仪电知识||先进控制（APC）如何用？要注意什么？

先进过程控制（Advanced Process Control，APC）是一种用于工业过程控制的技术和策略，旨在提高过程的性能、稳定性和效率，以下从定义、特点、技术、应用和发展趋势等方面进行详细介绍：

定义

先进过程控制是指利用现代控制理论和方法，结合计算机技术、传感器技术等，对工业生产过程中的复杂动态系统进行建模、控制和优化的技术。它能够处理传统控制方法难以解决的多变量、非线性、时变、强耦合等问题，以实现更精确、高效的过程控制。

特点

• 多变量处理能力

：能够同时处理多个输入和输出变量之间的相互关系，考虑过程中的各种耦合效应，实现对整个系统的综合优化控制。

• 模型驱动

：通常基于过程的数学模型或经验模型，通过对模型的分析和预测来设计控制策略，以更好地适应过程的动态特性。

• 自适应能力

：可以根据过程的实时运行状况和环境变化，自动调整控制参数或策略，具有较强的自适应和鲁棒性。

• 优化目标明确

：以提高生产效率、产品质量、降低能耗等为目标，通过优化控制算法实现过程的最优操作。

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APC在制造业中的作用

凭借这些优势，从20世纪70年代开始炼油厂首次引入APC。20世纪90年代，APC在整个炼油行业得到了广泛应用。其它行业也注意到了这一点，大宗化工产品生产商开始使用APC，但APC从未像在炼油行业那样在其它行业得到广泛应用。现在，APC已经存在近四十年了，远远早于通常被归入工业4.0框架的大多数其它“先进”技术，但与这些技术一样，仍未获得完全采用。

这些系统历来是独立的软件，通过外部数据连接将级联设定值发送到DCS/PLC系统中的PID回路。一些较新的DCS平台内置了APC/MPC功能，但它仍然比可用的独立系统受到更多限制。

APC系统从“大局”着眼，监测诸多过程变量来观察过程动态，并确定要操纵哪些变量以改进过程控制。然后，APC系统将过程转移到一系列更具成本效益的运行工况。目标是使过程更接近运行极限，从而节省资金。

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适合APC应用的行业特性

那么，既然APC具有如此突出的优势，成本效益如此明显，为什么并不是每个企业都使用APC呢？首先，让我们看看为何APC可以成功地部署于炼油行业中。炼油厂通常具有规模经济效益。它们的规模和产量确保其有经济驱动力去尝试新事物，而小的改进累加起来可以带来巨大的收益。

大多数炼油厂都隶属于大公司，这些公司拥有丰富的企业资源和预算。炼油厂通常仪表齐全，维护良好，并且主要在自动控制模式下运行。其过程也适用于APC应用，因为它很容易应用于稳态连续操作。

炼油厂是此类运营的代表，通常可以连续运行一年或更长时间。大多数炼油厂都采用类似的工艺过程，并且这些工艺得到了很好的研究和理解。例如，通过一家炼油厂开发的应用所获得的知识（无论是通过第三方还是人员流动）通常可以应用于其他炼油厂。

在其它行业中，很多与上述情况相反，许多公司没有炼油厂那样的规模经济。他们倾向于运营精益组织，没有员工尝试新事物或维护利基软件包。APC应用虽不是火箭等高精尖的科学，但它们确实需要知识、技能和时间来部署和维护。因此，在很多行业APC一直难以获得广泛应用。

一些行业仍然使用许多手动仪表或较差的仪器。如果控制系统不能在自动模式下可靠地运行他们的过程，那么 APC 控制的级联层将几乎没有好处。最后，并非所有工艺都非常适合 APC。

在具有线性关系的稳态过程中，APC的效果最佳。尽管APC解决方案在处理非线性过程方面已经做得更好，但它们在批量或半连续过程中的应用仍然有限。

许多制造商还使用特殊过程制造特殊产品。在这些独特的过程中，每个都需要额外的调查和实验工作以开发高质量的APC模型。

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APC如何使过程设施受益？

尽管存在这些障碍，APC 可能仍然是过程设施的正确选择。考虑到成本压力、竞争需求和软件包的实施，APC具有降低成本和提高效率等的多项优势。

然而，有一些事情不会改变。如果DCS/PLC中的基本过程控制不稳定或不可靠，APC将永远不会成功。无论公司是否选择使用APC，出于财务和安全方面的原因，都需要将过程置于稳定的DCS/PLC控制之下。这应该是当今运营现代化、安全和高效工厂的最低标准。高效运行的第一步，是安装或修复必要的仪表和阀门，然后专注于改进DCS/PLC控制。

接下来，让我们看看过程类型。批处理通常不适合APC应用，但这不是一个严格的规则。询问有关过程的问题，例如：

·循环周期长吗？

·批处理过程中的稳态期，是否需要进一步优化？

·是否有辅助操作可以支持在稳态下的连续运行，如批处理过程外的蒸馏塔？

如果符合应用条件，下一步就是查看营业利润率。由于原材料或能源使用欠佳，或转化率低和质量问题，浪费了多少潜在利润？基于这些节省，在一年或更短的时间内，公司可以在APC应用上花费多少钱？内置于 DCS 软件包中的 MPC/APC 功能可为某些用户带来重大效益。尽管这些软件包有其局限性，但它们可以很好地验证概念，并充分利用现有控制系统工程师的技能。

为了APC的初始部署和持续维护更顺畅，过程制造企业应勇于寻求外部专业团队的帮助。第三方公司通常可以帮助部署系统，并比自行部署能更快地带来收入。有些公司甚至在应急费用安排方面取得了成功，在这种安排下，前期成本可以最小化，从而获得运营节省的份额。有鉴于此，现在也许正是借鉴炼化行业的成功经验，采用APC的好时机。

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