模型預(yù)測(cè)控制在處理復(fù)雜過程方面比傳統(tǒng)PID控制更精確。APROL APC方案證明其也一樣易于使用。
機(jī)器和系統(tǒng)進(jìn)程的復(fù)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(yù)測(cè)控制器，復(fù)雜過程可以實(shí)現(xiàn)更高精度的控制。然而，許多系統(tǒng)運(yùn)營商還在猶豫是否要采用該項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這些控制器過于耗費(fèi)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(jì)90年代中期以來，先進(jìn)過程控制（APC）就已經(jīng)被用來處理擁有許多控制量的復(fù)雜過程，”貝加萊過程自動(dòng)化事業(yè)部經(jīng)理Martin Reichinger解釋道。例如，一個(gè)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(shí)施，而且還需要有專門致力于該領(lǐng)域的工程師。“當(dāng)談及先進(jìn)過程控制時(shí)，這些經(jīng)驗(yàn)都要?dú)w咎于系統(tǒng)運(yùn)營商的負(fù)面評(píng)價(jià)，如今他們的解決方法是使用模型預(yù)測(cè)控制器。”
接近使用極限
不可否認(rèn)的事實(shí)是，即使較不復(fù)雜的過程也能夠從使用模型預(yù)測(cè)控制器中受益。“如果使用預(yù)測(cè)控制，那么系統(tǒng)和機(jī)器將能夠運(yùn)行至接近各自的使用極限，”Reichinger解釋道。為了在競(jìng)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(jìn)控制技術(shù)為系統(tǒng)和機(jī)器運(yùn)營商提供了廣泛而顯著的優(yōu)勢(shì)，”Reichinger說道。
傳統(tǒng)PID控制器會(huì)在沒有真正了解受控系統(tǒng)內(nèi)部特性的情況下對(duì)控制偏差做出專門響應(yīng)。相比之下，模型預(yù)測(cè)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(duì)尚未發(fā)生的事件的預(yù)測(cè)能力。這包括生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)以及設(shè)定點(diǎn)變化和干擾量。其結(jié)果是，控制質(zhì)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(diǎn)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(dòng)應(yīng)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(shè)施中使用的螺旋擠壓機(jī)就是眾多MPC應(yīng)用之一。“我們有一個(gè)案例，帶PID控制器的螺旋擠壓機(jī)運(yùn)行遠(yuǎn)低于其使用極限，”Reichinger回憶道。盡管如此，擠壓機(jī)中的壓力仍然升高至啟動(dòng)安全關(guān)機(jī)的壓力點(diǎn)，并使系統(tǒng)停止運(yùn)行了幾個(gè)小時(shí)。自從改用了采用APROL APC方案的模型預(yù)測(cè)控制器之后，安全關(guān)機(jī)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(diǎn)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(yù)測(cè)控制器也可以與標(biāo)準(zhǔn)硬件一起使用。貝加萊APROL過程控制系統(tǒng)自帶的過程自動(dòng)化庫是對(duì)模型預(yù)測(cè)控制器的補(bǔ)充，使它能夠在考慮到一個(gè)干擾輸入的情況下控制一個(gè)控制量和一個(gè)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(fèi)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(jì)算出的軌跡也是正確的。MPC模塊也可以使用多達(dá)10個(gè)控制量、干擾量和操縱量（MPC 10x10x10），方便地在一個(gè)模塊中實(shí)現(xiàn)高度復(fù)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(guān)機(jī)幾率的情況下運(yùn)行得更接近其使用極限。
貝加萊的模型預(yù)測(cè)控制器和PID控制器一樣操作簡單。
完美控制死區(qū)時(shí)間
MPC控制器尤其適用于控制死區(qū)時(shí)間。“在采礦業(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(dāng)長的時(shí)間恢復(fù)其最佳運(yùn)行狀態(tài)。有時(shí)候也需要有較大緩沖以使速度恢復(fù)并再次運(yùn)行。這可以由模型預(yù)測(cè)控制器在控制偏差發(fā)生之前做出響應(yīng)相抵消。
模型預(yù)測(cè)控制不僅僅針對(duì)APROL過程控制系統(tǒng)應(yīng)用。作為一個(gè)緊湊型、完全配置的系統(tǒng) – 包括一個(gè)帶預(yù)裝過程控制系統(tǒng)的工業(yè)PC，一個(gè)MPC模塊和控制器 - APROL MPC可以作為一個(gè)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(chǎng)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(shì)和報(bào)警系統(tǒng)的面板便于用戶交互。
SP=設(shè)定點(diǎn)，CV=控制量，PID=傳統(tǒng)PID控制器，MPC=模型預(yù)測(cè)控制
盡管PID控制器一次只能控制一個(gè)值，但是MPC控制器還在它的計(jì)算中考慮到了受控系統(tǒng)之間的相互作用（耦合）。