石油化工生產(chǎn)過程的操作控制必須符合石油化工生產(chǎn)過程的特點，主要是：大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)、多變量關(guān)聯(lián)、有不少重要變量不可實時測量得到、普遍存在時間滯后、動態(tài)特性復(fù)雜、難于建立準確的模型、對操作安全和平穩(wěn)性要求高, 所有變量均需控制在設(shè)定的安全范圍之內(nèi)。
　　在市場競爭越來越激烈和環(huán)境要求的不斷提高的情況下，上述特點更為突出。生產(chǎn)裝置的操作控制不僅要在原料，產(chǎn)品產(chǎn)率和質(zhì)量頻繁變化的條件下使一切變量不超限，保證安全，滿足給定點控制(使重要變量平穩(wěn)地運行在給定點附近)與區(qū)域控制(使反映生產(chǎn)裝置狀態(tài)的變量不超限)兩種控制要求，尤其要適應(yīng)被控變量和操作變量的數(shù)量因約束而隨市場和環(huán)境發(fā)生變化，出現(xiàn)多變量，多目標，滿足約束條件的變結(jié)構(gòu)過程(“胖”“方”“瘦” 三種結(jié)構(gòu)互相轉(zhuǎn)化)的控制和實時優(yōu)化問題，如在平穩(wěn)運行的條件下，隨時使反應(yīng)深度最優(yōu)、使分餾塔產(chǎn)品合格又節(jié)能降耗。
　　對于重要不可實測變量的在線實時計算是石油化工過程迫切需用解決的問題之一。針對分餾塔產(chǎn)品質(zhì)量無法實時測量而發(fā)展起來的推斷模型和控制(Inferential Control)<12,13>，已有幾十年的歷史，它利用穩(wěn)態(tài)的經(jīng)驗關(guān)系式(代數(shù)方程)推算不可測變量，代替時延很大的化驗分析結(jié)果，對產(chǎn)品質(zhì)量進行控制。對化學反應(yīng)器和其他不可實時測量的工藝變量的在線計算也有了不少進展<14,15>。存在的主要問題是不適應(yīng)環(huán)境和動態(tài)變化，不適應(yīng)原料性質(zhì)(組成)的變化。九十年代以來, 已出現(xiàn)了基于動態(tài)機理模型，應(yīng)用狀態(tài)觀測器理論和其他方法計算不可測變量的實例<16,17>，使在線計算適應(yīng)動態(tài)變化，給出更合理，更準確的結(jié)果；石油大學(北京)基于機理動態(tài)模型在線計算的汽油干點與柴油90%點，已取代了人工化驗用于生產(chǎn)控制，實現(xiàn)了保證質(zhì)量，提高收率<18>的效果；并提出了石油化工裝置設(shè)計中的一個重要問題：可觀性問題<19>。
　　在現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的模型預(yù)估控制(Model Predictive Control), 從原理上適應(yīng)了被控過程的動態(tài)特性；采用在線反饋校正提高控制的魯棒性，特別對普遍存在時間滯后，響應(yīng)較慢和模型難于準確的石油化工過程，使被控過程平穩(wěn)運行，取得明顯的經(jīng)濟效益。如70年代末出現(xiàn)模型算法控制(MAC)<20>和動態(tài)矩陣控制(DMC)<21>和相應(yīng)的軟件：基于DMC算法的 ASPEN TECH 的 DMC-plus, Honeywell Hi-Spec Solution 的 RMPCT 等。80年代，在自整定控制器的基礎(chǔ)上，Clarke等提出了廣義預(yù)估控制(General Predictive Control, GPC)<22>, Soeterboek<23> 進一步總結(jié)為一通用計算方法，這種算法具有輸出(被控變量)動態(tài)反饋的特點，可提高抑制干擾的能力；由于采用在線系統(tǒng)辯識方法修正模型，無被控變量反饋修正，對具有不可測輸入的石油化工過程不很適應(yīng)。
　　以上方法均采用實測的輸入/輸出模型，避免了難于建立的機理動態(tài)數(shù)學模型，是當前模型預(yù)估控制得到廣泛應(yīng)用的一個重要原因。但這種模型缺乏物理意義，測試過程對生產(chǎn)操作有較大的干擾，不能充分利用所有可測信息以提高控制性能；這些方法也使模型預(yù)估控制只能在生產(chǎn)裝置運行后才能實施。對此，出現(xiàn)了狀態(tài)反饋預(yù)估控制<24,25>和具有輸出(被控)，狀態(tài)和輸入(操作)三種變量動態(tài)反饋，綜合上述算法優(yōu)點的通用預(yù)估控制算(UPC)<26,27>，并在石油化工裝置上得到應(yīng)用，取得了較滿意的結(jié)果。<7,18,28,29>
　　90年代以來，在模型預(yù)估控制的基礎(chǔ)上，適應(yīng)變結(jié)構(gòu)過程的多變量約束協(xié)調(diào)與化控制技術(shù)在石油化工過程中得到越來越多的應(yīng)用，將控制與部分參數(shù)的“卡邊“優(yōu)化實時地協(xié)調(diào)起來<30-38>，盡管這方面還有許多問題值得研究提高，這種實時協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化的思路是非常符合實際的，為進一步提高效益開創(chuàng)了一條新路。
　　目前得到應(yīng)用的基于模型的控制技術(shù)多是基于線性化模型的，而石油化工過程均是非線性的，因而非線性，自適應(yīng)控制方法正在成為較集中的研究方向<39-41>.
　　先進控制帶來的效益已為很多實例所證明，實施后，一般投資回收期只有幾個月。但目前先進控制項目從立項到交付使用常要一年以上，除上述需要測試動態(tài)特性外，先進控制系統(tǒng)的開發(fā)與過程設(shè)計脫節(jié)是一個重要原因。
　　石油化工過程操作條件(例如反應(yīng)深度)的閉環(huán)實時優(yōu)化(Closed Loop Real Time Optimization)，與先進控制相比，具有更大的潛在效益，這是國內(nèi)外不少專家的看法<42-44>。但目前大多在討論和沿用工藝過程設(shè)計中采用的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型進行閉環(huán)實時優(yōu)化<42-48>,常遇到以下問題:
　?、倌Ｐ途扔邢?，通常有1%的精度就很不錯了，但優(yōu)化的要求更高，對大規(guī)模的石油化工裝置，產(chǎn)率提高1%就會帶來很大的效益。為提高模型精度，適應(yīng)變化的生產(chǎn)過程，要對模型進行在線修正。另一方面，實時計算需要過程數(shù)據(jù)，過程即使處於穩(wěn)態(tài)，實測數(shù)據(jù)也很難達到計算所需的穩(wěn)態(tài)物料和能量平衡的要求；為此，人們發(fā)展了數(shù)據(jù)重整技術(shù)(Data Reconciliation)。在線修正和數(shù)據(jù)重整均是尚未得到園滿解決的問題。尤起在過程處于動態(tài)情況下，困難更多。
　?、趯?yōu)周期達 4-8 小時，實時性與適應(yīng)變化能力不能令人滿意。人們常常認為疊代計算穩(wěn)態(tài)平衡的方法是一個主要原因，隨著Open Equation方法<49>的應(yīng)用和計算機運算速度的提高，計算過程已逐漸不再須要很多時間。關(guān)鍵在于閉環(huán)實時優(yōu)化要根據(jù)當前生產(chǎn)裝置的狀態(tài)進行，利用穩(wěn)態(tài)模型時，必須等待過程處于穩(wěn)態(tài)后才能進行計算；計算完成后，還要檢查過程是否仍處于原來的穩(wěn)定狀態(tài)(否則計算作廢)。若是，才可進行調(diào)優(yōu)。調(diào)優(yōu)使過程處于動態(tài)，要等待穩(wěn)定后，一般需要幾小時，才能進行下一次調(diào)優(yōu)。文獻<50>結(jié)合Aspen Tech(原DMC CORP)的優(yōu)化軟件DMO,對此問題有較詳細的說明。另一方面，穩(wěn)態(tài)模型計算常常依賴于原料或其他化驗分析數(shù)據(jù)，需要等待化驗結(jié)果。這些都是使基于穩(wěn)態(tài)模型實時優(yōu)化周期長、難于適應(yīng)頻繁變化、真正見到明顯效果的應(yīng)用實例很少的原因。
　　利用生產(chǎn)過程實測數(shù)據(jù)，適應(yīng)動態(tài)變化，基于動態(tài)數(shù)學模型，同樣是解決石油
　　化工生產(chǎn)過程閉環(huán)實時優(yōu)化問題的一條出路。茂名石化公司一催化裂化裝置反應(yīng)深
　　度的閉環(huán)實時優(yōu)化是一個實例<7>：基于動態(tài)數(shù)學模型在線計算反應(yīng)產(chǎn)物中各種產(chǎn)品
　　的產(chǎn)率作為在線實時確定優(yōu)化目標的基礎(chǔ)，使尋優(yōu)周期可縮短到10分鐘，經(jīng)測試，
　　對年處理量80萬噸的生產(chǎn)裝置，年直接經(jīng)濟效益可達2000萬元以上。
　　回顧1976年，北美第一次化工過程控制會議<51>提出控制理論與實際脫節(jié)，使航天工程中成功應(yīng)用的現(xiàn)代控制理論在石油化工過程中不能見效的問題，到今天石油化工過程先進控制的廣泛應(yīng)用和成功經(jīng)驗，可以看到：一旦科學技術(shù)在某一方面有所突破，將理論與實際很好的結(jié)合起來，如模型預(yù)估控制技術(shù)，就會形成巨大的生產(chǎn)力，使生產(chǎn)過程產(chǎn)生飛躍性的發(fā)展。