过程控制需要控制方案设计才能实现控制需求
2025年02月06日 08:11:15
来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台
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早期的控制系统都是机械或者气动的，这些控制器都需要专门的设备非常巧妙地来实现。每一个控制器都需要精心选择、认真整定。增加一个新控制器的难度和成本都非常高。能够实现对某个过程变量的自动控制当时是非常创新和神奇的事情，对控制的精度要求也不高。随着计算机等电子技术的发展这些控制系统都进化成了PLC和DCS。现代工业更大、更复杂，对控制系统的要求也更高，一个大型装置往往有上万个检测元件，成千的执行机构。
每个工艺都是工程师发明创造出来的。为了实现，工程师往往会根据控制需求和工艺条件提供多种检测元件和控制手段。由于工艺的耦合关系某个控制手段也可能同时影响多个被控变量。必须要通过控制方案设计才能让这些变量协调工作，在当前工艺条件下实现控制需求。
首先是如何进行单回路变量配对实现解耦和情况下按优先级进行控制。不合理的单回路变量配对会增加，导致较差的控制性能甚至不能投用。不合理的变量配对在情况，例如执行机构饱和或安全约束时需要人员干预才能维持。单回路变量配对是控制方案设计的步，合理的变量配对有连续性，一般不需要随着控制需求的变化而变化。这其实是控制方案设计最重要的一步，后面要围绕变量配对后的基础方案进一步进行功能扩展。
单回路变量配对后就要通过PID参数整定达到控制性能，单回路性能能够解决主要依靠Lambda整定方法。在上昌晖仪表下了一些功夫，取得了一些成果。当然也可能必须进行单回路的结构改进才能克服过程侧和控制侧的干扰。
其次工业过程希望能充分挖掘装置的潜力，这就要求装置在多种约束的边界稳定的工作。多变量约束下的控制是现在工业的核心要求，这超出了单回路的能力必须要进行控制方案设计进行功能扩展。工业过程大部分情况下在所有控制需求满足后还有一些剩余控制手段，对这些剩余手段充分利用往往可以实现更安全更高效的生产。如何使用这些自由度也需要对控制方案进行功能扩展。这些工作都属于多变量约束层，可以通过复杂控制实现也可以通过控制实现。
知识和经验比工具重要，对复杂控制我们没有给予充分的认识。"我们能成为高手并没有什么秘诀，而是对与基本技能相关的东西有更深的理解"。医生都使用几乎一样的设备和治疗标准但是治疗的效果差别很大。控制有时候做的效果一般根子在控制机构和模型，和实施人员的能力相关和软件的功能关系不大。很多公司开发控制软件最终失败其实是工程实施的问题，这一点很多人没有认识到。
最后当装置控制问题高度复杂后，可能需要动态的处理约束和优化。例如实时优化会根据市场和约束动态的提供操作点，在约束变化的情况下动态安全地将过程保持在可行的点是核心要求。这往往需要控制超出了复杂控制的能力。借助控制这个工具再依靠知识和经验这个问题可以优雅地实现。过去很难或很繁杂的过程控制问题使用控制这个新工具后实现起来更容易和简便，降低了实施难度扩展了实施队伍。这听起来如此矛盾是因为大家对多变量约束控制方案设计的实施成本和技术难度认识严重不足。解决多变量约束控制问题从来都不是一件容易的事情。
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