1    方案背景與目標

化工行業(yè)是重資產(chǎn)的行業(yè)，其生產(chǎn)要求安穩長(cháng)滿(mǎn)優(yōu)。生產(chǎn)過(guò)程中伴隨著(zhù)高溫、高壓、化學(xué)反應。其工藝調節的過(guò)程對于安全的要求高，必須要經(jīng)過(guò)嚴格測試之后才能進(jìn)行。很多客戶(hù)希望應用新的AI技術(shù)在化工工藝過(guò)程中，找到新的工藝優(yōu)化點(diǎn)，提升化工產(chǎn)量，降低能源消耗。而且，生產(chǎn)過(guò)程中很多時(shí)候隨著(zhù)市場(chǎng)變化和生產(chǎn)要求，客戶(hù)都會(huì )需要進(jìn)行多組分進(jìn)料的切換，從而更高效的生產(chǎn)。但是切換過(guò)程需要大量的時(shí)間，也非?？简灛F場(chǎng)操作人員的能力。因此，施耐德電氣結合最新的AI強化學(xué)習技術(shù)，基于多年化工經(jīng)驗積累的工藝仿真平臺AVEVA Dynamic Simulation為客戶(hù)提供化工工藝AI仿真優(yōu)化的方案。該方案先應用于施耐德電氣客戶(hù)體驗中心，展示了AI自主控制整個(gè)常壓蒸餾裝置，以達到在操作波動(dòng)情況下（受動(dòng)態(tài)模型上模擬進(jìn)料組分、壓力以及燃料氣組分、壓力波動(dòng)對裝置操作的影響），穩定生產(chǎn)狀態(tài)，提高收益的結果。山東某國內化工頭部集團操作員仿真培訓項目進(jìn)行過(guò)程中，希望施耐德電氣能夠為其化工工藝過(guò)程提供此方案。施耐德電氣為客戶(hù)提供AI自動(dòng)切換塔底再沸熱源這一化工工藝場(chǎng)景。

本方案目標是：

1)    利用高精度仿真模型訓練人工智能體，實(shí)現在仿真模型上對塔底再沸器兩個(gè)熱源進(jìn)行在線(xiàn)自主切換操作；

2)    根據AI自主操作結果分析操作曲線(xiàn)，提供優(yōu)化標準操作規程的建議，評估后續自動(dòng)切換邏輯設計方案和AI自主控制上線(xiàn)部署方案；

3)    開(kāi)發(fā)易用的AI訓練和部署平臺；

4)    實(shí)現AI控制上線(xiàn)部署。

2    方案詳細介紹

本方案應用的AI算法是強化學(xué)習算法，通過(guò)在與環(huán)境的交互中不斷試錯進(jìn)行學(xué)習，且每個(gè)學(xué)習目標都要經(jīng)過(guò)多輪試錯完成?？紤]操作安全性和學(xué)習效率，AI算法是無(wú)法直接通過(guò)操作真實(shí)裝置進(jìn)行學(xué)習。高精度仿真模型很好的解決了這一問(wèn)題，不僅提供安全的試錯環(huán)境，還可以通過(guò)模型計算加速以及同時(shí)訓練多個(gè)模型來(lái)加快學(xué)習速度。同時(shí)學(xué)習好的AI算法還可以在同一仿真模型中進(jìn)行閉環(huán)測試，來(lái)檢驗學(xué)習成果。

本方案利用施耐德電氣為某化工頭部提供的操作員培訓項目中的丁烷精制塔完整塔系仿真模型，訓練AI自主將塔底再沸器自動(dòng)切換熱源，且在切換過(guò)程中維持塔內溫度、壓力，塔頂異丁烷含量和產(chǎn)品正丁烷含量等關(guān)鍵控制參數在要求的操作范圍內。訓練好的AI自主控制器安裝到仿真模型上進(jìn)行控制測試，最后提交AI自主控制以及控制結果報告，在本方案報告中給出操作優(yōu)化建議以及自動(dòng)控制爬坡斜率作為實(shí)際操作參考。

針對業(yè)主對AI自主控制研究的需求以及對AI自主控制上線(xiàn)安全性的擔憂(yōu)，施耐德電氣還在項目期間完成了：

1)    與AI算法開(kāi)發(fā)公司一起設計和開(kāi)發(fā)易用的AI平臺（訓練和部署）；

2)    AI部署安全邏輯；

3)    AI部署三種模式：閉環(huán)模式，半閉環(huán)模式以及切除模式。

3、 代表性及推廣價(jià)值

本方案面向石油化工行業(yè)為代表的流程工業(yè)提供AI自主控制解決方案。本AI方案的特點(diǎn)如下：

1)    強化學(xué)習AI模型

2)    控制變量數量支持20-30個(gè)（經(jīng)過(guò)測試的），輔助監控參數更是高達200個(gè)左右，基本滿(mǎn)足裝置級或者單元級的自主控制

3)    基于高精度仿真模型的AI訓練，安全，快速（模型加速，以及通過(guò)同時(shí)訓練多個(gè)模型進(jìn)行加速），進(jìn)行安全閉環(huán)測試

4)    友好的AI模型訓練和部署平臺，便于無(wú)編程知識的裝置工藝人員也可以獨立進(jìn)行訓練和部署

5)    多模式部署，適用于不同AI技術(shù)發(fā)展階段在工廠(chǎng)的應用。

方案價(jià)值具體如下：

1)    優(yōu)化操作規程，提供在線(xiàn)操作指導以及為必要的順控邏輯提供設計依據；

2)    提供AI自主控制算法開(kāi)發(fā)和方案研究的平臺，為未來(lái)AI自主控制在流程工業(yè)的部署和推廣鋪路；

3)    隨著(zhù)AI技術(shù)的提升，實(shí)現AI在線(xiàn)部署，提升突發(fā)異常應變能力，降低人工操作負荷，以及解決操作人員更換交替和有經(jīng)驗的操作人員數量不足等問(wèn)題。