控制系统是优化回路调谐的关键

考虑过程工业变化以确保一致性需要仔细的控制循环调优，并且在更复杂的场景中，可能需要高级的过程控制策略。在流程工业中，产品组成、生产率甚至人员都是不断变化的。过程受到各种各样影响质量和性能的因素的影响。许多工厂很难维持足够的人员来执行循环调优和高级控制。

组织不需要调整人员配置和时间表(可能会延迟其他关键工作)来监视和优化控制循环。许多组织希望控制系统，工艺操作的核心技术，是一个战略工具，以协助维持适当的比例积分导数(PID)整定。

通过将PID整定工具集成到现代控制系统中，过程控制人员可以根据需要调整过程，适应过程变化并自动化整定过程，以获得更好的性能和质量。使用控制系统集成PID的工厂通常在吞吐量、能源成本、质量变化和设备可用性方面具有显著优势(图1)。

嵌入式循环调优工具提供了更简单的控制

市场上有各种各样的工具可以帮助人员更好地调整工厂过程的控制循环，这可能会使选择变得困难。性能、成本和易用性的最佳组合通常来自嵌入在控制系统本身中的控制循环调优工具，因为集成循环调优技术可以利用已经存储在控制系统中的所有配置数据。这有助于确保从实现循环调优的那一刻起关键数据就是正确的，无论人员对流程或控制循环做了什么更改，这些数据都会自动同步。

工程单元、调优更改、循环标记编号、过程变量规模和其他PID选项会在值更改时自动更新并反映在嵌入式调优工具中。这减少了维护循环所需的人员数量，并可以减少或消除数据输入错误的风险。

当使用外部工具时，复制控制系统数据库、修改数据库和设置复制所需的服务增加了成本、时间和发生错误的可能性。相比之下，嵌入式循环调优工具已经安装在控制系统中，消除了重复的工作。设置一个集成系统通常只需要激活软件所需的几次点击。

按需调谐在发电厂的行动

对于一家电厂来说，近50%的控制回路表现不佳，操作人员发现自己花了太多时间来处理问题回路。工程团队使用其控制系统上的嵌入式工具包来识别循环动态，并调整工厂中最复杂的循环。

使用直接从控制系统收集和上下文化的过程数据和配置细节，团队创建了一种结构化的方法来识别控制性能问题的来源，并开发了适当的循环调优参数。

实现嵌入式控制回路调优显著提高了整个工厂的性能。更好的PID调优提高了工厂的控制性能，整个设施的流程在吞吐量方面获得了提高，同时降低了能源成本和质量变化。

流程感知驱动更顺畅的流程变更

导致控制循环调优花费如此多时间的主要因素之一是维护流程意识和了解更改何时会影响生产所需的手动工作。如果生产变量改变时，过程动态也发生变化，PID整定参数也必须帮助确保最佳性能。

最先进的循环调优工具在执行闭环控制时使用过程学习来开发可靠的过程模型。这些流程学习工具全天候在后台运行，识别流程模型并与活动模型进行比较。当过程动态发生变化并与现有模型的偏差足够大而导致问题时，自适应调优系统会提醒工厂人员，让他们知道需要进一步调优。操作人员或工程师可以使用该接口根据新的流程模型更新调优参数。

自适应调优不仅可以使工厂对必要的PID调优变化保持警惕，而不需要专人手动监控循环调优，还可以帮助操作和过程控制人员跟踪过程性能。如果自适应调优软件过于频繁地提醒操作人员需要进行新的调优，团队可以很快发现流程动态中发生了一些变化。然后，他们可以将流程模型的参数与当前或过去的状态变量进行比较，以确定模式和关系，并确定这些问题的根本原因。

聚合物工厂的嵌入式调谐

在一家大型聚合物工厂，反应器温度控制系统的控制性能较差，导致安全系统在反应器跳闸时停机(图2)。由于反应器启动时间长，产品配方频繁变化，导致温度稳定需要很长时间才能稳定，这一问题更加严重。

由于不同的产品配方需要不同的调整，减少反应器跳闸并不像为浆液回路创建一个设置-忘记调整策略那么简单。相反，该团队转向了嵌入在控制系统中的循环调谐工具包，以测量不同产品配方组的反应堆及其冷却剂系统的复杂过程动态。然后，采用自适应系统管理不同产品配方的调整。

嵌入式调优过程改进了流程性能。运营团队将启动和产品配方更改时间减少了40%，并将某些产品的生产率提高了35%。

优化交互循环

在一些复杂的过程中，手动调优是不够的。在这些过程中，几个PID回路之间有高度的相互作用。或者，在其他情况下，操作人员通过控制主动约束来优化流程，并试图将这些参数尽可能地推向最小或最大，以实现最佳性能。在这些和其他复杂的控制环境中，团队通常转向自适应过程控制。

自适应控制使用来自过程学习的信息，识别与特定状态变量相关的过程模型中的变化。自适应控制自动改变状态变量的多个区域的PID整定参数，以保持所需的环路响应，无需人工干预。操作员在工作中扮演着更重要的监督角色，从而腾出时间来完成其他任务。该过程更加稳定，提高了吞吐量，并有助于确保一致的质量。

燃气厂的自适应控制

在一家大型天然气厂，由于关键控制回路超出设定值或在设定值附近波动，质量规范未能达到。操作人员被迫频繁干预进行调整，或者保持循环在手动模式下运行。过程中断不仅会引起警报、跳闸和释放阀的打开，而且循环也缩短了工厂控制阀和其他设备的寿命。

作为控制系统升级的一部分，过程控制人员实施了自适应控制。通过在新控制系统中嵌入自适应调谐和控制软件，控制器在整个工作范围内保持了预期的响应，并减少了可变性。

如今，该工厂的回路保持在自动模式，并在整个运行范围内保持性能。流量、温度和成分控制更精确，提高了产品质量、产量、能耗、操作效率和设备寿命。

利用控制系统的力量

适当调优的控制循环对于高效、高效的操作至关重要。在当今人员短缺和性能期望提高的环境中，执行手动PID调优不再是最佳解决方案。幸运的是，操作的核心工具，即工厂的控制系统，也包含并管理所有必要的数据，以维护适当调优的循环。

此外，即使在最复杂的环境中，最先进的控制系统已经包含了释放数据价值所需的工具，以实现更快、更简单的PID整定，并实现先进的控制策略以提高性能。

通过利用控制系统中可用的健壮软件和上下文化数据，您可以帮助提高质量、产量和能源消耗，同时将最有知识的人员解放出来，专注于其他重要任务。

詹姆斯北奥主要过程控制顾问是在艾默生自动化解决方案．由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、《媒体，mhoske@cfemedia.com．

关键词:PID，过程优化，控制系统整定

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