)健性。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備通過允許對混合物的組分特性進(jìn)行實(shí)時(shí)估測的動(dòng)態(tài)觀察器來允許多變量反饋控制，所述估測足以保證反饋回路的效果。
文檔編號(hào)G05D11/13GK102160011SQ200980136303
公開日2011年8月17日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者M·切布魯, N·泊蒂, Y·克里夫 申請人:道達(dá)爾煉油與銷售部