Разработка комплексной адаптивной системы управления технологическими установками нефтеперерабатывающего завода на основе многомодельного предиктивного регулирования и самообучающихся цифровых двойников

Аннотация

Статья посвящена разработке и опытно-промышленной проверке комплексной адаптивной системы управления технологическими установками нефтепереработки, ориентированной на преодоление ограничений классических DCS/ПИД-контуров и деградации моделей в традиционных линейных APC-решениях при нестационарности, нелинейности и дрейфе параметров оборудования. Рассматривается архитектура, объединяющая многомодельное нелинейное предиктивное регулирование со скользящим горизонтом и ансамбль самообучающихся цифровых двойников, функционирующих как динамические предикторы и виртуальные анализаторы качества в условиях существенных задержек лабораторного контроля. В качестве ключевых технологических примеров описаны первичная переработка нефти (ЭЛОУ-АВТ-6) и секция каталитического крекинга; обработка массивов архивной телеметрии высокой частоты и редких данных по качеству потребовала процедур очистки, синхронизации и вычислительной поддержки, совместимых с промышленными требованиями реального времени. Цифровые двойники реализованы гибридно: рекуррентные нейросетевые модели (LSTM/GRU) дополняются упрощенными физико-химическими соотношениями материального и теплового балансов для повышения робастности при выходе режима за пределы обучающих сценариев. Введен механизм непрерывной адаптации, инициирующий дообучение при росте ошибки прогноза, а также модуль валидации уставок, ограничивающий управляющие воздействия технологическими регламентами. Показано, что для ректификационной колонны при возмущении по питанию адаптивный NMPC обеспечивает существенное сокращение времени установления, подавление перерегулирования и снижение интегральных критериев ошибки по сравнению с каскадным ПИД и стандартным MPC, одновременно уменьшая удельный расход пара. Для виртуальных анализаторов качества демонстрируется высокая объясняющая способность моделей (R² > 0,92) и погрешности, сопоставимые с лабораторной воспроизводимостью по ряду показателей, что делает возможным замкнутое управление по качеству без ожидания анализов. На уровне каталитического крекинга зафиксировано перераспределение материального баланса в пользу светлых фракций при снижении выхода газа, кокса и потерь катализатора, а корреляционный анализ связывает стабилизацию режима с экономическими эффектами. Описанные результаты и показатели вычислительной латентности подтверждают практическую реализуемость подхода и его релевантность для задач повышения энергоэффективности, выхода целевых продуктов и надежности управления на современных НПЗ.