专利名称：制备具有约束条件、尤其是预混合的多组分混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制多组分混合物，尤其是具有预混合死体积(dead volume)的混合物的制备的方法和系统。更具体地，本发明应用于在线(in line)自动调节多组分混合物(如，例如石油产品混合物)，其中所制备的混合物遵守一系列规范或者重要的参量。在这些应用中，混合物中包含的每种产物对最终获得的混合物的一系列特性或者参量产生作用。特别地，本发明应用于其中各种组分的特性或者参量未知或者在混合物的制备期间可能变化的混合物的制备。特别地，石油产品的混合物具有这些方面，但本发明的方法和系统可以应用于其它产品(例如，如水泥、油漆等等)的混合物。在所有情况下，目的是获得具有预先定义的状态或者预先定义的构成 (constitutional)参量的混合物。这些参量与要获得的混合物的理化特性相关。例如，在石油产品混合物的情况下，这些参量可以是混合物的含硫量、其辛烷值等等。对于水泥混合物，例如，参量将是石灰含量、硅石比、铝铁比等等。
背景技术：
现有技术中已知的方法和系统使得可以在线或者以闭环模式制备混合物，也就是说具有基于使用位于混合设备(混合器)下游的测量仪(在线分析器)实时地、连续地或者周期性地测量的信息的反馈。这些方法和系统通常应用至来自中间产物容器的组分流。典型的反馈程序使用目标设定值与测量值之间的偏差。这是输出返回反馈程序。另一种典型的反馈程序包含通过对它们增加项(term)来校正对混合物的特性或者参量的预测，所述项是对测量值与未被校正的预测之间的差别进行一阶滤波 (first-order filtering)的结果。这些典型的反馈程序具有应用在由混合器输出的混合物上而不是位于混合器上游的组分特性上的缺陷。所使用的调节通常考虑要被制备的混合物的质量上的约束条件，以及与组分进料通道(channel)相关的约束条件(例如，与液压约束条件相关的限制(诸如泵的大小)、所计算的比例上的齐性(homogeneity)约束条件，其和值在全部通道上必须等于1)。它们还允许总的混合物制备输出被控制。已知的系统和方法具有混合物的各种规范是通过混合物的存储容器中的混合物的综合(integrated)(体积平均或累积的)特性的函数来满足的缺点，所述存储容器直接位于混合器下游。这是因为通常在位于混合器出口以及用于混合物的存储容器的上游的瞬时混合物上测量混合物的特性，这些测量使得可以获得综合质量(从混合器出来或者进入容器的流)的估测，所述综合质量是混合物综合模式或者容器综合模式(随后将给出这些模式的定义)中进行调节的目标。尽管这些综合操作的方法和系统非常适合于传统混合区域(其具有组分容器，可能具有管道(flow-off)(也就是说在消耗它们时进料)，以及用于混合物的存储容器)，但它们不足以用于操作组分的直接连续的上游流，以及非必需地，在不经由存储容器进行传输的情况下已制备的混合物的直接连续的传输。这是因为所述方法和系统依赖于组分的质量，其可能变化，尤其在组分的连续上游流期间。
此外，在具有混合物的直接连续下游流的配置中，通过考虑存储容器中存在的混合物体积来校正由已知系统获得的混合物的组分比例。因而，在存储容器中给定体积的混合物的制备期间，混合物的特性容易发生很大变化，这在混合物的直接连续传输的情况中是不能被接受的。已知系统和方法的另一个缺陷是它们不能由最佳折衷解决方案来轻松地管理难以实施的情形。也就是说，当不能满足一个或更多个约束条件时，所获得的解决方案导致如下混合物其与所要求的规范之间的偏差不能被正确地控制。传统的反馈方法还不足以管理用于预混合上游组分的设备的同步，尤其是在串行和/或并行的多个预混合操作的情况中。这是因为这种预混合操作在特定组分的流动中产生延迟，所述特定组分需要使用大的制备边际(manufacturing margins)以满足存储容器中混合物的规范，但其导致不必要并且昂贵的过度质量(overquality)。此外，这种同步的缺乏可能导致冲击(振动)，导致控制部件的不适当应力，可能导致它们过早的磨损。最后，已知方法和系统通常独立地一方面调节组分比例并且另一方面调节添加剂的注入以便按照去耦的方式调整混合物的规范。这种调节独立性妨碍了昂贵的添加剂注入上的节省。已知方法和系统还通过考虑与液压限制相关(混合器的上游和下游中所选择的通道内的泵大小)并且还与经济限制相关(调度约束条件)的高和低限制约束条件来控制混合器的总的输出，特别是使输出最大化，从而缩短制备时间，同时在对所计算的配方的适用性进行主动约束的情况中自动降低速率。
发明内容
本发明的目的是提供控制混合物的制备的方法，以及相应的系统，以弥补这些缺陷。特别是，根据本发明的控制方法提供借助于动态观测器的多变量调节反馈程序， 用于实时地估测混合物的组分特性，足以保证反馈回路的效果。因而，尽管一方面组分特性中有大量的不确定性，并且另一方面对混合处理也只是部分了解，但混合物的期望特性得以保证。在此前申请(FR2901894)中，申请人详述了控制η种组分混合物M的制备的方法， 该方法使得可以确定混合物中包含的组分的比例u以便获得混合物的m多个预定特性y，其值介于预定的最小和最大阈值之间和/或，它们中的m’个(其中m’彡n-1)基本上等于预定目标值，所述方法包含下列步骤(i)在时刻 t = 0 时(1)确定表示η种组分的m多个特性y的矩阵B，(2)从预定的最小和最大阈值和/或从预定目标值确定基准配方 7 ,使得混合物的特性B U介于所述预定阈值之间和/或，它们中的m’个等于所述预定目标值，作为η维向量的斤表示混合物的组成中包含的各种组分的比例，其中:=1,(3)将配方 7应用至组分以制备混合物M ；(ii)在时刻 t，= t+At 时:(1)测量通过应用在前面时刻计算的配方而获得的混合物M的特性y_，(2)由此推导出表示组分特性的估测的已校正矩阵启，(3)按照如下方式确定新配方U:混合物的特性^ U位于所述预定阈值之间和/ 或，它们中的m’个等于所述预定目标值，(4)将该新配方u应用至组分；(iii)在时刻t”= t’ + At时，重复在前步骤(ii)的操作(1)至(4)；以及(iv)在混合物的制备期间始终重复步骤(iii)。因而，在开始时刻t = 0时，例如基于由组分的制造厂商提供的或者来自实验室测试的数据来确定矩阵Btl，随后在混合物被制备时逐步更新。应当注意的是可以在混合操作期间修改预定的最小和最大阈值，以及预定目标值。这种方法具有这样的优点，即更新组分特性的估测，从而使得可以考虑整个时间过程中它们特性上的变化以便保持混合物的所期望的规范。这种新方法使得可以找出 (factor out)因为测量误差、缺陷/污染、不完全均化或者容器的分层、或者各种组分随时间的变异性所引起的组分特性中的不准确度和不确定性。因而，这种方法可以有利地用在具有组分的直接上游连续流的设备中。然而，这种方法中要求的估测器具有一些显著的缺点，如，例如，需要估测有时与实际相差很远的组分特性。特别地，在不了解混合物组分的某些特定情况下，观察到收敛过程的速度降了下来，或者甚至根本观察不到收敛，从而导致所估测的特性在物理范围之外， 其为零或者甚至为负(其可能导致控制在与预期相反的方向上的变化)，其与实际完全不符。这类现象通常是偶尔发生且短暂的，但具有所制备的混合物质量差或者制备混合物的耗时比必要时间要长的后果，并且由此必须在精炼厂中再次制备它们以形成新的混合物， 其特性符合预期产物的规范。这在时间方面以及再制这些混合物的单元的可用性方面的代价很高。本发明的目的是通过一方面改进辅助诊断方式以及对特性估测的控制从而限制与混合物组分的实际质量的偏差、而另一方面提高混合物的制备速度和这种方法的稳健性来改进这种方法。首先，根据本发明的方法使得可以不只是提供保证新形成混合物的质量空间(即由所要求的混合物输出的规范区域来限定的空间)中的预测与测量之间的收敛的反馈回路，因而保证实际混合物的成功。其次，根据本发明的方法使得可以相对于在组分中剩余不确定性(可变特性、容器的均化较差等等)的情况下观察到的漂移来增加稳健性。这导致了某些困难的混合情况下的更好的收敛，或者更快的收敛，并且因此更短的混合物制备时间和制备更多产物的设备的更大可用性。因而，可以增加所制备的量或者提高混合物的制备灵活性。为此，申请人通过引入与限制、顺序关系和/或等式约束条件对应的至少一个约束条件的至少一个校正操作而在步骤(ii)中引入对矩阵g的校正。这些新的约束条件(其可能在基准配方的计算期间不能被定义 )是独立的并且脱离于一开始以所要制备的混合物为目的而定义的预定最小和最大阈值以及预定目标值。例如，可以或者以基料和组分上可用的最新实验室分析为基础或者以推理可知的、手动输入的或者针对给定混合器所配置的范围为基础来选择限制。可以结合外生要素(具有或不具有基本掺入倾向的目标)来有条件地定义顺序关系。可以或者不可以逐个特性地为给定混合物定义并且由此添加这些约束条件(因为约束条件的分配可以是灵活的并且与正被讨论的混合物相关，就设置正被讨论的混合器的配置而言其通常将不会是固定的)。因而，可以通过指定最小和最大含硫量或者所有基料的限制或者顺序关系或者依赖于它们的含硫量的基料之间的等式来定义含硫量的约束条件；这使得可以固定相对于一种或更多种其它基料来使用基料的优先顺序以得到其规范必须被满足的混合物。这些限制、等式和/或顺序关系约束条件在特定测量或者所要制备的混合物的一种或更多种基料的等价或优先选择的整个时间过程中系统地作用于所有的基料。通过引入这些新的约束条件，所估测的特性可以用来作为组分质量上的变化的指示(独立于与其相关联的配方的计算以控制混合)。所估测的组分特性可以用作独立于混合器的控制的诊断信息，并且使得可以增进对所使用的组分的了解(质量可疑的组分的检测等等)。有利地，通过已制备混合物上的连续测量程序的方式测量步骤(ii)的操作(1)期间所测量的混合物特性y_。术语“连续测量程序”被理解为指在其性质允许时连续执行的测量，或者移开一连串样品并在这些样品上所做的测量。这些在混合物刚形成时的混合物上的瞬时测量使得可以将该方法用于以连续的方式直接传输混合物的设备。接着，该方法处于瞬时模式。根据本发明的方法具有这样的优点，即其能够以综合模式操作，接着测量能够在用于保存混合物的容器中累积或者体积平均。其还可能在混合物制备期间从综合模式切换至瞬时模式(或者相反)。例如，该切换还可以由操作员手动地执行，从而在混合期间更改所需的调节模式。该切换还可以依次自动执行，例如在混合结束时，当达到流动体积时，并且还可以考虑要被制备的剩余体积。这种配置特别地用于保证通过输油管道的直接传输，或者在混合器与用于存储最终产品的容器之间有大量在线体积的情况下保证生产线上全部残留产品的质量，所述用于存储最终产品的容器位于远程存储区域中。有利地，在混合物制备期间的预定时刻，测量组分的一个或更多个特性并且更新表示组分特性的矩阵为。因而，可以通过测量组分的一个或更多个特性来更新，而不需要重新设置该方法。这使得可以改进该组分的一个或更多个特性的估测。更新的速率可以针对每个组分逐个特性地可调节。根据本发明，可以通过引入与限制、顺序关系和/或至少一个特性上的等式约束条件对应的至少一个约束条件的至少一个校正操作来校正矩阵为。该校正操作存在于对为B。的^的初始值的修改中，对应于如下等式(1)
权利要求
1. 一种控制η种组分混合物M的制备的方法，包含在时刻t = 0时，基于具有与如下等式(1)对应的初始值Btl的矩阵 中集合的η种组分的特性而估测基准配方 的步骤(i)
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了校正矩阵 ,通过将等式(1)替换为与新的适应规则对应的等式和/或通过添加附加项S来修改&的初始值，即，B”
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将初始等式(1)替换为包含对等式 (1)的附加函数的添加的等式来修改矩阵 ,即
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将初始等式(1)替换为与根据如下等式的适应规则对应的等式来修改矩阵B
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将初始等式(1)替换为与根据如下等式的适应规则对应的等式来修改矩阵B
6.如在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过向等式(1)、(1.1)、(1.2) 和(1.3)中的至少一个添加附加项δ来修改矩阵:B，并且对应于如下计算
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，或者通过直接代数计算或者通过约束条件下的顺序优化方案来定义向量S。
8.如在前权利要求中任一项所述的方法，其中通过对已制备混合物的连续测量程序来测量步骤(ii)的期间所测量的混合物特性ymes。
9.如权利要求1至8中任一项所述的控制方法，其特征在于，混合物的制备之前当存在涉及至少两种组分的至少一个预混合操作时，修改步骤(ii)的操作(3)期间确定的变量u 以考虑由于预混合区域的设备中的死体积所导致的延迟。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，通过在步骤(ii)期间校正矩阵 ,将用于实现根据等式(1. 1)、(1. 2)、(1. 3)和(1. 4)中的一个的适应规则的变量u替换为变量 u，其中u(t) = (u1(t)，...υn(t))t在时刻t，配方向量考虑死体积。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的控制方法，其特征在于，通过包含系列步骤的优化方法来获得在步骤(ii)结束时所确定的配方u，在此期间寻求与优先约束条件的最小数量有关的最小问题的解，如果关于所有约束条件的全部问题是难以实施的，则在每一步骤增加所考虑的优先约束条件的数量，直到获得表示最大数量的优先约束条件的配方U。
12.如在前权利要求1至11中任一项所述的控制方法，用于制备η种组分和添加剂的混合物的设备，其特征在于，对于添加剂对其有影响的混合物特性j，控制模式根据如下公式考虑在步骤(ii)的操作⑵和⑶期间添加添加剂的作用d yi=BjU + d。
13.一种制备和控制多组分混合物的系统，包含用于传输要被混合的组分(1，2，3)至主通道(7)的传输通道0，5，6)，所述主通道(7)连接至接收混合物的场所(9)；用于控制每个传输通道中组分的流速的装置(10)；用于在主通道中连续测量正被制备的混合物的代表性参量的装置(11)；以及用于计算混合物中包含的各种组分的比例的装置(1 ；连接至计算装置的估测装置(13)，所述估测装置包含通过使用由测量装置(11)所测量的混合物特性的测量值来产生组分特性的估测的程序化装置，所述计算装置包含通过该估测的方式计算混合物中包含的各种组分的比例的程序化装置，从而获得具有预定特性的混合物， 该系统的特征在于，估测装置(13)包含程序化装置，所述程序化装置用于引入与至少一个特性上的限制、顺序关系和/或等式约束条件对应的至少一个约束条件以校正如权利要求 1至12中任一项所述的方法的步骤(ii)的矩阵B。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，估测装置(13)包括程序化同步装置，所述程序化同步装置考虑预混合的区域中的死体积所导致的延迟，所述同步装置被编程以执行所述方法的步骤(ii)的操作⑶的等式⑵^！二水！！！；⑴化⑴-丫广⑶，其中…⑴=dt(U1U),... ,un(t))tO
15.如权利要求13或14所述的系统，其特征在于，其包括连接至计算装置(12)和混合物目标存储装置(1 的优化器(14)，所述优化器包括用于优化组分比例的配方u的程序化装置，并且所述配方由计算装置(1 根据与存储在所述存储装置(1 中的混合物目标来确定。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，其包括经由传输通道(17)连接至主传输通道(7)的至少一个添加剂容器(16)；位于混合组分(1，2，3)的区域的下游，用于控制与容器(16)相关联的在传输通道(17)中提供的添加剂流速的装置(10)；以及连接至所述控制装置(10)、优化器(14)和混合物目标存储装置(1 的添加剂注入控制器(18)，所述添加剂注入控制器(18)能够考虑混合物目标存储装置所提供的目标，针对添加剂对其有影响的混合物特性j优化添加剂的比例，从而调节混合物的所述相应特性j。
全文摘要
本发明涉及控制多组分混合物，特别是具有预混合死体积的混合物的制备的方法和设备。通过引入限制、顺序关系和等式约束条件来校正用于计算配制计算中使用的混合组分的矩阵，通过执行该方法避免了某些特定情况下观察到的偏移并且一方面改进诊断辅助以及对特性估测的控制从而限制混合物组分的实际质量的偏差而另一方面提高混合物的制备速度和这种方法的稳健性。根据本发明的方法和设备通过允许对混合物的组分特性进行实时估测的动态观察器来允许多变量反馈控制，所述估测足以保证反馈回路的效果。
文档编号G05D11/13GK102160011SQ200980136303
公开日2011年8月17日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年8月4日
发明者M·切布鲁, N·泊蒂, Y·克里夫 申请人:道达尔炼油与销售部