控制回路优化研究进展

栏: 循环优化器产品

曾几何时，“控制回路优化”意味着为工厂中的所有PID控制器选择比例、积分和导数整定参数，从而单独优化每个回路的闭环性能。循环调优仍然是循环优化的关键因素，但由于最近控制理论和商业软件产品的进步，现在可以优化整个工厂的控制操作，以最大限度地提高整体盈利能力，而不仅仅是单个循环性能。

正如ExperTune市场营销和产品开发副总裁George Buckbee所说，“控制系统人员正在使用控制回路监控和性能监督软件来产生可衡量的经济效益。如今的循环优化软件专注于提供有意义的、可操作的指标，将结果传递到底线和图形工具，将用户的注意力集中在最经济的重要问题上，从而帮助他们将时间和精力集中在他们可以做出最大改进的领域。”参见图表，“循环优化的典型改进。(PlantTriage软件由ExperTune开发

ControlSoft技术开发经理Alireza Haji-Valizadeh博士补充道，如今的循环性能监测和诊断工具可以:

• 提供自动和手动循环调优和分析工具;

• 跟踪工厂中所有的循环，无论什么平台或供应商;

• 执行非侵入式、连续的在线性能分析;

• 生成可定制的循环性能指标，如误差分布、绝对误差积分、过程可变性和经济影响;而且,

• 通过Web向工厂业务层次结构的所有级别分发循环性能报告。

循环维护等

Haji-Valizadeh指出，他公司的InTune软件(版本5)提供了所有这些功能以及能够解决维护问题的工具，例如:

• 循环的性能如何预示未来的维护需求;

• 应如何分配循环维护工作，以实现投资回报最大化;

• 哪个问题循环有最大的改进空间;而且,

• 如何在工厂范围内持续优化循环。

霍尼韦尔过程解决方案高级解决方案全球服务营销经理Steve Johansen指出，霍尼韦尔的Loop Scout是一个全面的环路管理工作流程解决方案，包含环路分析工具、阀门诊断、基于鲁棒控制理论的调谐包以及PID控制的替代技术。

Loop Scout收集整个工厂的过程值、设定值、控制器输出和控制回路配置数据;然后为每个循环生成性能报告。专家指导工具引导新手用户浏览数据，并提供额外的测试，以确定是否存在维护问题(例如阀门中的阻力)、调优问题或控制策略本身的问题。

“Loop Scout已经发展到用户不需要理解底层技术的地步。他只需要深入到影响决策的具体信息。用户可以选择他想要对循环进行排名和排序的特征——检测到的每个问题的严重程度，每个循环的总体性能(好、一般、差等)，或者在业务指标方面最大的改进机会，”Johansen说。

Emerson Process Solutions的DeltaV产品营销经理John Caldwell补充道，DeltaV InSight是一种在线流程建模工具，可以根据正常的日常操作自动学习流程，然后监控性能，识别和诊断问题循环;它还建议优化和维护改进。他还指出，自适应控制、高级诊断和性能报告方面的新发展计划将于今年晚些时候发布，即DeltaV 10.3版

霍尼韦尔过程解决方案公司最近进行的一项调查表明，几乎三分之一的控制回路至少以“可接受”的性能运行。

更好，但不完美

无论是由于回路优化技术的进步还是其他原因，整个过程工业的控制回路性能都有了一些改进。受访者的平均回答是1996年控制工程调查报告称，大约55%的控制回路运行在闭环模式，而不是手动或开环模式。在闭环运行中，45%被认为是优化的。

最近，霍尼韦尔过程解决方案公司(Honeywell Process Solutions)对PID控制器进行的一项调查显示，64%的PID控制器运行在闭环中，其中50%调整为提供“优秀”或“可接受”的性能。正如图表所示，这仍然有很大的改进空间。然而，循环优化工具并不总是实现额外控制器性能的最佳方法。

还需要手动调优

控制系统工程公司SBL Systems的管理合伙人马特·莱尔斯(Matt Lyles)说:“我曾经使用过一个商业循环调优包，但发现它对我试图调优的特定循环没有多大用处。”他怀疑循环中的大量死时间可能是问题所在，因此他求助于一种经过验证的手动调优技术。

Lyles补充道:“我可以看到，在某些关键流程中，对循环进行调优的时间有限，需要好的循环调优器或衍生工具。”“通常情况下，我使用的循环并不关键，让我有足够的时间，甚至浪费了产品来完成循环。”

Barry D. Payne & Associates的过程控制顾问Barry Payne对循环管理软件也有复杂的感觉。“我们发现，如果软件所应用的控制回路运行正常，并且使用软件的人已经了解该过程的‘正常响应’是什么，那么调优软件是有用的。

“如果在使用调优软件时，环路受到重大的不可测量的干扰，或者如果一个或多个终端设备出现故障，那么调优软件(至少由一些大型DCS制造商提供)可能会给出不可预测的和经常错误的结果。”

他引用了一个例子，一个基于dcs的自动环路调谐器未能识别到它为特定过程确定的非常低的模型增益是由于仪器故障而不是实际的过程动态。“任何有调优这种简单循环的经验的人都会很快意识到有一个错误。自动调优软件可能很有用，但只有在结合调优特定类型应用程序的经验使用时才有用。对于那些很少或根本没有循环调优和故障排除技能的人来说，这不是一个‘简单的按钮’。”

好处	典型的范围	保守的范围
来源:控制工程与数据来自ExperTune
能源减少	0.5%至2%	0.5%至1%
生产增加	1 - 10%	1 - 2%
阀门维护预算	减少10%至50%	10%至20%
质量改进	5%至50%的改善	5%至10%
绩效监督的投资回报率	3至9个月	1 - 2年

Vance VanDoren是控制工程。联络他的地址是controleng@msn.com．

循环优化器产品

循环优化软件可从各种各样的来源。有些是通用的，有些是为特定的控制平台设计的。

PlantTriage由ExperTune

软件

罗克韦尔自动化公司的RSLoop优化器

优化工具分析和调整Allen-Bradley PLC-5, SLC 500和Logix控制器中的PID循环，以减少过程可变性，提高生产力，并最大限度地提高效率。

PCS 7 PID调谐器，西门子能源与自动化

西门子PCS 7分布式控制系统的一个选项可帮助用户确定PID, PI和P控制回路的定义步骤中的最佳整定参数。

ABB优化IT循环性能管理器

软件工具可帮助控制工程师和过程操作员启动、诊断和维护ABB和竞争对手系统上的控制回路。

从Matrikon控制性能监视器

基于状态的应用程序监视、识别、诊断和纠正所有工厂层的控制资产问题，并在一个平台内提供监控、调优和建模功能。

Windows伺服设计套件从Galil运动控制

软件采用闭环频率响应测试生成PID参数，优化Galil运动控制系统的性能。

贝加莱自动化自动化工作室

自动调优功能优化配置控制器的Acopos多驱动器系统，并允许专家用户自定义调优个别控制循环。

来自OSIsoft的PI控制监视器

四个基本的测量-过程变量，设定值，控制器输出，和开/关控制标志-被监视，以警告操作人员时，控制系统出现故障。

来自工厂自动化服务的ControlWizard和TuneWizard

ControlWizard提供无创的控制问题识别，检测不良的控制环路性能，故障排除，目标维护工作，并提高产品质量。TuneWizard提供数据采集、过程和控制阀诊断、过程识别、控制器调优、控制回路模拟和报告编写。

来自BESTune。com

软件可以确定工厂的PID循环是否得到了最佳调整，以及重新调整它们的潜在好处有多大。

ControlMonitor，模型ID和PID整定从控制艺术

ControlMonitor自动确定哪些循环需要注意，提供关于哪些循环没有执行以及如何修复问题的详细报告。模型ID和PID整定包生成过程的动态模型，并通过一些简单的工厂测试快速计算出最佳PID参数。

来自Lambda控件的控制循环助手

过程控制优化工具包括循环调优软件、数据采集硬件和数据分析软件。

Loop-Pro软件

一套软件模块提供PID控制器整定、数据分析、建模和控制环路策略设计、仿真和培训。

来自piccontrol Solutions Co.的Aprom。

在线软件计算每个控制循环超过25个性能标准，然后生成一个在0到100之间的单一“等级”因素，以指示整个循环的性能。

来自Artcon Inc.的Pitops-PID。

过程识别和控制器调谐优化模拟器调整所有PID循环从毫秒的时间框架到几个小时的时间常数。

来自Techmation的Protuner

硬件和软件系统记录和分析动态测试数据，以排除故障，调优和优化单回路和复杂的多变量调节控制系统。

来自ACT的TOPAS

软件允许用户开发、调优、优化和排除基本和高级控制循环的故障，以在更短的时间内产生更好的性能。

Givens控制工程公司的Tune-Plus

调谐器分析碰撞测试数据，并根据Lambda调谐方法和用户对控制速度的规范推荐循环调谐参数。

来自控制站的Loop-Pro产品套件

直观的流程建模和调优模块简化了PID控制，因此用户可以优化工厂操作并提高业务关键流程的性能。

Contek Systems Ltd的U-Tune PID整定包

调优算法考虑了过多的噪声和干扰，并为过程控制工程师提供了过程识别阶段的直接输入。

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