嵌入式回路整定工具實(shí)現(xiàn)更輕松的控制

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

考慮過(guò)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(chǎng)景 中，可能需要先進(jìn)的過(guò)程控制策略。在過(guò)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(guò)程受到各種因素的干擾，會(huì)影響質(zhì)量和性能。許多工廠都在盡力配置足夠的人員， 來(lái)執(zhí)行回路整定和高級(jí)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(huì)延 遲其它關(guān)鍵工作。許多組織希望控制系統(tǒng)（過(guò)程運(yùn)營(yíng)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(guò)程控制人員可以根據(jù)需要來(lái)整定過(guò)程以適應(yīng)變化，并自動(dòng)整定過(guò)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(shì)（圖 1）。

▎圖 1 ：經(jīng)過(guò)適當(dāng)整定的控制器，可帶來(lái)顯著的運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)。圖片來(lái)源：Emerson

嵌入式回路整定工具實(shí)現(xiàn)更輕松的控制

市場(chǎng)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(guò)程的控制回路，這會(huì)使選擇變得困難。性能、成本和易用性的最佳組合，通常來(lái)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(chǔ)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(shí)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)就正確無(wú)誤，無(wú)論人員對(duì)過(guò)程或控制回路做出何種更改，這些數(shù)據(jù)都會(huì)自動(dòng)同步。

工程單位、整定變更、回路標(biāo)簽、過(guò)程變量縮放比例和其它 PID 選項(xiàng)，在過(guò)程值變化時(shí)自動(dòng)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(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

使用外部工具時(shí)，復(fù)制控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、修改數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)置復(fù)制所需的服務(wù)會(huì)增加成本、時(shí)間和出錯(cuò)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(gè)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(duì)于一個(gè)近 50% 的控制回路表現(xiàn)不佳的電廠來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)人員發(fā)現(xiàn)自己花了太多的時(shí)間來(lái)處理麻煩的回路。工程團(tuán)隊(duì)在其控制系統(tǒng)上使用嵌入式工具包來(lái)識(shí)別回路動(dòng)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(guò)程數(shù)據(jù)和配置細(xì)節(jié)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)化的方法來(lái)識(shí)別控制性能問(wèn)題的根源，并開(kāi)發(fā)了適當(dāng)?shù)幕芈氛?a target="_blank">參數(shù)。

實(shí)施嵌入式控制回路整定，可以顯著提高整個(gè)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(shí)降低了能源成本，質(zhì)量也更穩(wěn)定。

過(guò)程感知推動(dòng)更平穩(wěn)的過(guò)程變更

導(dǎo)致控制環(huán)路調(diào)整占用大量時(shí)間的主要因素之一是需要手動(dòng)操作，以保持過(guò)程感知并了解變化對(duì)生產(chǎn)的影響。如果生產(chǎn)參數(shù)變更時(shí)，過(guò)程動(dòng)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(shí)，最先進(jìn)的回路整定工具使用過(guò)程學(xué)習(xí)工具來(lái)開(kāi)發(fā)可靠的過(guò)程模型。這些過(guò)程學(xué)習(xí)工具全天候在后臺(tái)運(yùn)行，識(shí)別過(guò)程模型并與當(dāng)前模型進(jìn)行比較。當(dāng)過(guò)程動(dòng)態(tài)發(fā)生變化并偏離現(xiàn)有模型而導(dǎo)致問(wèn)題時(shí)，自適應(yīng)整定系統(tǒng)會(huì)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(guò)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(duì)必要的 PID 整定保持警覺(jué)，而且無(wú)需人員手動(dòng)監(jiān)控回路整定，還可以幫助運(yùn)行和過(guò)程控制人員預(yù)測(cè)過(guò)程性能。如果自適應(yīng)整定軟件過(guò)于頻繁地提醒運(yùn)行人員需要進(jìn)行新的整定，團(tuán)隊(duì)可以很快看到過(guò)程動(dòng)態(tài)中正在發(fā)生變化。然后，他們可以將過(guò)程模型的參數(shù)與當(dāng)前或過(guò)去的狀態(tài)變量進(jìn)行比較，以識(shí)別模式和關(guān)系，并確定導(dǎo)致這些問(wèn)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(huì)觸發(fā)安全系統(tǒng)動(dòng)作，從而導(dǎo)致反應(yīng)爐停機(jī)。反應(yīng)爐啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，頻繁的產(chǎn)品配方變化，都會(huì)加劇這一問(wèn)題，從而導(dǎo)致溫度穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。

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(gè)“一勞永逸”的整定策略那么簡(jiǎn)單。相反，該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)而使用嵌入控制系統(tǒng)中的回路整定工具包，來(lái)測(cè)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(guò)程動(dòng)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(guò)程提高了過(guò)程性能。運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)將啟動(dòng)和產(chǎn)品配方變更時(shí)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(guò)程中，手動(dòng)整定是不夠的。在這些過(guò)程中，多個(gè) 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(guò)控制約束來(lái)優(yōu)化過(guò)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(duì)通常轉(zhuǎn)向自適應(yīng)過(guò)程控制。

自適應(yīng)控制使用來(lái)自過(guò)程學(xué)習(xí)的信息，該信息識(shí)別過(guò)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(dòng)更改狀態(tài)變量多個(gè)區(qū)域的 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)，以保持所需的回路響應(yīng)，無(wú)需手動(dòng)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(shí)間完成其它任務(wù)。該過(guò)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(dòng)模式下運(yùn)行。過(guò)程中斷不僅導(dǎo)致報(bào)警、跳閘和釋放閥打開(kāi)，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(jí)的一部分，過(guò)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(gè)工作范圍內(nèi)保持了所需的響應(yīng)，并減少了波動(dòng)。

如今，工廠的回路保持在自動(dòng)模式下，并在整個(gè)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(shì)

適當(dāng)整定的控制回路，對(duì)于高效的運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。在當(dāng)今的環(huán)境中，存在人員短缺的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)性能的期望值也在不斷增加，執(zhí)行手動(dòng) PID 調(diào)節(jié)不再是最佳解決方案。幸運(yùn)的是，處于運(yùn)營(yíng)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(jià)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(lái)提高性能。

通過(guò)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(shí)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(guò)程警覺(jué)如何推動(dòng)更平穩(wěn)的過(guò)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(guò)控制回路優(yōu)化的策略？

審核編輯：劉清