这么多循环，这么少时间
许多观看赛车比赛的人都被车长最后一次进站的策略决定所吸引——装上四个或两个轮胎;增加或减少半磅轮胎压力;是否调整扭杆;并决定是否需要更多的燃料来完成。如果做出错误的选择，那么在维修站花费的额外时间就无法在赛道上得到改善。
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许多观看赛车比赛的人都被车长最后一次进站的策略决定所吸引——装上四个或两个轮胎;增加或减少半磅轮胎压力;是否调整扭杆;并决定是否需要更多的燃料来完成。
如果做出错误的选择，那么在维修站花费的额外时间就无法在赛道上得到改善。如果做错了，赛车没有冲到前面，反而失去了位置。
在制定最后一站制胜策略决策时，有三个实时因素在起作用:
车载传感器和仪表，提供车辆许多机械系统的可靠数据;
数据分析，提供完整准确的信息;而且
有关操作目标和性能的准确沟通，发生在司机、车长和维修站工作人员之间。
赛车运动是一项竞争极其激烈的大生意——它奖励获胜者，尤其是屡获殊荣的获胜者，并给予巨额奖金。
将原油提炼成汽油、液化石油气、燃料油和芳香族溶剂的过程虽然没有赛车运动那么刺激，但竞争同样激烈。
为胜利做准备
马拉松阿什兰石油公司(MAP)是美国第六大炼油商，每天加工93.5万桶原油。MAP的七家炼油厂之一，位于德克萨斯州的德克萨斯城，处理72,000桶/天的轻质低硫原油。
作为MAP持续改进过程的一部分，我们正在采取措施，以确保MAP的众多生产资产获得最佳经济价值。
2003年1月工厂改造和扩建完成后，MAP的德克萨斯城炼油厂开始应用技术来确保控制回路性能得到改善，以优化生产吞吐量、产量和质量。
在炼油厂生产中，由于控制可靠性和控制性能差而导致的过程不稳定是最常见的。这种不稳定性不仅会影响质量和产量，还会导致过度的能源消耗、不必要的设备磨损和限制产量。
通常，优化流程的解决方案是分析仪的闭环应用;在线推理测量;以及先进的多变量过程控制应用。
在基础(仪器和监管控制层)得到控制之前，在它们之上添加的任何东西充其量都是不稳定的。(见“过程控制层次图”)
K. den Bakker, D. Shook, J.S. Cox等人的研究报告称，流程工厂中40-80%的调节控制回路表现不佳或处于手动模式。
考虑到一个世界规模的炼油厂可能有超过2000个监管控制回路，这可能相当于800- 1600个表现不佳的控制回路。
当面对收集和分析如此多循环的性能数据时，合格资源数量不断减少的工厂很容易不知所措。
MAP的解决方案是将其主要的调节控制回路与Matrikon的ProcessDoctor软件连接起来。
“我们研究了几个控制回路分析和调优软件应用程序，但选择ProcessDoctor是因为它很容易连接到我们现有的控制系统;其强大的分析、诊断和报告能力;以及它的MPC监测能力，”MAP的德克萨斯城控制小组负责人克里斯·哈梅尔说。
发现新问题
Hammel说:“在炼油厂扩建期间，我们实施了许多新的控制循环，并对调谐常数进行了最佳估计。“在启动时，软件识别出几个表现不佳的循环。”
使用详细的诊断工具，MAP控制工程师很快就确定了问题来源。一个循环没有收到正确的初始调优常数;阀门定位器安装在第二个控制回路上不正确;在另一个单元中，一个关键的流量控制回路无法满足作业目标。
“为了从受影响的单元中获得最佳性能，要求关键控制回路的RPI(相对性能指数)尽可能接近于1。报告摘要显示，RPIs为0.1，一些较长的结算时间。一旦发现了这个问题，我们就知道我们在寻找什么，并重新调整了控制回路，极大地提高了设备的运行性能。”(请参阅“了解性能指数和相对性能指数”侧栏。)
解决老问题
在炼油厂的改造过程中，更换了塔顶原油蒸馏塔的泡帽塔盘，并使用重新设计的多变量预测控制器(MPC)算法重新恢复服务，该算法旨在最大限度地提高塔的充注率。以前的列约束是分馏，但在重新设计后，列的新限制与水平控制有关，特别是底部水平。
对于MPC来说，要提高塔的充电率，底部液位控制回路的阀门位置需要有额外的容量控制器输出小于100%，同时保持液位控制。
多变量控制器设计为每分钟执行一次，结果太慢，导致底部水平控制的循环。操作人员通过限制列的最大充电速率来应对，这违背了多变量控制器的目标。(见“变更前”图。)
| 建立控制回路的性能目标，然后根据目标分析实际性能。 |
为了解决这个问题，从多变量控制器中删除了对底部水平控制器的设定值调整，并积极地调整了控制回路。这些变化导致底部水平控制器从设定值变化的标准偏差减少(3.81到1.12)。(见“修改后”图。)
| 一旦控制回路的性能尽可能接近设计，持续监测可确保快速识别后续偏离基准的偏差。 |
通过更严格的底部液位控制，多变量控制器能够将顶部原油蒸馏塔的产量提高约500桶/分。
“塔的详细性能信息对于帮助我们快速确定问题的根源非常有价值。我们认为，仅在这个问题上，这项技术就显著提高了工厂的年收入。”
控制器监控vs.审计
Matrikon ProcessDoctor的产品经理Warren Mitchell表示:“能够持续监控控制循环的性能，而不是进行定期审计，对于保持优化的性能和降低维护成本至关重要。”
“在时间允许的情况下，控制循环抽查审计发生得太频繁了。这通常与流程运行良好相吻合。”
另一方面，连续监视提供了不同操作条件下控制回路性能的指示，并在过程目标发生变化时提供有价值和及时的控制回路性能洞察。
例如，季节性或经济条件可能要求将流程目标从“我们售罄了，尽你所能生产”更改为“我们没有售罄，每天尽可能高效地生产x”。从售罄到提高效率的生产目标很少像降低吞吐率那么简单。
随着新的操作目标和范围的增加，过程增益可能会发生变化，从而影响控制回路的性能。执行良好的控制循环可能会变得麻烦，需要重新调整。在高级控制估计器模型到位的地方，它们也可能受到负面影响并需要更改。新的操作限制，如能源节约，可能意味着一些被操纵的变量会饱和，而另一些则需要得到控制。
当使用多变量控制器时，控制器的设计和调优任务可能会阻碍甚至阻止实现新的过程目标。在这种情况下，控制器可能会关闭，通常需要修改多变量控制器设计的理由。
持续的监控和分析有助于识别、解决和/或避免此类问题。
进站效率
2003年4月控制工程文章“优化资产需要调优的资源和正确的态度”描述了资产管理和基于状态的监控工具和服务如何导致优化的性能。
这篇文章警告说，这不仅仅是组装正确的工具和服务的问题，高管和股东的承诺也至关重要。承诺包括:
建立正确的文化;
培训和留住有知识的员工;
检查和在必要时改变工作流程;而且
部署有效的支持系统。
流程工业的人明白，生产资产中存在大量未实现的潜力。更传统的基于故障的维护的不足之处也得到了承认，过渡到基于状态的维护模型的好处也得到了承认。
当MAP的管理层授权部署控制环评估技术时，他们从简单地承认尚未实现的潜力转变为采取积极行动“成为他们所能做到的一切”。
对于MAP的德克萨斯城炼油厂来说，首先要确保它有有效的方法和手段来优化基层监管控制，从而为实现优化工厂的总体目标奠定坚实的基础。
无论是赛车运动还是精炼，衡量、分析和交流资产表现的能力对于成为赢家至关重要。
了解绩效指标和相对绩效指标
性能指数(PI)是量化环路性能的标准方法，并参考了给定过程中现有延迟的控制器所能达到的最低可能的方差水平(最小方差)。这个无单位数的范围从0到1，其中1表示最小方差控制。
当控制目标是最小化过程方差时，就像流中最常见的情况一样，PI可以作为一个有价值的基准。
因为不是所有的控制循环都是为了相同的目的而设计的，“最小方差”并不总是理想的控制目标。例如，在“浪涌”应用程序中使用的电平控制循环不应该以“最小方差”标准为基准。对于这样的应用程序，相对性能指数(RPI)是一个更好的基准指标。
RPI是控制器的期望响应速度和实际(当前)响应速度之间的比率。
RPI等于1表示控制环路性能与为控制器设置的基准匹配。
大于1的值表示控制回路消除干扰的速度比期望的快，而RPI值小于1表示控制回路在干扰后稳定下来的时间比期望的长。根据控制循环的目标，这两种情况都可能成为问题。
当PI和RPI值一起使用时，可以提供有价值的控制性能基准测试工具。
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