專利名稱：在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及生物燃料生產領域。更具體地，本發(fā)明涉及用于在生 物燃料生產過程中確定總碾磨流量的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
生物燃料生產廠
在圖1中示出生物燃料生產廠或生產過程的示例性高層設計，圖1
圖示了如何通過若干級處理生物質(biomass)以生產生物燃料和一個或 更多個副產品?？梢钥闯?，首先，將生物質提供給碾磨和蒸煮過程，其中， 生物質被分解以增加表面積體積比。這樣增加表面積允許新鮮水(FW) 與生物質表面積充分相互作用以實現(xiàn)可發(fā)酵糖溶解在水中。更具體地，原 始給料生物質，例如谷物等等，(例如通過傳送機)被輸送給一個或更多 個碾磨機，碾磨機碾磨該給料并且將碾磨的生物質提供給漿體容器。蒸煮 水也被加入漿體容器中，其中蒸煮水可以是新鮮水、來自工廠中的其它過 程的循環(huán)水和可能包括小百分比生物質的回流的組合。于是可以蒸煮生物 質/水漿體的混合物以促使增加溶液中生物質- K^觸的量并且增加碳水化 合物生物質與非碳7jc化合物生物質的分離。在蒸煮之后，生物質漿體被提 供給蒸煮和/或液熱(hydro-heating)單元(例如快煮單元)，該蒸煮和/或流 體加熱單元可以用于從生物質漿體將水份蒸發(fā)或去除。處理后的漿體于是 被存儲在液化容器中，該液化容器用于進一步使?jié){體液化，并且發(fā)酵iW 從液化容器被提供給分批發(fā)酵器，如圖所示。如圖1所示，碾磨/蒸煮過 程通常是連續(xù)的過程，其中，通過各個碾磨和蒸煮子過程連續(xù)處理生物質。
因此，碾磨和蒸煮單元的輸出(即發(fā)酵進料或漿體)，包括液化的輸 出，于是被傳送給發(fā)酵過程，在發(fā)酵過程中， 一個或更多個發(fā)酵單元(桶) 用于使碾磨和蒸煮過程所產生的生物質/水漿體發(fā)酵。發(fā)酵過程可能需要
稱為發(fā)酵器)的物料的前后一致性。在發(fā)酵單元中，生物質通過酵母和酶 被轉化成生物燃料，以及副產品如二氧化碳、水和不可發(fā)酵的生物質(固體)。隨著發(fā)酵的進行，發(fā)酵醪或漿體中更多的糖被轉化成生物燃料。
發(fā)酵過程的輸出被傳送給蒸餾過程，例如一個或更多個蒸餾單元，以 將生物燃料與水、二氧化碳和不可發(fā)酵的固體分離。如果生物燃料必須被
脫水成水分程度少于5% (按體積)，則可以通過稱為分子篩的處理單元 處理生物燃料。然后，處理最后得到的生物燃料以保證其變性并且不用于 人類使用(human-consumption )。蒸餾單元將生物燃料與水分離。蒼餾 物(不可發(fā)酵的固體和酵母殘留物)，即蒸餾單元的最重的輸出，被傳送 給蒼鎦物處理，以便進一步開發(fā)來自生物燃料生產過程的副產品。爸餾物 處理單元將額外的水與塊狀固體分離，并且可以將這些7jc再循環(huán)到碾磨和 蒸煮單元。
回到碾磨過程，在現(xiàn)有技術系統(tǒng)中，到碾磨機和到漿體容器(在與蒸 煮7jc混合之后)的給料的流量是由星形給料器提供和調節(jié)的，并且通常通 過給料器的特定容量和旋轉速率進行估計。但是，由于各種不可控制的影 響，如給料7JC份含量、流動性(粘性)等等，這種估計相當不精確。因此， 由于沒有對該處理的輸入的精確測量，所以不能精確確定生物燃料過程的 性能或效率。
因此，用于在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量的改進的系統(tǒng)和方 法是期望的。

發(fā)明內容
提出了用于在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量的系統(tǒng)和方法的 各個實施例。
可以接收來自由一個或多個碾磨機、回流(backset)、以及至少一個水 源供給的過程的、測量到的生物質漿體流量值和漿體密度值。所述過程優(yōu) 選地包括一個或更多個漿體混合或保存容器，并且漿體包括生物質固體和 水。例如，所述過程可以包括或被包括在生物燃料工廠的碾磨/蒸煮過程 中。還可以接》^示漿體的生物質固體百分比的漿體成分值。要注意的是， 由于固體值和水值是互補的，所以漿體成分值可以直接表示漿體的生物質 固體百分比，例如30%固體，或者間接表示漿體的生物質固體百分比， 例如70%水。
可以接收測量到的回流流量值、回流密度值和指示回流的生物質固體 百分比的回流成分值。在優(yōu)選實施例中，從耦合到生物燃料過程的傳感器接收測量到的生物質漿體流量值和漿體密度值以及測量到的回流流量值。 例如，生物燃料生產過程，特別是碾磨/蒸煮過程，可以裝備有各種傳感 器以測量這些參數(shù)或值。如同漿體成分值一樣，由于固體值和水值是互補
的，所以回流成分值可以直接表示回流的生物質固體百分比，例如30% 固體，或者間接表示回流的生物質固體百分比，例如70%水。
如以下更具體描述的那樣，生物燃料生產工廠可以包括或包括在被配 置成實現(xiàn)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中。例如，該系統(tǒng)可以包括耦合到生物燃料 過程的多個傳感器，用于提供上述測量值，例如，被配置成測量生物質漿 體流量的漿體流量傳感器、被配置成從該過程中測量漿體密度的漿體密度 傳感器、以及被配置成測量回流流量的回流流量傳感器。而且，該系統(tǒng)還 可以包括耦合到該過程并且用于執(zhí)行本文公開的方法實施例的 一個或更 多個計算機。
漿體的生物質固體和/或水的量可以基于測量到的生物質漿體流量值 和漿體密度值以及漿體成分值確定?；亓鞯纳镔|固體和/或水的量可以 基于測量到的回流流量值、回流密度值、回流成分值、以M征回流流量 的測量和生物質漿體流量的測量之間的時間延遲和時間遲滯的系統(tǒng)濾波 器確定。于是，可以基于漿體的生物質固體和/或水的量以及回流的生物 質固體和/或水的量確定總碾磨流量。
要注意的是，由于碾磨/蒸煮過程隨著時間的過去而發(fā)生，所以，(例 如來自回流的)輸入變化需要花費 一些時間來使下游漿體發(fā)生變化，這導 致時間延遲和/或時間遲滯，通常由t表示。因此，特定時間在上游進行的 測量通常不與在相同時間在下游進行的測量對應，因此，在優(yōu)選實施例中， 上述系統(tǒng)濾波器可以用于調節(jié)或考慮該隨著時間的過去而發(fā)生的情況，以 及(例如來自回流的)輸入變化需要時間以使下游漿體發(fā)生變化的情況。 換句話說，可能需要濾波器以保證輸入值(例如，回流值)與下游值(例 如漿體值) 一致或者適合于下游值(例如漿體值)。該濾波器可以作用于 輸入值，例如回流值等等，以#"改所述值使得所述值對應于下游的測量值， 例如漿體值。
在一些實施例中，用于確定總碾磨流量的物料衡算可以基于水而不是 固體，這可能帶來不同的參數(shù)或條件，其中，最顯著地，是水百分比％\￥ 而不是固體百分比。/。S。碾磨固體也可以稱為總碾磨流量fm,其表示在特 定時間段(例如每天)由碾磨機處理(并最終轉化成生物燃料)的生物質 的量。要注意的是，本發(fā)明的四個主要實施例涉及l(fā))使用生物質固體的 物料衡算的情況下，剛出漿體容器之后的漿體；2)使用生物質水的物料 衡算的情況下，剛出漿體容器之后的漿體；3)使用生物質固體的物料衡 算的情況下，剛液化之后的漿體；4)使用生物質水的物料衡算的情況下， 剛液化之后的漿體。當然，也可以設想其它實施例，以上僅僅是示例性的， 并非旨在將在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量中的物料衡算應用限
制為任何特定的測量或計算。
所確定的總碾磨流量可以被存儲，例如，被存儲在計算機的存儲介質 中?？偰肽チ髁坑谑强梢杂糜诖_定生物燃料生產過程中的生產效率。例如， 在一個實施例中，所確定的總碾磨流量可以作為輸入被提供給模型預測控 制器，并且模型預測控制器可以基于所確定的總碾磨流量控制碾磨速率。 另外，或者可替選地，所確定的總碾磨流量可以指示給生物燃料生產過程 的操作員，并且可以由該操作員用于控制生物燃料生產過程中的生物燃料 生產。如過程控制技術領域中公知的是，該控制可以以循環(huán)方式執(zhí)行。
因此，本文描述的系統(tǒng)和方法的各個實施例可以用于在生物燃料生產 過程中確定總碾磨流量。


當結合以下附圖考慮以下對優(yōu)選實施例的詳細描述時，能夠更好地理 解本發(fā)明，在附圖中
圖1示出才艮據(jù)現(xiàn)有技術的示例性生物燃料處理工廠中的分批處理和 連續(xù)處理；
圖2示出根據(jù)一個實施例的用于在生物燃料生產過程中確定總碾磨 流量的方法的高層流程圖3示出根據(jù)一個實施例的生物燃料生產過程中的碾磨/蒸煮過程的 實現(xiàn)；
圖4A和4B示出根據(jù)一個實施例的過程的時間延遲或時間遲滯；
圖5示出才艮據(jù)一個實施例的用于確定經調整的總碾磨流量的計算框 圖；以及
圖6示出根據(jù)一個實施例的對生物燃料生產過程的模型預測控制。 盡管本發(fā)明允許有各種變型和替選形式，以示例的方式在附圖中示出本發(fā)明的具體實施例，并且將在這里對這些具體實施例進行詳細描述。然 而，應當理解，附圖和對附圖的詳細描述不是要將本發(fā)明限制為所公開的 特定形式，相反，本發(fā)明將覆蓋落入由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神 和范圍內的所有變型、等同方案以及替選方案。
具體實施方式
援引并入
以下參考文獻通過引用而完整地并入于此，如同全面、完整地陳述于
此
2007年6月4日提交的、標題為"Model Predictive Control of a Fermentation Feed in Biofuel Production"的、序列號為11/757,557的美 國專利申請。
2007年9月27日提交的、標題為"Model Predictive Control of Distillation and Dehydration Sub-Processes in a Biofuel Production Process"的、序列號為11/862,391的美國專利申請。
2007年10月25日提交的、標題為"Model Predictive Control of Integrated Stillage Processing in a Biofuel Production Process"的、序歹'J 號為11/924,370的美國專利申請。
2007年10月30日提交的、標題為"Integrated Model Predictive Control of Batch and Continuous Processes in a Biofuel Production Process"的、序列號為11/928,186的美國專利申請。
2007年10月30日提交的、標題為"Model Predictive Control of Fermentation in Biofuel Production"的、序列號為11/927,889的美國專利 申請。
2007年10月30日提交的、標題為"Nonlinear Model Predictive Control of a Biofuel Fermentation Process，，的、序列號為11/927,960的美 國專利申請。
2007年10月30日提交的、標題為"Model Predictive Control of Fermentation Temperature in Biofuel Production"的、序列號為11/928,344 的美國專利申請。
定義-生物燃料生產過程生物燃料-從生物質、即從最近活著的有機物或其副產品獲得的任何 燃料。
生物燃料生產過程-環(huán)繞有輔助處理單元的、用以生產生物燃料、其 它可發(fā)酵燃料酒精以及高性能食品級或化學級酒精的發(fā)酵過程。
生物燃料產量-在分批處理內或在分批處理結束時的生物燃料生產 的測量?？梢园慷缺热鐫舛?例如，重量百分比(Wt。/。)、體積百分
比(volume。/。)或重量/體積百分比(wt/vol%))、體積(例如，發(fā)酵器內 的以加侖為單位的當前生物燃料)或質量(例如，發(fā)酵器內的以kg為單 位的當前生物燃料)。
分批處理-分階段的不連續(xù)處理步驟，與例如在正常工作日或工作周 期間連續(xù)而沒有停頓的連續(xù)處理相對比，其包括開始和結束。連續(xù)處理通 常表現(xiàn)為相當穩(wěn)定的目標或操作，其中至少一些M在整個分批處理過程 中改變。例如，生物燃料產量(例如發(fā)酵)在分批處理的開始以低水平開 始，并且在整個分批處理過程中升高，在結束時會有或不會有表示降解率 高于生產率的降低。類似地，酵母細胞濃度以相當?shù)偷乃介_始，并且通
常在整個分批處理中增長，盡管它們在一個分批處理中通常有遲滯(相對 恒定的濃度)階段、指數(shù)增長階段、穩(wěn)定增長階段以及降解階段。
漿體-發(fā)酵進醪，包括將被發(fā)酵的雙相(液體和固體)漿體。
固體或固體百分比-固體在發(fā)酵進料中所占的部分或百分比。
碾磨和蒸煮過程-用于發(fā)酵進料的預發(fā)酵的連續(xù)處理，其通常包括谷 物或莖桿碾磨、蒸煮、與水及處理化學品的混合、用于殺菌和提高固體中 的水濃度的蒸煮以及其它預發(fā)酵處理。
生物質濃度-由以下中的一項或多項所規(guī)定的發(fā)酵悉阡的含量屬性 漿狀固體、液化固體、漿體密度、液化密度、漿體百分比或組分碳氷化合 物，以及漿體百分比或組分可發(fā)酵糖。
M"量信息—包括水流量、再循環(huán)液體流量、蒸發(fā)器冷凝物再循環(huán)流 量、稀薄蒼熘物或離心液再循環(huán)流量、新鮮水添加流量、處理過的水的添 加流量、漿體流量、醪流量以及用于保存這些流量的存量的各種箱或中間 容器的各種水平或重量(例如甲烷轉化器iW箱存量、漿體i^箱存量、 液化箱存量、蒸餾箱存量、谷物倉存量或其它生物質存量(非水)等)。
液化-用于具有高淀粉含量的谷物，通過添加酶或其它生物制劑而將 淀粉液化，以減小其碳水化合物鏈長度和黏度。酶 - 所添加的用以對發(fā)酵過程內的特定反應進行管理的高選擇性、基 于生物的催化劑。目前最常用的酶包括用以將淀粉快速分解成糊精的阿爾 法淀粉酶、用以將糊精分解成葡萄糖的葡萄糖淀粉酶以及用以將谷物蛋白 質分解成可消化蛋白質以支持細胞生長的蛋白酶。以與如下所勤目同的方 式，對基于淀粉的發(fā)酵、特別用于將纖維素轉化成生物燃料的酶或其它影 響酵母的酶(見以下)進行建模和控制，可以管理生長有效性或養(yǎng)分有效 性。
酵母—生產生物燃料的有機物。酵母目前是乙醇生產中最常用的有機
物，然而其它生產生物燃料的有機物包括基因工程大腸埃氏菌(E.coli) 可以完全替代酵母，因為所述技術可以不專用于酵母，而是可以適用于在 發(fā)酵過程中使用以生產生物燃料的多種有機物。
爸餾物/完整蒼餾物-從初級蒸餾單元的底部除去的不可發(fā)酵固體和 水液體。
稀薄蒼餾物—從不可發(fā)酵固體爸鎦物分離出的液體。
糊漿(Syrup)-除去了大部分水分的濃縮的稀薄蒼餾物。糊漿中的固 體百分比通常在20-45%固體的范圍內，但是也可能出現(xiàn)該范圍之夕卜的百 分比。
生產力-生產力是在最好工作M (沒有異常約束)下確定的過程、 子過程或單元的最大生產率。生產力在現(xiàn)有資本^內通常是恒定的。對 于新單元，其是廠家指定的生產力。對于已建立的單元，生產力通過已證 實的歷史生產率來確定。
模型- 一種輸入/輸出表示，其表示各種模型輸入的變化之間的關系 以及模型輸入如何影響每個模型輸出。
動態(tài)預測模型- 一種輸入輸出表示，其不僅反映當輸入變化時輸出變 化了多少，而且還反映輸出將以何種速度和以何種時間相關曲線、基于一 個或多個輸入變量變化。
模型預測控制(或MPC )-使用多元動態(tài)過程模型以使控制器目標 (目標控制器輸出和約束)與調節(jié)控制器(現(xiàn)有的單輸X/單輸出控制器， 比如比率流量控制器、溫度控制器、水平控制器、速度控制器或壓力控制 器)在預定時間間隔內(例如，l分鐘、30分鐘、2小時、100小時等) 相關聯(lián)。
目標函數(shù)-設置過程或單元的整體操作的目標。目標函數(shù)提供過程或單元努力實現(xiàn)的一種或多種相^值度量，過程或單元的性能可以通過所 述數(shù)值度量被測量，例如，最小化操作成本，或最大化操作利潤或產量。
控制變量—控制器/優(yōu)化器努力使其達到某個目標、例如達到目標值、 最大值等的那些變量(也稱作受控變量)。
積分變量-積分控制變量是可變的即不穩(wěn)定的、但通常利用作為時間
函數(shù)的穩(wěn)定一階導數(shù)進行積分。最常見的積分變量是箱水平，只要輸入和
輸出失衡，箱水平就將升高或降低。因此，當平衡時，輸入或輸出流量的
變化將導致箱隨著時間累積而滿到溢出或排干?？刂破鞅仨毷褂眠@些積分 計算以確定必須在何時以及如何快速地調整輸入或輸出流量。
操縱變量-如下的變量過程或單元的管理方例如通過用在線控制器 對過程進行調節(jié)而對這些變量具有管理權和控制權，并且這些變量由控制 器/優(yōu)化器來改變或操縱以便實現(xiàn)控制變量的目標或目的。這些變量是其 值受約束限制的實際控制變量。就操縱變量可以在可控或固定約束的某個 范圍內操作這方面而言，這不同于可控約束。管理是過程控制的替選術語。
擾動變量-表示對過程的外部影響的變量，除了目標變量和調節(jié)控制 器，其也處于控制器控制范圍之外，因此其對目標變量起作用，但是獨立 于所述控制器。擾動變量用于前饋擾動抑制。擾動變量也是過程或單元的 管理對其沒有直接管理權或控制權的測量變量或非測量變量。例如，溫度、 濕度、上行流量或質量都可以稱為測量擾動變量。
設置點(目標)-用于操縱變量或目標控制變量的目標信號或值。
約束-約束表示對特定操作變量或條件的限制，其影響生產單元的可 實現(xiàn)生產率。約束有兩種類型可控的和外部的，如以下所述。約束可以 包括但不限于安全性約束、設備約束、設備有效性約束、人員約束、業(yè) 務執(zhí)行約束、控制約束、供應鏈約束、環(huán)境許可和法定約束。安全性約束 確保設備和人員的安全性。設備約束比如控制閥的最大打開位置、最大箱 容量等可以限制單元的物理吞吐量。設備有效性約束可以包括但不限于 由于維護規(guī)劃和調度或由于意外的設^f亭機的預備狀態(tài)、由供應鏈和生產 調度系統(tǒng)設置的授權生產水平。人員約束指的是由合同和政策施加的業(yè)務 規(guī)則和約束、對人員配備和支持功能的有效性的限制。業(yè)務執(zhí)行約束是由 執(zhí)行相關業(yè)務以及合同約定任務和責任所需要的時間施加的限制?？刂萍s 束是對操縱變量的最大位置和變化率的限制。供應鏈約束是對原材料、能 量和生產供應的有效性的限制。環(huán)境許可和法定約束是對空氣排放、廢水和廢物處理系統(tǒng)的限制，和/或對單元性能施加的環(huán)境約束比如河流水平 以及當前天氣施加的限制。
可控約束-對過程或單元的管理方對其不具有管理權和自由控制權 的過程或單元的性能施加的約束。例如，蒸熘塔中的分離可能受蒸餾塔盤
污垢的影響。塔盤污垢受i^F被如何處理以及單元下線以便清潔的頻率的 影響。由管理方決定單元何時接受服務。可控約束改變單元的吞吐量。
外部約束-外部約束是對過程、子過程或單元的管理方對其不具有管 理權或直接控制權的過程、子過程或單元的性能所施加的限制。這些外部 約束分為兩種類型受工廠中或供應鏈中的其它實體或過程控制的外部約 束，以及由物理約束、安全性約束、環(huán)境約束或法定約束施加的、且不受 工廠或供應鏈中的任何一方控制的那些約束。
目標函數(shù)-目標函數(shù)對目標進行編碼，其設置過程、子過程或單元的 整體操作的一個或多個目標。目標函數(shù)例如從業(yè)務立場提供過程、子過程 或單元努力實現(xiàn)的一個或多個相容數(shù)值度量，過程、子過程或單元的性能 可以通過所述數(shù)值度量被測量。
系統(tǒng)-系統(tǒng)可以由所述系統(tǒng)或過程的輸入和特性來限定。在生物燃料 生產過程中，系統(tǒng)可以被限定為完整的生物燃料生產過程、生物生產過 程的子過程比如碾磨和蒸煮過程、或者子過程中的變量比如蒸煮溫度。
開環(huán)系統(tǒng)-對輸入進行響應的系統(tǒng)，但所述系統(tǒng)不會由于輸出行為而 被#"改。例如，在生物燃料系統(tǒng)中，如果往復泵不具有壓力控制系統(tǒng)，則 往復泵將獨立于上游和下游壓力而以固定體積的糊漿操作和移動。
閉環(huán)系統(tǒng)-系統(tǒng)輸入可以被調整以補償輸出的變化。這些變化可以是 與系統(tǒng)目標的偏離，對系統(tǒng)或系統(tǒng)變量的約束影響，或輸出變量的測量值。 閉環(huán)系統(tǒng)可以用于感測變化并反饋信號至過程輸入。在生物燃料系統(tǒng)中， 閉環(huán)系統(tǒng)可以占主導地位，因為這些系統(tǒng)可以以比如生產(產品)質量、能 量消耗、過程單元生產力等的約束為^Ht進行調節(jié)。
控制系統(tǒng)-調節(jié)7jc平機構，操縱變量通過其被驅動到設置點。
響應-操縱變量的當前位置的測量。響應是響應于控制系統(tǒng)的動作而 盡力將操縱變量移動到設置點以達到設置點的反饋。
目標輪廊-變量值的期望輪廊或軌跡，即，控制變量或操縱變量的期 望行為?？刂茣r間范圍(control horizon)-計劃移動或改變操縱變量的從現(xiàn) 在延續(xù)到將來的時間段。在該時間范圍之外，MV被假定為恒定地停留在 其在控制時間范圍內的最后或最近值。
預測時間范圍(prediction horizon )-過程或系統(tǒng)響應被監(jiān)-見并與期 望行為相比較的從現(xiàn)在延續(xù)到將來的時間段。
在生物燃料生產過程中確定總研磨流量
下面說明用于在生物燃料生產過程中確定總研磨流量的系統(tǒng)和方法 的各個實施例。應該注意，由這里所述的方法的實施例生產的一種或多種 生物燃料可以是從生物質產生的任何生物燃料，并且所考慮的生物質的類 型可以是任何期望的類型，其中包括但不限于諸如玉米、小麥、黑麥、稻 等的谷物，例如土豆、豆子等的蔬菜，諸如甘蔗和甜高粱的節(jié)莖植物，甚 至例如柳枝稷的草等。此外，這里公開的技^ii可以應用于其它批量材料 加工，例如，聚合物生產、批量糧食、石油加工和生產等。
這里公開的方法的實施例使用(固體和/或水的)物料衡算來確定供 給研磨過程的給料(固體)的流量。在下面說明的系統(tǒng)和方法的一些實施 例中，可以經由多個途徑接收或得出關于總研磨流量的信息，并將它們一 起使用來生成比由單獨任何一個途徑提供的研磨流量信息更準確的研磨 流量信息。
現(xiàn)在參考圖2對該方法進##細說明。
圖2—一用于確定總^9f磨流量的方法
圖2是根據(jù)一個實施例的用于在生物燃料生產過程中確定總研磨流 量的計算機實現(xiàn)方法的流程圖。在各個實施例中，所示方法元素的一部分 可以同時執(zhí)行、以與所示順序不同的順序執(zhí)行、或者省略。還可以才艮據(jù)需 要執(zhí)行附加的方法元素。如圖所示，該方法可以如下操作。
在202中，可以接收來自由一個或多個研磨機、回流和至少一個水源 供給的過程的測量出的生物質漿體流量值和漿體密度值。該過程優(yōu)選包括 一個或多個漿體混合或^M!"容器，且該漿體包括生物質固體和水。例如， 該過程可以包括或被包括在生物燃料工廠的研磨/蒸煮過程中。還可以接 收表示漿體的生物質固體百分比的漿體成分值。注意因為固體值和7K值 是互補的，所以漿體成分值可以直接表示漿體的生物質固體百分比，例如 30%固體，或間接表示該百分比，例如70%水。
在204中，可以接收測量出的回流流量值、回流密度值、以及表示回
14流的生物質固體百分比的回流成分值。在優(yōu)選實施例中，從耦合到生物燃 料過程的傳感器接收測量出的生物質漿體流量和漿體密度值，以及測量出 的回流流量值。例如，生物燃料生產過程(具體地說，研磨/蒸煮過程) 可以裝備有各種傳感器，以測量這些參數(shù)或值。如同漿體成分值一樣，因 為固體值和7JC值是互補的，所以回流成分值可以直接表示回流的生物質固
體百分比，例如30%固體，或間接表示該百分比，例如70%水。
圖3是才艮據(jù)一個實施例的生物燃料生產過程或工廠中的示例性研磨/ 蒸煮過程的高層圖，其中，該過程已,皮配置成提供上面關于漿體流量、漿 體密度和回流流量的測量。圖3的生物燃料生產工廠可以包括或被包括在 用于實現(xiàn)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中，下面將進行更詳細的說明。例如，該系 統(tǒng)可以包括耦合到生物燃料過程的多個傳感器，用于提供上面討論的測量 值，例如，用于測量生物質漿體流量的漿體流量傳感器、用于測量來自該 過程的漿體密度的漿體密度傳感器，以及用于測量回流流量的回流流量傳 感器。此外，系統(tǒng)還可以包括耦合到該過程并且用來執(zhí)行這里公開的方法 的實施例的一個或多個計算機。
注意，在圖3中，用圓圏表示傳感器，標注有傳感器類型的表示，例 如，"F"代表流量傳感器，"D"代表密度傳感器，而下標表示測量源， 例如，"FSI/，代表漿體流量傳感器，"DB，，代表回流密度傳感器。從該過 程取得樣本并在實驗室進行分析的實驗測量用六邊形表示，其被標注成表 示測量或確定的參數(shù)或度量，例如"％SSL"代表漿體的固體百分比，"％ SB，，代表回流的固體百分比等。
如圖3所示，生物質傳送機(例如， 一個或多個傳送帶)將諸如玉米、 柳枝稷等的原始生物質給料提供給一個或多個研磨機，在本示例情況下是 4個研磨機，已標注。這些研磨機中的每一個可以提供針對該研磨機的研
磨流量的測量，例如基于如由研磨流量傳感器Fmi表示的星形給料器，其
中i表示特定的研磨機；然而，如上所述，這些流量值通常是不準確的。 注意，可以經由如由Q/。WFs六邊形表示的實驗分析來確定給料生物質的水 分含量百分比。該研磨后的生物質可以與可>^各種源揭_供的蒸煮水一起混 合并供給到漿體容器，該蒸煮水包括新鮮水以及來自該工廠中各個過程的 循環(huán)水且可以由標記Fcw表示的蒸煮水流量傳感器進行測量。注意也可 以將回流提供到漿體容器，從而給生物質漿體增加額外的水分，其中回流 是指從工廠中的一個或多個其它過程提供的稀釋漿體(例如，典型為大約 8%固體)?？梢钥闯觯梢岳没亓髁髁總鞲衅鱂u測量回流流量，且可以利用回流密度侍感器Db測量回流密度。根據(jù)需要，可以通近如。/。Sb六
邊形所示的實驗分析來提供回流成分值，或者可選擇地，可以經由在線測 量(來自傳感器)或者通過任何其它手段來提供回流成分值。
類似地，可以利用漿體流量傳感器F化測量來自漿體容器的漿體流
量，且可以利用漿體密度傳感器DsL來測量漿體密度，如圖所示?？梢越?由。/。SsL六邊形所示的實驗分析來確定漿體的固體百分比。從而，可以針
對出漿體容器后的漿體來確定漿體流量和密度(及固體百分比)。在其它 實施例中，可以在該過程中的別處進行漿體測量，所述別處例如是漿體容
器的更下游處。例如，如圖3所示，在出漿體容器之后，所述漿體可能通 過(加熱漿體的)熱交換機i^快速蒸煮(cook flash)單元，該快速蒸 煮單元可以用來從漿體將水分4^取為水蒸氣(稱為快速蒸氣)，并將得到 的漿體提供給液化容器。 一旦漿體離開液化容器(例如，作為發(fā)酵給料提 供給分批發(fā)酵器)，就可以由傳感器測量漿體流量和密度，如圖所示。另 外，可以經由用％SSL六邊形表示的實驗分析來確定漿體的固體百分比。 從而，在一些實施例中，代替在剛出漿體容器之后，而是在液化之后確定 漿體流量、密度以及固體百分比。
注意，在其它實施例中，可以以與圖3示出的以及上面描述的方式不 同的方式進行測量或^確定的一個或多個。例如，在實驗分析提^t(由 六邊形表示)或測量或確定密度(或實際上，任何值)的情況下，在各個 實施例中，可以通過測量、實驗分析(從過程中取樣并在實驗室中進行分 析)和/或通過例如基于過程或設備的指定或經驗行為的假設來確定值。 換句話說，圖3的布置只是示例性的，而不欲將本發(fā)明限制到任何特定的 布置或數(shù)據(jù)采集方案。
在206中，可以基于測量出的生物質漿體流量和漿體密度值以及漿體 成分值，來確定漿體的生物質固體和/或水的量。例如，在一個實施例中， 可被稱為漿體固體Ssl的生物質固體的量可以通過表達式(l)確定
Ssl = FslXDslx%Ssl/100 (1)
當然，可以使用漿體的水百分比％WSL來類似地確定漿體的水的量， 如本領域技術人員公知的，其簡單地為100-%SSL。
在208中，可以基于測量出的回流流量值、回流密度值、回流成分值 以及系統(tǒng)濾波器來確定回流的生物質固體和/或水的量，該系統(tǒng)濾波器表 征回流流量的測量和生物質漿體流量的測量之間的時間延遲和時間遲滯。例如，可以經由表達式(2)來確定可稱為回流固體SB的生物質固體的量
SB = FBxDBx%SB/100， (2) 其中，如同漿體一樣，回流的水量可以類似地4吏用漿體的水百分比％
WsL來確定。
在210中，然后，可以基于漿體的生物質固體和/或水的量以及回流 的生物質固體和/或水的量，來確定總研磨流量。在一個實施例中，可以 經由表達式(3)來確定總研磨流量
Sm = Ssl - Sb, (3)
基于漿體中的全部生物質固體來自以下兩個源的觀察來自研磨機的 研磨生物質以及回流(典型地是大約8%固體)。從而，用SM表示的含義 是"研磨固體"的總研磨流量可以通it^漿體固體中減去回流固體來確定。 當然，在其它實施例中，等式(1)和(2)可以包含到等式(3)中，即，S化和 SB的中間計算可以不作為確定總研磨流量之前的獨立計算來進行。
注意，由于碾磨/蒸煮過程隨著時間的過去而發(fā)生，所以，(例如來自 回流的)輸入變化需要花費一些時間來使下游漿體發(fā)生變化，這導致時間 延遲和/或時間遲滯，通常由t表示。圖4A和4B分別示出過程時間延遲和 時間遲滯。如圖4A所示，在一些情況下，可能在效果或事件(圖中的原 點)和其預期的目標效果之間存在時間延遲，其中效果或事件例如是控制 效果或事件，諸如改變閥設置、觸發(fā)開關等，這是因為出于多種原因中的 任一種，事件的效果到達下游，即傳播到目的地要花費一定的有限時間。 例如，就打開水源來說，水管從源蓄水池到目標處的長度可能導致在目標 處接收水之前的可預測時間延遲，例如，傳i!Ul遲。
圖4B示出時間遲滯，其中效果(也位于圖中的原點處)花費有限量 的時間在目標處達到充分完全強度(例如，最大效果的95%)。例如，在 漿體混合容器中，在從容器汲出漿體之前，輸入到容器的水與生物質徹底 混合。因此，在某個特定時間到容器的水流量的改變將導致隨某個時間段 的過去而得到的混合漿體的水分改變，所述某個時間段稱為遲滯，并且假 設為穩(wěn)態(tài)，在過去遲滯時間之后，漿體水分含量將達到某個操作上接近的 值，例如95%。例如，在混合容器的情況下，t與容器的駐留時間成比例 (駐留時間例如是元素從輸入行進到輸出的平均時間),假設完全混合(或 接近完全混合)，例如，1 =漿體容器容積/^容器的漿體流量。
因此，在特定時間在上游進行的測量一般與在相同時間在下游進行的
17測量不對應，這樣，在優(yōu)選實施例中，上面提到的系統(tǒng)濾波器(system filter) 可以被用來調整或考慮過程隨著時間的過去而發(fā)生的情況，以及例如來自 回流的輸入的改變花費一些時間來影響下游漿體的改變的情況。換句話 說，可能需要濾波器來確保例如回流值的輸入值相對于例如漿體值的下游 值是一致或適當?shù)摹？梢詫V波器應用到例如回流值的輸入值等等，以修 改這些值，使得它們與例如漿體值的下游測量值相對應。
在一些實施例中，系統(tǒng)濾波器可以是一階濾波器，盡管在其它實施例 中，可以根據(jù)需要使用任何類型的系統(tǒng)濾波器。如本領域公知的，使用t: 的一階濾波器的例子是1/ (l+T )。這種濾波器通常^L應用到該過程的回流 值，例如Fb、 Db、 。/。Sb等，以改善時間延遲和時間遲滯的影響，如上所 述。
注意上面的表達式一般涉及在漿體剛出漿體容器之后就確定漿體流 量、密度以及成分的情況。在液化之后確定漿體值的情況下，可能需要其 它的項。例如，注意到因為快速蒸煮過程從漿體去除水蒸氣，所以在確定 流量時應該考慮該因素。例如，在表達式1 =容器容量/進入容器的流量中， 容量項必須包括漿體容器容量、液化容器容量以及來自傳輸管道、快速蒸 煮的傳輸損失、或更一般地，獲取附加容積或材料改變的輔助項。
類似地,如上所指出的，用來確定總研磨流量的物料衡算可以基于水， 而不是固體，這可能需要不同的參數(shù)或項，其中，特別是。/。W(水)，而 不是。/。S(固體)。研磨固體還可以稱為總研磨流量FM，其是指在特定時 間段內(例如，每天)由研磨機處理的(且最終轉化為生物燃料的)生物 質的量。因此，以其它方式表達
總研磨流量F*M = = SM/(1 - %WM/100) = SM+FM x %WM/100, (4)
其中，％WM=100-%SM，且其中，F(xiàn)*是由系統(tǒng)濾波器調整過的F。 應該注意等式(l)-(4)假設是穩(wěn)態(tài)條件。
在另一個實施例中，F(xiàn)M可以如下確定
WSL = FSL x DSL x %WSL/100， (5) 其中，WsL是指漿體的水?，F(xiàn)在，還可以是如下情形 wSL = WM + WCook + WSL
或者，在液化后的漿體的情況下，其中，Wc。。k是指總蒸煮水中的水，其可以通過(總)蒸煮水流量 Fc。。kx (總)煮水密度Dc。。k來確定，且其中，WFL是指快速蒸煮損失， 即在快速蒸煮過程中離開的水蒸氣。注意，如同其他項一樣，WFL可通 過測量、實驗分析來確定，或者可基于例如經驗數(shù)據(jù)、操作員直覺等來筒 單地進行假定。
類似地
WB = FB x DB x %WB/100, (7) 其中，WB是指回流的水。由此，
WM = WSL-\VCook—WB， (8) 或者，在液化后的漿體的情況下，
WM = W*SL-W*Cook-W*B + WFL = ^X,x%WM (9)
其中，W*SL， W*C。。k，以及W、(且或許WFL)通過適當?shù)南到y(tǒng)濾波 器被修正。
最后,可由此確定所述總研磨流量
FM = WM / %WM/100. (10)
應當注意，上述計算僅僅是示意性的，可以根據(jù)需要使用其他的功能 上等同的數(shù)學形式，關鍵是使用質量衡算考慮來確定總研磨流量。
注意，本發(fā)明的四個主要實施例涉及1)剛出漿體容器之后的漿體， 使用生物質固體的物料衡算，2)剛出漿體容器之后的漿體，使用生物質 水的物料衡算，3)剛液化之后的漿體，使用生物質固體的物料衡算，4)剛 液化之后的漿體，使用生物質水的物料衡算。當然，也可考慮其他實施例， 上述實施例僅是示例性的，并非旨在將在生物燃料生產過程中確定總研磨 流量中的物料衡算的應用限制為任何特定的測量或計算。
在212中，可將所確定的總研磨流量存儲在例如計算機的存儲介質 中。之后，所述總研磨流量可用于確定生物燃料生產過程中的生產效率。
例如，在一個實施例中，可將所確定的總研磨流量作為輸入提供給才莫 型預測控制器，并且模型預測控制器可基于所確定的總研磨流量來控制研 磨速率。附加地或者替選地，可將所確定的總研磨流量指示給生物燃料生料生產。如在過程控制技術領域中所公知的，該控制可以以循環(huán)的方式進 行。
由此，在一些實施例中，所述方法可包括4吏用所確定的總研磨流量控 制生物燃料生產過程中的研磨速率，以及以循環(huán)的方式將以下操作執(zhí)行多
次以控制生物燃料生產接收測量出的生物質漿體流量和漿體密度值，接 收漿體成分值，接收測量出的回流流量值，接收回流密度值，接收回流成 分值，確定漿體的生物質固體和/或水的量，確定回流的生物質固體和/或 水的量，確定總研磨流量，存儲所確定的總>^磨流量，以及控制生物燃料 過程中的研磨速率。
由此，在一些實施例中，實施上述方法的系統(tǒng)可包括一個或多個耦接 到裝有測量儀表的生物燃料生產工廠或過程的計算機，其中該方法的實施 例可通過可由一個或多個計算機執(zhí)行的程序指令來實現(xiàn)。以下參考圖5 和圖6提供有關自動化過程控制系統(tǒng)的進一步的詳細內容。
其它實施例
以下描述上述系統(tǒng)和方法的各個其它實施例，并且提出例示本發(fā)明的 變型的示例性技術和應用。
在一個實施例中，上述總研磨流量可結合通過不同手段得到的總研磨 流量值來使用。例如，可接收通過用于研磨機中的星式給料器確定或測量 的測量研磨流量值。作為另一個例子，可通過對原始生物質給料的重量測 量來確定測量到的研磨流量值，其中所述重量測量在從例如會計或后勤部 門或職能機構向研磨機給料之前進行，所述會計或后勤部門或職能機構例 如每日跟蹤提供給工廠的給料?？墒褂媒o料成分值來修正生物質的毛重， 所述給料成分值表示給料的水值百分比％WFS，或者相反地，表示給料的 固體百分比，其可通過實驗分析來確定(或者筒單地假定)。
然后，可將調整后的總研磨流量確定為所確定的總研磨流量和測量到 的研磨流量值的加權和。在一些實施例中，通過以加權和組合這些值，可 確定比任一單獨的組成值更精確的結果值。此種加權和的一個例子是
FjvT = aF勵+ bFMM， (11)
其中FM'是調整后的總研磨流量，F(xiàn)MD是所確定的總研磨流量(通 過圖2的方法)，F(xiàn)MM是總研磨流量的測量值，且其中，fl和6是和為1 的加權系數(shù)，例如.5和.5, .2和.8，等。通過為這些系數(shù)選M當?shù)闹?，例如，通過使這些系數(shù)適合于特定的工廠，可確定總研磨流量的更精確的 值。
由此，可通過加性偏置來確定調整后的總研磨流量FM'，由此對所確
定和測量的值進行加權并求和。例如，在優(yōu)選實施例中，生物燃料生產工 廠或過程可包括或耦接到計算裝置，例如， 一個或多個具有存儲器的計算 機或控制器，所述存儲器存儲可由處理器執(zhí)行的用以實現(xiàn)這里所述的方法 的實施例的程序指令。更具體地，在一個實施例中，所述程序指令可實現(xiàn)
如下計算或功能塊其被配置成接收所確定和測量的值并且還有可能接收 系統(tǒng)濾波器(或用于系統(tǒng)濾波器的參數(shù))，以及確定加權和，即調整后的 總研磨流量。在圖5中示出此示例性計算塊，其中，所確定的總研磨流量 和所測量的總研磨流量被輸入到該計算塊，且其中，所確定的總研磨流量 和所述測量的總研磨流量被輸入到所述計算塊，且其中，所測量的總研磨 流量首先被系統(tǒng)濾波器處理以使其與所確定的總研磨流量相稱，然后輸出 調整后的總研磨流量。注意，在一些實施例中，系統(tǒng)濾波器可以簡單地存 儲在計算塊中，由此，其無需被輸入。
在一些實施例中，所述方法可包括確定用于所確定的總研磨流量和 所測量的研磨流量值的標準化的加權值的這些加權系數(shù)。例如，在一個實 施例中，可以如下確定所述系數(shù)可接^指定時間段內生物質給料存量 變化的歷史值，以及所確定的總研磨流量和所測量的研磨流量的歷史值， 且可在該指定時間段內對其進行積分，以生成積分的總研磨流量和積分的 測量研磨流量。然后，可對積分的總研磨流量與積分的測量研磨流量的加 權和進行使所述加權和與所述歷史值之間的誤差最小化的回歸分析，以確 定加權系數(shù)。
應當注意，上述僅描述了用于確定加權系數(shù)的一個示例性技術，可以 根據(jù)需要使用任何其他的技術，其中包括統(tǒng)計或隨機搜索技術，例如模擬 退火、利維飛行等等。
然而，要注意的是，在其他實施例中，所述偏置可通過乘法偏置來實 現(xiàn)，其中，不是如上所述應用加權和的系數(shù)，其中所測量和所確定的項之 差的一部分可被用于調整測量的流量，所測量和所確定的項的乘法比率， 例如FMD / Fmm可被用于調整測量值以計算調整后的總研磨流量，例如
Fm' = Fmm x (FMd / FMM) x a， (12) 其中，a是可用于限制所述比率效果的加權系數(shù)，例如a =范圍{0..1}。
由此，可使用多種偏置技術中的任一種來確定調整后的總研磨流量， 上述技術僅是示例性的。
應當注意，在確定調整后的總研磨流量時，可以與上述(未經調整的) 總研磨流量相同的方式使用該值。換句話說，可將調整后的總研磨流量作
為輸入提供給模型預測控制器，并JL^型預測控制器可基于調整后的總研 磨流量來控制研磨速率。附加地或替選地，調整后的總研磨流量可被指示 給生物燃料生產過程的操作員，或可由該^作員用來控制生物燃料生產過 程中的生物燃料生產。如在過程處理技術領域中所公知的，該控制可以以 循環(huán)的方式進行。
由此，在一些實施例中，所述方法可包括使用調整后的總研磨流量控 制生物燃料生產過程中的研磨速率，以及以循環(huán)方式執(zhí)行以下操作多次以 控制生物燃料生產接收測量到的生物質漿體流量和漿體密度值，接收漿 體成分值，接收測量的回流流量值，接收回流密度值，接收回流成分值， 確定漿體的生物質固體和/或水的量，確定回流的生物質固體和/或水的量， 確定總研磨流量，存 整后的總研磨流量，以及控制生物燃料過程中的 研磨速率。
圖6-生物燃料生產過程的模型預測控制
如上所述，在優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)可包括一個或多個計算裝置，例如 計算機，被配置用于存儲和執(zhí)行實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的程序指令。例如， 除了執(zhí)行圖2的方法的實施例之外，所述程序指令還可執(zhí)行用于實現(xiàn)可執(zhí) 行用于如上所述接收所確定的總研磨流量(其可包括調整后的總研磨流 量)作為輸入的模型預測控制器，以及基于所確定的總研磨流量來控制研 磨速率。
圖6示出了用于生物燃料生產工廠614的自動化控制系統(tǒng)的筒化圖。 如圖所示，所述系統(tǒng)可包括一個或多個與被控制的生物燃料工廠614交互 作用的計算機系統(tǒng)612。所述計算機系統(tǒng)612可表示執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明各實 施例的軟件程序的各種類型的計算機系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡中的任一種。 如所指出的，所述計算機系統(tǒng)存儲(和執(zhí)行)實現(xiàn)本發(fā)明實施例的軟件， 包括用于如上所述確定生物燃料工廠614中的總研磨流量(其可包括調整 后的總>^磨流量)的軟件。所述軟件程序可執(zhí)行上^總研磨流量的確定， 且還可執(zhí)行用于生物燃料工廠614的控制或管理功能，例如，可能包括研磨過程的建模、預測、最佳化和/或控制的各個方面。由此，所述控制系
測模型控制。所述系統(tǒng)可進一步提供用于使用最佳化解決器(即優(yōu)化器) 進行最佳決策以及進行例如這些決策以控制工廠的環(huán)境。
由此，所述系統(tǒng)可提供用于以下調度過程的環(huán)境程序化地檢索與所 述工廠的過程相關的過程信息616,并且如上所述地確定總研磨流量(其 可包括調整后的研磨流量)，以及產生動作618 (例如控制動作)，以控制 生物燃料生產過程，例如包括控制生物燃料工廠或過程的研磨率。
所述一個或多個計算機系統(tǒng)612優(yōu)選地包括其上存儲有根據(jù)本發(fā)明 的計算枳4呈序的存儲介質。換句話說，這里描述的方法的實施例可通過軟 件來實現(xiàn)，其中，所述軟件存儲在所述系統(tǒng)中或與該系統(tǒng)耦接的存儲介質 上。術語"存儲介質"旨在包括各種類型的存儲器或儲存器，包括安裝介 質，例如，CD-ROM或軟盤， 一個或多個計算機系統(tǒng)存儲器或隨機訪問 存儲器，例如DRAM, SRAM, EDO RAM, Rambus RAM等，或者如磁介 質的非易失性存儲器，例如硬盤驅動器或光學存儲器。所述存儲介質也可 包括其他類型的存儲器或其組合。此外，所述存儲介質可位于其中執(zhí)行程
序的第一計算機內，或可位于通過網(wǎng)絡連接到所述第一計算機的不同的第
二計算機內。在后一情況下，所述第二計算機向第一計算積41供用于執(zhí)行 的程序指令。所述存儲介質可包括可能分布于多個計算機系統(tǒng)中的多個存 儲介質。
此外，如上指出的，所述計算機系統(tǒng)612可采取多種形式，包括個人 計算機系統(tǒng)、主計算機系統(tǒng)、工作站、嵌入式控制器、網(wǎng)絡設備、因特網(wǎng) 設備或其他設備。 一般地，術語"計算機系統(tǒng)"可被廣義地限定為包括具 有執(zhí)行來自存儲介質的指令的處理器(多個處理器)的任何設備(或設備 的集合)。
所述存儲介質(其可包括多個存儲介質)優(yōu)選存儲一個或多個用于執(zhí) 行上述方法的實施例的軟件程序，且還可實現(xiàn)模型預測控制和最佳化的各 個方面。所述軟件程序優(yōu)選地使用基于組件的技術和/或面向對象的技術 來實現(xiàn)。例如，可根據(jù)需務使用ActiveX控制、C++對象、Java對象，微 M礎類(MFC)或其他技術或方法來實現(xiàn)所述軟件程序。所述軟件程序 還可根據(jù)需要包括一個或多個非線性模型，例如人工神經網(wǎng)絡、支撐矢量 機等。執(zhí)行來自存儲介質的代碼和數(shù)據(jù)的CPU，例如主機CPU，包括用 于創(chuàng)建和執(zhí)行根據(jù)下述方法或流程的軟件程序的裝置。在一些實施例中，如上所指出的，所述一個或多個計算機系統(tǒng)可實現(xiàn)一個或多個控制器。
應當注意，如這里所使用的，所述術語"最大"、"最小"以及"最佳" 可分別指"基本上最大"、"基本上最小"以及"基本上最佳，，，其中，"基 本上"是指在理論極值、最佳值或目標值的某一可接受的限度之內的值。
例如，在一個實施例中，"基本上"可表示在理論值的10%以內的值。 在另一個實施例中，"基本上，，可表示在理論值的5%以內的值。在另一 實施例中，"基本上，，可表示在理論值的2%以內的值。在又一實施例中， "基本上，，可表示在理論值的1%以內的值。換句話說，在所有實際的 情況下(非理論的)，存在最終和中間控制元件的物理限制，對用于穩(wěn)定 控制的可接受時間頻率的動態(tài)限制，或基于當前理解的化學和物理關系的 基本限制。在這些限制之內，所述控制系統(tǒng)通常將試圖實現(xiàn)最佳操作，即 以盡可能靠近的目標值或約束(最大或最小)來進行操作。
用于生物燃料生產過程的虛擬分析器
在一些實施例中，可通過虛擬在線分析器(VOA)來實現(xiàn)上述方法。典 型的VOA是計算機實現(xiàn)的過程，通過該過程可估計或計算通過直接測量 不易獲得的過程的值或M，用于替代測量的數(shù)據(jù)進行使用。在本發(fā)明的 一些實施例中，可以通過VOA來執(zhí)行如上所述的對總研磨流量(和/或調 整后的總研磨流量)的確定。
由此，上述系統(tǒng)和方法的實施例可用來確定生物燃料生產過程的總研 磨流量(其可包括調整后的總研磨流量)，然后可利用其以基本最佳的方 式來操作生物燃料過程。
盡管已結合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，然而本發(fā)明的系 統(tǒng)和方法并非限于這里提出的特定的形式，相反地，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法 可以覆蓋這樣的替換、修改和等同內容，如可以合理地包括在由所附權利 要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內的那樣。
權利要求
1.一種用于在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量的計算機實現(xiàn)的方法，該方法包括接收(202)來自由一個或多個碾磨機、回流、以及至少一個水源供給的過程的測量到的生物質漿體流量值和漿體密度值，其中，所述過程包括一個或更多個漿體混合或保存容器，并且所述漿體包括生物質固體和水；接收(202)表示所述漿體的生物質固體百分比的漿體成分值；接收(204)測量到的回流流量值；接收(204)回流密度值；接收(204)表示所述回流的生物質固體百分比的回流成分值；基于測量到的生物質漿體流量值和漿體密度值以及所述漿體成分值確定(206)所述漿體的生物質固體和/或水的量；基于測量到的回流流量值、所述回流密度值、所述回流成分值、以及表征所述回流流量的測量和所述生物質漿體流量的測量之間的時間延遲和時間遲滯的系統(tǒng)濾波器，確定(208)所述回流的生物質固體和/或水的量；基于所述漿體的生物質固體和/或水的量以及所述回流的生物質固體和/或水的量確定(210)總碾磨流量；以及存儲(212)所確定的總碾磨流量，其中，所述總碾磨流量能夠用于確定所述生物燃料生產過程中的生產效率。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，還包括 將所確定的總碾磨流量作為輸入提供給模型預測控制器；以及 所述模塊預測控制器基于所確定的總碾磨流量控制碾磨速率。
3. 根據(jù)權利要求l所述的方法，還包括將所確定的總碾磨流量指示給所述生物燃料生產過程的操作員；其中，所確定的總碾磨流量能夠由所述操作員用于控制所述生物燃料 生產過程中的生物燃料生產。
4. 根據(jù)權利要求l所述的方法，還包括使用所確定的總碾磨流量控制所述生物燃料生產過程中的碾磨速率；以及以循環(huán)的方式多次執(zhí)行所述接收測量到的生物質漿體流量值和漿體 密度值、所述接收漿體成分值、所述接收測量到的回流流量值、所述接收 回流密度值、所述接收回流成分值、所述確定所述漿體的生物質固體和/ 或水的量、所述確定所述回流的生物質固體和/或水的量、所述確定總碾 磨流量、所述存儲所確定的總碾磨流量、以及所述控制所述生物燃料過程 中的碾磨速率，以控制生物燃料生產。
5. 才艮據(jù)權利要求l所述的方法，還包括 接收測量到的碾磨流量值；將調節(jié)后的總碾磨流量確定為所確定的總碾磨流量和所測量的碾磨 流量值的加權和。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括確定用于所確定的總碾磨流量和所測量的碾磨流量值的標準化加權 和的加權系數(shù)，包括接收在指定時間段內的生物質給料存量變化的歷史值；接收所確定的總碾磨流量和所測量到的碾磨流量的歷史值；在所述指定時間段內對所確定的總碾磨流量和所測量到的碾磨 流量的歷史值進行積分，以生成積分的總碾磨流量和積分的測量碾磨 流量；以及對所述積分的總碾磨流量與積分的測量碾磨流量的加權和執(zhí)行 使所述加權和與所述歷史值之間的誤差最小化的回歸分析以確定所 述加權系數(shù)。
7. 根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括將所述調節(jié)后的總碾磨流量作為輸入提供給員預測控制器；以及 所ii^塊預測控制器基于所述調節(jié)后的總碾磨流量控制碾磨速率。
8. 根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括 將調節(jié)后的總碾磨流量指示給所述生物燃料生產過程的IMt員；其中，所述調節(jié)后的總碾磨流量能夠由所述^作員用于控制所述生物 燃料生產過程中的生物燃料生產。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括使用所述調節(jié)后的總碾磨流量控制所述生物燃料生產過程中的碾磨 速率；以及以循環(huán)的方式多次執(zhí)行所述接收測量到的生物質漿體流量值和漿體 密度值、所述接收漿體成分值、所述接收測量到的回流流量值、所述接收 回流密度值、所述接收回流成分值、所述確定所述漿體的生物質固體和/ 或水的量、所述確定所述回流的生物質固體和/或水的量、所述確定總碾 磨流量、所述存儲所確定的總碾磨流量、接收測量到的碾磨流量值、所述 確定調節(jié)后的總碾磨流量、以及所述控制所述生物燃料過程中的碾磨速 率，以控制生物燃料生產。
全文摘要
用于在生物燃料生產過程中確定總碾磨流量(TMF)的系統(tǒng)和方法。接收來自由碾磨機、回流和至少一個水源供給的過程的、測量到的漿體流量值和密度值。漿體包括生物質固體和水。接收測量到的回流流量值和密度值以及回流成分值，以及接收表示漿體的生物質固體百分比的漿體成分值?；跐{體流量、密度和成分確定漿體的生物質固體和/或水的量，并且基于回流流量和密度、回流成分、以及表征回流流量和生物質漿體流量的測量之間的時間延遲和遲滯的系統(tǒng)濾波器確定回流的生物質固體和/或水的量。基于漿體和回流的生物質固體和/或水的量確定總碾磨流量。
文檔編號G05B19/418GK101539777SQ200910129650
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權日2008年3月20日
發(fā)明者布賴恩·K·斯蒂芬森, 帕特里克·D·諾爾, 馬伊納·A·馬查里亞 申請人:洛克威爾自動控制股份有限公司