機器和系統(tǒng)進程的復雜性在過去幾年中顯著增加，因此傳統(tǒng)PID控制器已經(jīng)遇到到了它們的極限。通過使用模型預測控制器，復雜過程可以實現(xiàn)更高精度的控制。然而，許多系統(tǒng)運營商還在猶豫是否要采用該項技術，因為他們認為這些控制器過于耗費開發(fā)人力資源 – 貝加萊APROL APC解決方案最終消除了這一誤解。
“自從上世紀90年代中期以來，先進過程控制（APC）就已經(jīng)被用來處理擁有許多控制量的復雜過程，”貝加萊過程自動化事業(yè)部經(jīng)理Martin Reichinger解釋道。例如，一個現(xiàn)代化煉油廠及其無數(shù)控制量將幾乎不再可能由傳統(tǒng)PID控制器得到處理。在過去，不僅外部處理需要通過使用APC方案來實施，而且還需要有專門致力于該領域的工程師。“當談及先進過程控制時，這些經(jīng)驗都要歸咎于系統(tǒng)運營商的負面評價，如今他們的解決方法是使用模型預測控制器?！?/div>
接近使用極限
不可否認的事實是，即使較不復雜的過程也能夠從使用模型預測控制器中受益。“如果使用預測控制，那么系統(tǒng)和機器將能夠運行至接近各自的使用極限，”Reichinger解釋道。為了在競爭激烈的環(huán)境中生存下來，生產(chǎn)過程和能源消耗必須自始至終得到優(yōu)化。“先進控制技術為系統(tǒng)和機器運營商提供了廣泛而顯著的優(yōu)勢，”Reichinger說道。
傳統(tǒng)PID控制器會在沒有真正了解受控系統(tǒng)內部特性的情況下對控制偏差做出專門響應。相比之下，模型預測控制是基于過程模型，它被用來優(yōu)化MPC控制器上的操縱量，從而提高了對尚未發(fā)生的事件的預測能力。這包括生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)以及設定點變化和干擾量。其結果是，控制質量得以顯著提高，尤其是在耦合MIMO系統(tǒng)上。
減少磨損，節(jié)約壓縮空氣
基于過程模型的優(yōu)點眾多，不僅使產(chǎn)量增加，所需資源和原材料也更少，甚至還可以節(jié)約氣動應用中昂貴的壓縮空氣。由于控制程序更穩(wěn)定，振蕩更少，因此還減少了整體磨損。
污水處理設施中使用的螺旋擠壓機就是眾多MPC應用之一?！拔覀冇幸粋€案例，帶PID控制器的螺旋擠壓機運行遠低于其使用極限，”Reichinger回憶道。盡管如此，擠壓機中的壓力仍然升高至啟動安全關機的壓力點，并使系統(tǒng)停止運行了幾個小時。自從改用了采用APROL APC方案的模型預測控制器之后，安全關機現(xiàn)象就再也沒有出現(xiàn)過。
和PID控制器一樣簡單
“該方案的優(yōu)點是，我們的MPC控制器和普通PID控制器一樣操作簡單，”Reichinger說道。模型預測控制器也可以與標準硬件一起使用。貝加萊APROL過程控制系統(tǒng)自帶的過程自動化庫是對模型預測控制器的補充，使它能夠在考慮到一個干擾輸入的情況下控制一個控制量和一個操縱量（MPC 1x1x1）。這樣就可以替換掉低效的PID控制器，并節(jié)省花費在額外接線上的成本。
由于MPC的控制特性還考慮到了極限，因此所計算出的軌跡也是正確的。MPC模塊也可以使用多達10個控制量、干擾量和操縱量（MPC 10x10x10），方便地在一個模塊中實現(xiàn)高度復雜的、多層面的控制方案如精餾塔控制。
使用MPC控制器，過程將能夠在不增加安全關機幾率的情況下運行得更接近其使用極限。
貝加萊的模型預測控制器和PID控制器一樣操作簡單。
完美控制死區(qū)時間
MPC控制器尤其適用于控制死區(qū)時間?！霸诓傻V業(yè)中，為磨礦廠輸送礦石的長距離傳送帶很常見，”Reichinger說道。如果只有在其一端需要更多材料才增加傳送帶速度，那么它需要相當長的時間恢復其最佳運行狀態(tài)。有時候也需要有較大緩沖以使速度恢復并再次運行。這可以由模型預測控制器在控制偏差發(fā)生之前做出響應相抵消。
模型預測控制不僅僅針對APROL過程控制系統(tǒng)應用。作為一個緊湊型、完全配置的系統(tǒng) – 包括一個帶預裝過程控制系統(tǒng)的工業(yè)PC，一個MPC模塊和控制器 - APROL MPC可以作為一個交鑰匙方案被輕松地集成到任何現(xiàn)有的過程控制系統(tǒng)中。剩下要做的就是通過任意現(xiàn)場總線連接輸入和輸出并配置MPC模塊。使用現(xiàn)成模塊意味著操作MPC不需要專業(yè)Know-how。含趨勢和報警系統(tǒng)的面板便于用戶交互。
SP=設定點，CV=控制量，PID=傳統(tǒng)PID控制器，MPC=模型預測控制
盡管PID控制器一次只能控制一個值，但是MPC控制器還在它的計算中考慮到了受控系統(tǒng)之間的相互作用（耦合）。