當(dāng)現(xiàn)場有過程控制問題時(shí)才需要解決。如何知道問題是否是過程控制問題呢？這是進(jìn)行過程控制改進(jìn)的首要問題。一般說來，操作工能夠操作，而且需要操作工高頻操作的操縱變量，都包含操作經(jīng)驗(yàn)都需要知識自動(dòng)化。
如果操作工不能在中控室完成操作，往往是工藝或設(shè)備問題。如果中控室能操作但是操作頻次較低，就不是主要矛盾。解決非主要矛盾不符合工程原則，而且需要的投資可能更大。
如果是工藝、設(shè)備問題，則應(yīng)該工藝工程師和設(shè)備工程師想辦法。如果是缺少儀表導(dǎo)致操作工不能操作，則應(yīng)該儀表工程師想辦法。如果能操作且高頻，則表明過程控制需要完善。
過程控制改進(jìn)的工程方法可以考慮：
1、定義被控變量并配對
在一個(gè)控制問題中，可用的操縱變量往往是確定和已知的。給這些操縱變量配對不同的被控變量就構(gòu)成了控制方案。被控變量首先要體現(xiàn)工藝的需求，并基于已有的測量。工藝需求常常是已有的流量、液位、溫度、壓力等直接測量。但是也可能是間接的組合關(guān)系，例如沒有組分測量使用溫度代替。使用已有變量組合成新變量也是常用間接關(guān)系，例如氧煤比、回流比、摩爾比、溫差、壓差、總流量等。機(jī)理模型軟測量和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)軟測量也是常用的間接被控變量。其實(shí)本質(zhì)上所有的測量都是間接的。
操縱變量和被控變量一般應(yīng)該有直接的因果關(guān)系。但是實(shí)際上即使只有間接關(guān)系也可以進(jìn)行配對。閥位控制就是比較典型的使用另一個(gè)控制回路的控制器輸出作為過程變量，而且控制回路的操作手段和被控變量沒有直接因果關(guān)系。這兩者的因果關(guān)系存在的前提是另一個(gè)回路投自動(dòng)。
在定義被控變量并進(jìn)行配對的過程。就是把復(fù)雜的控制問題簡單化的過程。在配對中既要盡可能地滿足控制要求又不能浪費(fèi)操縱變量。如果控制要求比操縱變量多，則需要按優(yōu)先級放棄不合理控制要求，如果控制要求比操縱變量少，則要進(jìn)行必要的挖潛優(yōu)化。控制器輸出也可以做被控變量。
定義被控變量的過程，是把條件和需求匹配起來的過程。被控變量定義不合理導(dǎo)致的控制不能投用和高頻操作，往往需要對工藝需求本質(zhì)的深刻理解。
2、確定控制方案
如果配對后，都是一個(gè)被控變量和一個(gè)操縱變量的單回路，則控制方案自動(dòng)形成。根據(jù)至簡至優(yōu)原則，控制方案設(shè)計(jì)階段，不考慮前饋或串級等控制性能提升的方案。
如果配對后，出現(xiàn)多個(gè)被控變量和一個(gè)操縱變量配對。可能的方案是被控變量的合并，例如選擇控制、總量控制。當(dāng)被控變量不能合并時(shí)只能超馳控制。但是一定要注意，超馳控制是為異常工況準(zhǔn)備的，如果兩個(gè)被控變量都需要控制，超馳控制只是看起來有效。
如果配對后出現(xiàn)一個(gè)被控變量和多個(gè)操縱變量配對。可能的方案就比較多需要根據(jù)情況仔細(xì)甄別：兩個(gè)設(shè)定值的分級控制、特殊分程的分配控制、按順序使用的分程控制和閥位控制。使用比值控制也可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)被控變量控制多個(gè)操縱變量，例如支路平衡。
一定要特別注意一點(diǎn)，筆者的經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)控制方案出現(xiàn)分程+超馳時(shí)往往說明控制方案還沒有做到至簡至優(yōu)。不是方案有問題就是設(shè)計(jì)沒有必要。
3、性能改進(jìn)、組態(tài)實(shí)施及整定
在核心基本控制方案完成后，在正式組態(tài)前。需要考慮一個(gè)改進(jìn)：如果有明確的干擾影響，要考慮必要前饋或串級性能改進(jìn)。例如三沖量控制、溫度串級控制、液位串級控制等。把前饋和串級放在第三步是為了確保控制方案設(shè)計(jì)的至簡至優(yōu)。
在進(jìn)行控制方案設(shè)計(jì)中，要盡可能使用控制系統(tǒng)已有的標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制方案。而且要精通控制系統(tǒng)組態(tài)技術(shù)細(xì)節(jié)，把事情做正確。避免量程、正反作用、連接等明顯錯(cuò)誤。
把事情做正確的最后一步是要使用合適的PID參數(shù)。在進(jìn)行PID參數(shù)整定過程中，嚴(yán)格意義上應(yīng)該由前到后，由外到內(nèi)，先整定高優(yōu)先級控制回路。這樣是為了減少外部條件變化對過程的影響，也是為了減少廣義對象的不確定性。
最后，因?yàn)楝F(xiàn)場情況復(fù)雜多變，等控制方案投用后要持續(xù)觀察，如果出現(xiàn)了周期性振蕩或者操作干預(yù)的情況，要重新分析根因持續(xù)改進(jìn)。有的工藝情況復(fù)雜多變，控制方案設(shè)計(jì)很難一蹴而就。
4、結(jié)束語
在進(jìn)行控制設(shè)計(jì)中，最重要的一點(diǎn)是：充分利用一些手段但是不增加投資。如果通過管理改進(jìn)、程序完善、參數(shù)整定或者方案設(shè)計(jì)能解決的問題，再差的解決方案也能夠理解。如果不能解決問題就必須反思是方案的問題、設(shè)備的問題還是工藝的問題。如果找不到根因就不能至簡至優(yōu)地解決問題。
在進(jìn)行控制方案設(shè)計(jì)中一個(gè)基本原則：除非必要不改變已有的條件包括工藝、設(shè)備、儀表、方案。
一般說來，如果人手動(dòng)能控制的，自動(dòng)一定能控制。如果問題非常復(fù)雜，人類解決問題的方法論就是把問題進(jìn)行拆分簡化，變量配對就是拆分簡化問題。如何在時(shí)間尺度進(jìn)行分層，如何在空間尺度進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分離，如何通過重新定義變量重構(gòu)問題。這三個(gè)問題是復(fù)雜控制方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。
作者：馮少輝博士
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