利用嵌入到自動化軟件中的比例-積分-微分（PID）整定工具，有助于識別理想的整定值，并在無需干擾過程的情況下對其進(jìn)行維護(hù)。

考慮過程工業(yè)的變化以確保一致性，需要 審慎的控制回路整定，在更復(fù)雜的場景 中，可能需要先進(jìn)的過程控制策略。在過程工 業(yè)中，產(chǎn)品組份、生產(chǎn)率甚至人員的變化都是 常態(tài)。過程受到各種因素的干擾，會影響質(zhì)量和性能。許多工廠都在盡力配置足夠的人員， 來執(zhí)行回路整定和高級控制。

企業(yè)不需要為了監(jiān)控和整定控制回路而調(diào)整人員配置和進(jìn)度表，這樣調(diào)整可能會延 遲其它關(guān)鍵工作。許多組織希望控制系統(tǒng)（過程運(yùn)營的核心技術(shù)）成為一種戰(zhàn)略工具，以幫助維持適當(dāng)?shù)谋壤?- 積分 - 微分（PID） 整定。

使用集成到現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的 PID 整定工具，過程控制人員可以根據(jù)需要來整定過程以適應(yīng)變化，并自動整定過程以獲得更好的性能和質(zhì)量。使用控制系統(tǒng)集成 PID 的那些工廠，通常在產(chǎn)量、能源成本、質(zhì)量變化和設(shè)備可用性方面具有明顯優(yōu)勢（圖 1）。

▎圖 1 ：經(jīng)過適當(dāng)整定的控制器，可帶來顯著的運(yùn)營優(yōu)勢。圖片來源：Emerson

嵌入式回路整定工具實(shí)現(xiàn)更輕松的控制

市場上有各種各樣的工具，可幫助相關(guān)人員更好地整定工廠過程的控制回路，這會使選擇變得困難。性能、成本和易用性的最佳組合，通常來自嵌入控制系統(tǒng)自帶的控制回路整定工具，因?yàn)榧苫芈氛夹g(shù)可以利用已存儲在控制系統(tǒng)中的所有配置數(shù)據(jù)。這有助于確保從執(zhí)行回路整定時，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就正確無誤，無論人員對過程或控制回路做出何種更改，這些數(shù)據(jù)都會自動同步。

工程單位、整定變更、回路標(biāo)簽、過程變量縮放比例和其它 PID 選項，在過程值變化時自動更新并反映在嵌入式整定工具中。這減少了維護(hù)回路所需的人員數(shù)量，并可以減少或消除數(shù)據(jù)輸入錯誤的風(fēng)險。

使用外部工具時，復(fù)制控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、修改數(shù)據(jù)庫和設(shè)置復(fù)制所需的服務(wù)會增加成本、時間和出錯的可能性。相反，如果控制系統(tǒng)中已經(jīng)安裝了嵌入式回路整定工具，就消除了重復(fù)工作。設(shè)置一個集成系統(tǒng)，通常只需要點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)就能激活軟件。

發(fā)電廠中的按需整定

對于一個近 50% 的控制回路表現(xiàn)不佳的電廠來說，運(yùn)營人員發(fā)現(xiàn)自己花了太多的時間來處理麻煩的回路。工程團(tuán)隊在其控制系統(tǒng)上使用嵌入式工具包來識別回路動態(tài)，甚至整定工廠中最復(fù)雜的回路。

使用直接從控制系統(tǒng)收集并情境化的過程數(shù)據(jù)和配置細(xì)節(jié)，團(tuán)隊創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)化的方法來識別控制性能問題的根源，并開發(fā)了適當(dāng)?shù)幕芈氛▍?shù)。

實(shí)施嵌入式控制回路整定，可以顯著提高整個工廠的性能。更好的 PID 調(diào)節(jié)改善了工廠的控制性能，提高了產(chǎn)量，同時降低了能源成本，質(zhì)量也更穩(wěn)定。

過程感知推動更平穩(wěn)的過程變更

導(dǎo)致控制環(huán)路調(diào)整占用大量時間的主要因素之一是需要手動操作，以保持過程感知并了解變化對生產(chǎn)的影響。如果生產(chǎn)參數(shù)變更時，過程動態(tài)隨之發(fā)生變化，則PID 整定參數(shù)也必須隨之變化，從而確保最佳性能。

在執(zhí)行閉環(huán)控制時，最先進(jìn)的回路整定工具使用過程學(xué)習(xí)工具來開發(fā)可靠的過程模型。這些過程學(xué)習(xí)工具全天候在后臺運(yùn)行，識別過程模型并與當(dāng)前模型進(jìn)行比較。當(dāng)過程動態(tài)發(fā)生變化并偏離現(xiàn)有模型而導(dǎo)致問題時，自適應(yīng)整定系統(tǒng)會提醒電廠人員，需要執(zhí)行進(jìn)一步的整定。運(yùn)行人員或工程師可以利用該界面，根據(jù)新的過程模型更新整定參數(shù)。

自適應(yīng)整定，不僅可以使工廠人員對必要的 PID 整定保持警覺，而且無需人員手動監(jiān)控回路整定，還可以幫助運(yùn)行和過程控制人員預(yù)測過程性能。如果自適應(yīng)整定軟件過于頻繁地提醒運(yùn)行人員需要進(jìn)行新的整定，團(tuán)隊可以很快看到過程動態(tài)中正在發(fā)生變化。然后，他們可以將過程模型的參數(shù)與當(dāng)前或過去的狀態(tài)變量進(jìn)行比較，以識別模式和關(guān)系，并確定導(dǎo)致這些問題的根本原因。

聚合物工廠的嵌入式整定

在大型聚合物工廠，反應(yīng)爐溫度控制系統(tǒng)性能不佳會觸發(fā)安全系統(tǒng)動作，從而導(dǎo)致反應(yīng)爐停機(jī)。反應(yīng)爐啟動時間長，頻繁的產(chǎn)品配方變化，都會加劇這一問題，從而導(dǎo)致溫度穩(wěn)定時間較長。

由于不同的產(chǎn)品配方需要不同的整定，因此減少反應(yīng)爐停爐并不像為漿液回路創(chuàng)建一個“一勞永逸”的整定策略那么簡單。相反，該團(tuán)隊轉(zhuǎn)而使用嵌入控制系統(tǒng)中的回路整定工具包，來測量不同產(chǎn)品配方組的反應(yīng)爐及其冷卻劑系統(tǒng)的復(fù)雜過程動力學(xué)。然后，使用自適應(yīng)系統(tǒng)管理不同產(chǎn)品配方的整定。

嵌入式整定過程提高了過程性能。運(yùn)營團(tuán)隊將啟動和產(chǎn)品配方變更時間縮短了 40%，一些產(chǎn)品的生產(chǎn)率提高了 35%。

整定交互回路

在一些復(fù)雜的工藝過程中，手動整定是不夠的。在這些過程中，多個 PID 回路之間存在高水平的交互?；蛘?，在其它情況下，運(yùn)行人員通過控制約束來優(yōu)化過程，并嘗試將這些參數(shù)盡可能接近最小或最大值，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。在這些以及其它復(fù)雜的控制環(huán)境中，團(tuán)隊通常轉(zhuǎn)向自適應(yīng)過程控制。

自適應(yīng)控制使用來自過程學(xué)習(xí)的信息，該信息識別過程模型中與特定狀態(tài)變量相關(guān)的變化。自適應(yīng)控制自動更改狀態(tài)變量多個區(qū)域的 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)，以保持所需的回路響應(yīng)，無需手動干預(yù)。運(yùn)行人員的工作更多聚焦于監(jiān)督的角色，這使他們能夠騰出時間完成其它任務(wù)。該過程更穩(wěn)定，產(chǎn)量更高，還有助于確保更穩(wěn)定的質(zhì)量。

天然氣工廠的自適應(yīng)控制

在一家大型天然氣工廠中，由于關(guān)鍵控制回路超出其設(shè)定值或圍繞其振蕩，因此未能達(dá)到質(zhì)量規(guī)范的要求。運(yùn)行人員被迫頻繁干預(yù)以進(jìn)行調(diào)整，或者將回路保持在手動模式下運(yùn)行。過程中斷不僅導(dǎo)致報警、跳閘和釋放閥打開，而且頻繁的變化也縮短了工廠控制閥和其它設(shè)備的壽命。

作為控制系統(tǒng)升級的一部分，過程控制人員實(shí)施了自適應(yīng)控制。使用嵌入到其新控制系統(tǒng)中的自適應(yīng)整定和控制軟件，控制器在整個工作范圍內(nèi)保持了所需的響應(yīng)，并減少了波動。

如今，工廠的回路保持在自動模式下，并在整個運(yùn)行范圍內(nèi)保持良好的性能。流量、溫度和組份等得到更精確的控制，改善了產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、能耗、運(yùn)行人員效率和設(shè)備壽命。

利用控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

適當(dāng)整定的控制回路，對于高效的運(yùn)營至關(guān)重要。在當(dāng)今的環(huán)境中，存在人員短缺的問題，同時對性能的期望值也在不斷增加，執(zhí)行手動 PID 調(diào)節(jié)不再是最佳解決方案。幸運(yùn)的是，處于運(yùn)營核心的工具，即工廠的控制系統(tǒng)，包含并管理維護(hù)適當(dāng)整定的回路所需的所有數(shù)據(jù)。

此外，即使在最復(fù)雜的環(huán)境中，最先進(jìn)的控制系統(tǒng)也已經(jīng)包含了解鎖數(shù)據(jù)價值所需的工具，可以更快、更容易地進(jìn)行 PID 整定，并實(shí)施先進(jìn)的控制策略來提高性能。

通過控制系統(tǒng)中可用的強(qiáng)大軟件和情境化數(shù)據(jù)，可以有效幫助企業(yè)提高質(zhì)量、產(chǎn)量，降低能耗，同時讓經(jīng)驗(yàn)豐富的人員專注于其它更重要的任務(wù)。

關(guān)鍵概念：

■ 探索嵌入式回路整定工具如何提供更易于使用的控制。

■ 了解過程警覺如何推動更平穩(wěn)的過程變化。

■ 學(xué)習(xí)嵌入式整定優(yōu)化、交互式回路。

思考一下：

您是否重新考慮過控制回路優(yōu)化的策略？

審核編輯：劉清