用先进的过程控制驱动厂优化

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在大多数过程工厂中，有一个或两个操作员似乎比其他操作更好地推动过程。这些运营商一直以最高质量创建最大输出，并且可以操纵构成过程的复杂交互。如果你能一直在运行植物，那不是很好吗？

已经实施了成功APC（高级过程控制）项目的公司建议他们已经做到了，甚至更好。运营中心的新司机围绕经济问题，如吞吐水平，产量较高，能源成本较低，以及一般更好的财务表现。APC如何运作，以及如何在现实世界中提供如此崇高的承诺？

基本概念

APC是一个可以包括一系列方法，包括模型预测控制（MPC），模糊逻辑，神经网络等的术语。共同目标是找到一种方法来管理比传统监管控制更好的过程中的复杂互动。当一个变量和一个执行器相关时，监管控制工作最佳。然而，通常移动一个执行器同时影响多个变量。这是传统方法失去一些有效性的地方。

ABB优化解决方案全球业务经理Eduardo Gallestey博士说:“有些系统并不仅仅依靠监管控制运行。“引用最多的例子是现代飞机，它们真的需要先进的过程控制工具。但在大多数工业实践中，企业试图利用监管控制来设计稳定的流程。我强调稳定这个词，但它并不意味着最佳。你可以通过监管控制来运行电厂，但你离最佳状态还很远。”

艾默生过程管理行业项目总监Pete Sharpe表示，APC“能够处理具有重大交互作用且很难(如果不是不可能的话)手动操作的难以控制的过程。我做过的一个例子是乙烯裂解炉，有三个不同的区域，有一种燃料。这三个区域与温度有关，但它们有各自的原料和流经每个区域的原料流以及独立的分析仪。所以如果你从操作员的角度来考虑，你几乎不可能精确地控制它的位置。我们把模型预测控制器放在那里它能看到燃料阀的变化会如何改变所有三个组成部分。它能够为这三个目标优化和推送流。操作员不可能手动操作。”

那些与APC强调的人认为，由于工作中的交互性质，有复杂的过程。其他人难以运行，因为设备状况不佳或不适合宗旨。APC不会克服粘贴或不可靠的传感器数据的阀门。

不稳定的过程需要在操作设定值和约束之间保持一个安全缓冲，以避免超过临界限度。当工艺稳定后，可以将设定值移至极限，从而提高产量。

经济动机

在APC讨论中最常见的单词是优化的。在这种情况下，它意味着系统可以以实现植物管理所布置的最理想的方式平衡所有相互作用的元件。通常，新战略允许以前考虑权衡的事物与监管控制被认为可能被认为的积分相提并论。

“APC有一个隐含的假设，即霍尔韦尔流程解决方案的全球产品经理Don Morrison说，有一个经济或商业驱动程序。”“而不是看一个串联的问题，系统看起来像一个问题一样的不同信息。它正在研究温度和压力和流量，甚至基于其他值转换或计算值，作为整个集合，然后同时解决问题以提出单个解决方案。根据技术的类型，以及它的配置方式，它将在最佳情况下，有一个商业或经济驱动程序，这将是对工厂的增加，创造更高价值的产品，或降低能耗。那些不一定是互斥的目标。它们可以在一个应用程序中隐含。“

Marc Leroux，ABB合作生产集团的全球营销，同意该计划可以带来多种福利。“人们从APC看到的大益处之一是你不仅影响了生产的东西，你也在同时改善过程的稳定性和减少能源的稳定性，”他说。“我们经常将其称为经济流程优化，因为这就是你正在做的事情。”

它在哪里工作?

在考虑APC部署时，有些是比其他人更好的候选人。艾默生的Sharpe建议选择四个典型元素：“首先，我寻找具有高交互的过程 - 如果我移动它会改变一大堆变量。其次，高度约束的进程 - 如果您正在运行限制，则可以更容易地占据多变量控制问题中的。第三，具有高能量成本的流程 - 如果我运行最低回流，我可以在那里获得一个很好的利益，或者一个小的改变的大量的生产率可能会产生大笔资金。第四，高产品值 - 恢复另一磅产品的价值是值得的。“

系统实施者同意，一个不能与监管控制一起运行的过程必须非常仔细地评估，并且可能不是一个好的候选过程。APC系统比人类操作员更频繁地调整控制器，而那些不能准确和一致地响应的系统通常只会使干扰变得更糟。

推出一个项目

项目的第一步是调整现有的仪器，阀门，控制器和控制基础架构，以达到峰值性能。经常这样做，工厂将看到没有APC的大量改进，但它只是一个热身。

这一公司试图停止那一点，而不是使下一个投资往往发现这些改进不会持久。霍尼韦尔的莫里森已经看到了这一点，并说经过调整后，“运营商看到了改进，它们最初是舒适的，但随着时间的推移，他们回到了正常的例程。随着换班发生变化，一个运营商将进来说，'为什么我们在这里运行？I know the controls can’t handle this.’ They start walking things back, and then by the time we come back for the next phase of the project, the set points have moved back for no other reason than they’ve always been there. APC doesn’t have those preconceived notions. It’s able to take advantage of every opportunity that it’s given to drive optimization of the plant.”

接线员呢?

APC部署的挑战之一是从运营商获得接受，特别是因为它们必须放弃对系统内嵌入在系统内的智能的控制。这必须发生在两个前面：必须解决技术问题，同时公司必须确保所有参与工作如何处理的所有人。促销人士表示，运营商希望有机会离开不得不哄骗这个过程。这允许时间进行与改进的输出和能量消耗相关的更多管理功能。

西门子(Siemens) PCS7高级营销专家唐•麦克(Don Mack)表示:“我们许多终端用户的所有员工都被迫考虑他们所做决定的商业方面，而不仅仅是技术方面。”“有了先进的控制系统，一旦我们确定他们是否是优秀的候选者，这就是我们要研究的领域之一。在此之后，还将讨论该实现如何在产量提高、生产率提高和能源节约方面带来经济效益。通常，操作者是整个讨论的一部分。”

APC呼吁处理运营商短缺和低头计数。“这一观点认为，这一经济将推动更多公司向APC开拓，因此他们可以在手头上划分的劳动力较低，”控制站总裁Dennis Nash说。“If you’re a company that let people go, you’re probably thinking, ‘How do I sustain this lower head count?’ I think we’re going to find that companies find new ways of getting those jobs done, and advanced process control is going to be among the tools. The implementation of APC will replace job recovery to some extent. I have to believe that plants are planning strategic initiatives to implement systems and maintain them rather than hiring back the handful of people they let go.”

购买外部的，嵌入式的，或者…

大型高级过程控制系统需要大量的计算能力，因为系统通过广泛的计算不断搅动。因此，通常从安装的分布式控制系统（DCS）分开安装早期系统。通常，这仍然是一个逻辑选择，因为APC设备可以从任何供应商中选择，并且不需要来自同一硬件提供商。这有一个自己的挑战，因为这两个系统必须合理化，但它避免升级DCS。

更多电流DCS平台通常具有支持嵌入式APC功能的能力，这对于较小的过程单元特别有用。这肯定是从实现的角度来看最简单，通常使其对运营商最透明的，但要求您有一个相对较近的系统来查找此类功能。另外，同一DCS处理器现在必须执行APC相关的计算以及正常的控制关税，这可以根据系统的复杂性来损害响应性。

......创造自己的

一些公司选择创建自己的APC策略，从设计自己的流程模型开始。由于涉及的过程的极端性质阻止了现有解决方案的可用性，这可能会在公司上强制。其他人认为，制造比购买更昂贵。

Robert Jackson，National Instruments的无线和能源产品经理，已与现行此方法出发的最终用户合作。“高级过程控制有两种方法。有基于模型的控制，您可以询问是否有一个模型的过程应该如何执行。您使用硬件和软件来模拟对真实世界的模型，并将您的过程更好。另一个是你回到第一个原则的地方，在那里你得到了主学习学和反应的动力学。你究竟看看碳，氢和氧气如何相互作用并彼此反应。

“如果您在化学处理中，现实是化学品从第一个原则非常定义，您的控制点通常很慢。在反应中进行化学过程的高级部分正在寻找如何获得多个输入。业务方试图最大限度地减少控制点数。如果您可以提出蒸馏塔将在顶部和底部设定控制点的定义方式，而不是有10个PID循环，而不是有10个PID循环，而是您可以获得更便宜的控制系统。你必须问，你知道你的进程是否从底层开始，或者你的过程如此复杂，也许是如此高的速度，你需要拥有更多的中级数学方法。“

痛苦复发

历史表明，并非所有的APC项目都能成功。原因有很多，但主要集中在两个方面。有些失败是因为工厂没有承诺维护设备。如果现场设备开始表现不稳定，APC系统每分钟都试图调整操作，这将使干扰变得更糟，操作人员可能会将这种行为归咎于系统。

其他安装遭受操作员，这根本无法让系统在没有人为干预的情况下执行其工作。凭借其按压限制和对抗限制的能力，APC可以将过程推入运营商害怕踩踏的区域。当运营商引起恐惧时，大部分利益都丢失了。未使用的系统可以永久关闭，公司对该技术失去信仰。

那些坚持课程的人可以享受福利，但没有成本没有。该工厂必须维持现场设备的顶级性能，结合运营商的参与，让APC执行其工作。这些非常基本的概念使得所有的差异。

作者信息

Peter Welander是Process Industries编辑器。到了他PWelander@cfemedia.com。