建立控制回路、APC 控制器在线性能评估、故障诊断回路相互耦合量化分析、 PID 参数寻优的平台。
1、帮助实时掌握每个控制回路、 APC 控制器的性能(200 个 PID 回路模型,涵盖主流 DCS 系统的所有 PID 算法,因此性能计算更精确 )
2、帮助在线诊断每个控制回路与 APC 控制器性能差的根本原因,并为用户提供解决问题的指导
3、让每个用户成为 PID 参数优化的专家, PID 参数优化不再依赖第三方
4、降低生产成本、延长阀门寿命、减少维护
5、 实现卡边控制、生产、节能增效的目标
1、在线实时控制回路性
PAS 的软件系统对 PID 控制回路提供 30 个不同类别的分析类型、70 个不同的分析, 对控制回路进行综合性能打分,Control Wizard 从 30 个分析类型、70 个不同的分析计算出控制回路的 Service Index(服务指数)、Stable Index(稳定指数)和 Respond Index(响应指数),通过这三个指数加权,得到能够真正综合反映该控制回路性能的指数 CLPI(ControlLoop Performance Index),即控制回路性能指数。
Control Wizard 概览
PAS Control Wizard 自动为用户生成各种树形图,直观显示每个回路或回路组的性能概览,可以帮助用户直观地监管装置的各个控制回路的性能情况,进一步进行诊断,找出根本原因,并提供改善方法。右面的树形图(TreeMap)除了可展示 CLPI 控制回路性能指数外,也可以展示其他重要的控制回路指标、只要在 Size Source 在上选取不同参数即可,灵活方便。
CLPI 控制回路综合面板
对控制回路按控制回路性能指数进行自动排序,性能最差的、最重要的回路,即最需要进行优先处理的会自动排在最前面。这样,用户就准确知道在哪些地方需要关注,提高用户效率。
控制回路性能自动排序
系统可为用户定制各种报表以帮助用户最快时间锁定问题回路并进行回路优化:非自动控制的回路汇总
1、处于手动状态的控制回路汇总
2、控制回路平均性能指数报告等
3、 前 20 个性能最差的控制回路汇总
控制回路信息汇总
2、控制回路故障诊断 - 控制阀门故障诊断 - 卡堵阀门卡堵(举例):
控制阀门出现了严重的卡堵,并给出卡堵的程度。对其他迟滞等故障以及传感器故障,都可以自动进行诊断。
控制阀门卡堵测试
下图是关于阀门卡堵的工程标准。卡堵的分析以工程标准为基础分析。
阀门卡堵的工程标准
3、解决性能不佳的硬件问题
由于阀门磨损等原因会引起阀门工作特性曲线的变性,导致阀门开度和控制器输出失衡,从而造成控制回路性能变差,这都可以通过 PAS 软件系统进行诊断,并且给出了采取的措施建议,这样用户就可以据此对阀门进行维修处理。
如果回路性能不好是其他原因造成的,系统同样可以给予诊断分析与修复建议,以解决问题,提升控制回路性能。
控制回路诊断分析
4、优化控制器性能 -PID 参数调优对性能不好的控制回路,如果不是硬件问题,可以通过 PID 参数调优进行回路性能改善,如下图,控制参数调整前和调整后非常明显的 对 比, 调 整 前 的 PID 参 数(P=1,I=1, D=0), 调 整 后 的 PID 参 数(P=0.47,I=0.2,D=0)。中间通过绿色和红色色块的对比,明显看出,调整后的 PID 参数比原来的 PID 参数效果好得多,值得投用新的 PID 参数。PID 参数调优可以通过使用滑轨、滑动鼠标轻松得到最优化的 PID参数组。
PID 参数调优
下图是一个具体应用案例,诊断PID参数需要调整,对PID参数进行寻优,调整前 PID 参数评价非常差,优化后,性能明显改善。
PID 参数调优前后比较
下图是 PID 参数优化之前的控制效果,可以看到过程变量变化幅度很大,从 14.80 以下到 15.29 以上的范围波动。
PID 参数调优前
下图是 PID 参数优化后,投入运行后的情况,变化幅度缩小至 14.94 到 15.06 之间,控制性能得到很大改善。控制输出的变化同时明显得到改善。
PID 参数调优后
4、控制回路耦合效应
由于不同控制回路之间的关联耦合效应,可能需要对其关联度很高的回路同时考虑, 但现实中 ,工程师很难判断各个回路之间的关联程度。PAS 软件系统为用户提供了自动进行回路之间关联程度的统计计算,这样用户可以实时掌握回路之间的关联程度,做出正确的回路运行策略。
PAS 系统软件通过 OPC 实时采集控制回路数据,自动分析、报告报表等,持续诊断回路问题,从而保证控制回路的性能保持长期优化,真正为用户实现卡边操作。
自动分析界面
5、APC 性能在线监测
APC 控制器的性能监测架构如下图所示。其数据源与控制回路性能监测的完全一样。它帮助用户在线监测 APC 性能,并分析诊断导致 APC性能差的原因,使得 APC 更好运行。
APC 网络结构
6、应用效益:
1、生成基于下列 KPI 的性能报告
(1)APC 控制器使用率
(2) APC 控制器效益
(3) APC 服务指数
(4) APC 模型精度
(5)遵守限值
(6)波动指数
2、 允许远程监视 APC 性能
3、对所有 APC 控制器绩效进行显示和比较到单个 APC细节、到每个变量的细节和历史趋势——重要参数随时间的变化情况
4、 帮助用户远离 APC 性能差的情况
APC 性能评估
7、控制回路性能监管与优化效益
用户可以通过改善控制回路性能得到很多效益,特别显著的是抑制干扰、增加生成效率和改善产品质量,并可以明显减少操作员的工作负荷。从长远来看,把控制回路的性能保持在很高的水平是非常难以做到的,控制回路的性能会随时间因为控制阀门的机械性能下降和工艺特性变化而变差。此外,过程工作点也可能变化到控制回路不处于优化运行的区间。
被证明的效益如下(Control Magazine)
1、 在进行控制回路性能管理和提高后,回路性能指标能够提高平均 10% 到 30%
2、减少回路的波动。实现卡边操作可以减少原材料的成本、增加效率和产量
(1)、提高控制回路的自控投用率
(2)、对生产控制振荡进行快速的原因诊断和解决,稳定生产,实现卡边操作 / 生产
(3)减少控制阀门的动作 正常可以从每天 100 次 Strokes 降低到每天 20次,可以减少压缩空气的用量,平均每个阀门可以节约 380 美元
(4)减少控制阀门的维护要求,通常一个 100 个回路的装置,每年节省的费用为 8 万美元
3.、提高控制回路的抑制干扰的能力
(1) 帮助用户避开非正常工况,减少由于控制回路性能低下导致的报警
(2)改善生产过程稳定性,可以节约 10% 的生产启动时间
4、减少维护成本并更好地计划安排阀门的维护
(1) 控制阀门的诊断功能会帮助用户识别阀门问题、提供更好的检测阀门问题的能力,并对问题阀门的维护进行优先级排序
(2)系统帮助用户进行维护计划优化,通常可以为用户提高 10% 的效率
5.、提高 APC 系统的正常运行时间,保持 APC 系统的长期稳定的效益