嵌入式回路整定工具实现更轻松的控制

利用嵌入到自动化软件中的比例-积分-微分（PID）整定工具，有助于识别理想的整定值，并在无需干扰过程的情况下对其进行维护。

考虑过程工业的变化以确保一致性，需要 审慎的控制回路整定，在更复杂的场景 中，可能需要先进的过程控制策略。在过程工 业中，产品组份、生产率甚至人员的变化都是 常态。过程受到各种因素的干扰，会影响质量和性能。许多工厂都在尽力配置足够的人员， 来执行回路整定和高级控制。 

企业不需要为了监控和整定控制回路而调整人员配置和进度表，这样调整可能会延 迟其它关键工作。许多组织希望控制系统（过程运营的核心技术）成为一种战略工具，以帮助维持适当的比例 - 积分 - 微分（PID） 整定。 

使用集成到现代控制系统中的 PID 整定工具，过程控制人员可以根据需要来整定过程以适应变化，并自动整定过程以获得更好的性能和质量。使用控制系统集成 PID 的那些工厂，通常在产量、能源成本、质量变化和设备可用性方面具有明显优势（图 1）。

▎图 1 ：经过适当整定的控制器，可带来显著的运营优势。图片来源：Emerson

 嵌入式回路整定工具实现更轻松的控制 

市场上有各种各样的工具，可帮助相关人员更好地整定工厂过程的控制回路，这会使选择变得困难。性能、成本和易用性的最佳组合，通常来自嵌入控制系统自带的控制回路整定工具，因为集成回路整定技术可以利用已存储在控制系统中的所有配置数据。这有助于确保从执行回路整定时，关键数据就正确无误，无论人员对过程或控制回路做出何种更改，这些数据都会自动同步。

工程单位、整定变更、回路标签、过程变量缩放比例和其它 PID 选项，在过程值变化时自动更新并反映在嵌入式整定工具中。这减少了维护回路所需的人员数量，并可以减少或消除数据输入错误的风险。

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会增加成本、时间和出错的可能性。相反，如果控制系统中已经安装了嵌入式回路整定工具，就消除了重复工作。设置一个集成系统，通常只需要点击几下鼠标就能激活软件。

发电厂中的按需整定

对于一个近 50% 的控制回路表现不佳的电厂来说，运营人员发现自己花了太多的时间来处理麻烦的回路。工程团队在其控制系统上使用嵌入式工具包来识别回路动态，甚至整定工厂中最复杂的回路。

使用直接从控制系统收集并情境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根源，并开发了适当的回路整定参数。

实施嵌入式控制回路整定，可以显著提高整个工厂的性能。更好的 PID 调节改善了工厂的控制性能，提高了产量，同时降低了能源成本，质量也更稳定。

过程感知推动更平稳的过程变更

导致控制环路调整占用大量时间的主要因素之一是需要手动操作，以保持过程感知并了解变化对生产的影响。如果生产参数变更时，过程动态随之发生变化，则PID 整定参数也必须随之变化，从而确保最佳性能。

在执行闭环控制时，最先进的回路整定工具使用过程学习工具来开发可靠的过程模型。这些过程学习工具全天候在后台运行，识别过程模型并与当前模型进行比较。当过程动态发生变化并偏离现有模型而导致问题时，自适应整定系统会提醒电厂人员，需要执行进一步的整定。运行人员或工程师可以利用该界面，根据新的过程模型更新整定参数。

自适应整定，不仅可以使工厂人员对必要的 PID 整定保持警觉，而且无需人员手动监控回路整定，还可以帮助运行和过程控制人员预测过程性能。如果自适应整定软件过于频繁地提醒运行人员需要进行新的整定，团队可以很快看到过程动态中正在发生变化。然后，他们可以将过程模型的参数与当前或过去的状态变量进行比较，以识别模式和关系，并确定导致这些问题的根本原因。

 聚合物工厂的嵌入式整定 

在大型聚合物工厂，反应炉温度控制系统性能不佳会触发安全系统动作，从而导致反应炉停机。反应炉启动时间长，频繁的产品配方变化，都会加剧这一问题，从而导致温度稳定时间较长。

由于不同的产品配方需要不同的整定，因此减少反应炉停炉并不像为浆液回路创建一个“一劳永逸”的整定策略那么简单。相反，该团队转而使用嵌入控制系统中的回路整定工具包，来测量不同产品配方组的反应炉及其冷却剂系统的复杂过程动力学。然后，使用自适应系统管理不同产品配方的整定。

嵌入式整定过程提高了过程性能。运营团队将启动和产品配方变更时间缩短了 40%，一些产品的生产率提高了 35%。

 整定交互回路 

在一些复杂的工艺过程中，手动整定是不够的。在这些过程中，多个 PID 回路之间存在高水平的交互。或者，在其它情况下，运行人员通过控制约束来优化过程，并尝试将这些参数尽可能接近最小或最大值，以实现最佳性能。在这些以及其它复杂的控制环境中，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，该信息识别过程模型中与特定状态变量相关的变化。自适应控制自动更改状态变量多个区域的 PID 调节参数，以保持所需的回路响应，无需手动干预。运行人员的工作更多聚焦于监督的角色，这使他们能够腾出时间完成其它任务。该过程更稳定，产量更高，还有助于确保更稳定的质量。

天然气工厂的自适应控制

在一家大型天然气工厂中，由于关键控制回路超出其设定值或围绕其振荡，因此未能达到质量规范的要求。运行人员被迫频繁干预以进行调整，或者将回路保持在手动模式下运行。过程中断不仅导致报警、跳闸和释放阀打开，而且频繁的变化也缩短了工厂控制阀和其它设备的寿命。

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。使用嵌入到其新控制系统中的自适应整定和控制软件，控制器在整个工作范围内保持了所需的响应，并减少了波动。

如今，工厂的回路保持在自动模式下，并在整个运行范围内保持良好的性能。流量、温度和组份等得到更精确的控制，改善了产品质量、产量、能耗、运行人员效率和设备寿命。

 利用控制系统的优势 

适当整定的控制回路，对于高效的运营至关重要。在当今的环境中，存在人员短缺的问题，同时对性能的期望值也在不断增加，执行手动 PID 调节不再是最佳解决方案。幸运的是，处于运营核心的工具，即工厂的控制系统，包含并管理维护适当整定的回路所需的所有数据。

此外，即使在最复杂的环境中，最先进的控制系统也已经包含了解锁数据价值所需的工具，可以更快、更容易地进行 PID 整定，并实施先进的控制策略来提高性能。

通过控制系统中可用的强大软件和情境化数据，可以有效帮助企业提高质量、产量，降低能耗，同时让经验丰富的人员专注于其它更重要的任务。

关键概念： 

■ 探索嵌入式回路整定工具如何提供更易于使用的控制。

■ 了解过程警觉如何推动更平稳的过程变化。

■ 学习嵌入式整定优化、交互式回路。

思考一下： 

您是否重新考虑过控制回路优化的策略？

审核编辑：刘清