在化工生產(chǎn)過程中，所謂的第一性原理，實(shí)際上按三傳一反兩衡原則分析問題如果化工裝置能被研究清楚，變成一個(gè)確定性系統(tǒng)，那么就不會(huì)有安全事故發(fā)生。化工裝置本質(zhì)上是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，很多內(nèi)在特性并沒有被完全充分掌握，過程不確定性不可避免。作為復(fù)雜系統(tǒng)的一部分，以裝置自動(dòng)化提升為核心目標(biāo)的控制回路優(yōu)化也非常復(fù)雜，PID參數(shù)整定只是控制回路優(yōu)化復(fù)雜工作的一部分，這也是PID參數(shù)自整定軟件沒有工業(yè)普及的根本原因。
通過反饋控制和PID，克服工業(yè)過程中的不確定性干擾，將工藝參數(shù)穩(wěn)定在目標(biāo)值。是實(shí)現(xiàn)裝置本質(zhì)安全的有效手段。反饋控制回路如何抑制擾動(dòng)？本文給大家解決問題的答案。
1、不自擾
控制回路投自動(dòng)，首先要盡量避免由于控制作用太強(qiáng)，引起的自激性有規(guī)律振蕩。自激性有規(guī)律振蕩，會(huì)導(dǎo)致波動(dòng)在整個(gè)流程中持續(xù)傳播。一旦裝置運(yùn)行中，出現(xiàn)工藝參數(shù)有規(guī)律的波動(dòng)，不是定期作業(yè)干擾，控制回路的抗擾不足造成的，就是控制作用太強(qiáng)參數(shù)導(dǎo)致的。
PID參數(shù)太強(qiáng)引起整個(gè)裝置不穩(wěn)定，而且又沒有找到根本原因，導(dǎo)致形成了早期“自動(dòng)沒有手動(dòng)穩(wěn)”的概念。尤其是液位控制，現(xiàn)場(chǎng)大量的液位控制都存在積分作用太強(qiáng)，導(dǎo)致的有規(guī)律振蕩在系統(tǒng)內(nèi)傳播的問題。其實(shí)只要操作人員能完成的操作都可以通過程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
異相位振蕩、非光滑振蕩往往是控制回路本身的問題。同相位振蕩則可能是比例作用太強(qiáng)或外部干擾造成。關(guān)于異相位振蕩、非光滑振蕩和同相位振蕩這三種振蕩可以看《PID控制回路出現(xiàn)振蕩時(shí)的解決方法》。
2、抗擾
有的工藝參數(shù)明明已經(jīng)被一個(gè)控制回路控制了，但是當(dāng)干擾出現(xiàn)后還是需要人工干預(yù)。這種干預(yù)就是控制回路抗擾能力不足的表現(xiàn)。“行有不得，反求諸己”不等不靠不要，想方設(shè)法提高裝置的抗擾能力有兩個(gè)方法：1)使用Lambda方法進(jìn)行PID參數(shù)優(yōu)化；2)如果還是不行，就要重新進(jìn)行工藝需求分析和控制方案改進(jìn)。一般說來PID參數(shù)整定比較標(biāo)準(zhǔn)，通過參數(shù)整定，提高控制回路抗擾能力比較容易。但是想對(duì)已有的控制方案進(jìn)行重新改進(jìn)，以提高其抗擾能力比較困難。因?yàn)檫@種改進(jìn)，往往牽涉到多控制回路的解耦、變量配對(duì)等深層次問題。這部分工作很多是裝置安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵，而且藝術(shù)性很高，可能需要過程控制專家的指導(dǎo)。要提高理解本質(zhì)需求的思維方法和設(shè)計(jì)合理控制方案的認(rèn)知能力。
有控制回路但是偶爾人工干預(yù)，會(huì)造成干擾沒有被充分抑制，從而引起裝置波動(dòng)?？刂苹芈烦龉げ怀隽σ彩且环N“假自動(dòng)”，是很多提供PID整定服務(wù)的公司容易犯的錯(cuò)誤。當(dāng)真正的干擾出現(xiàn)時(shí)，這種PID參數(shù)會(huì)增加裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該把有控制回路，但是偶爾需要干預(yù)幫助的控制回路，放到更高優(yōu)先級(jí)去解決掉。
3、消除干擾
由于自身原因或者干擾復(fù)雜性，當(dāng)出現(xiàn)控制性能始終不能滿足要求時(shí)。通過設(shè)備或者儀表提高本質(zhì)抗擾能力，或者想辦法在源頭上消除干擾，才能提升控制性能。一般說來，如果操作工的操作，能夠確保工藝參數(shù)穩(wěn)定在目標(biāo)值，則更換設(shè)備，消除干擾不是必要的。
認(rèn)為工藝或者儀表有問題，建議更換要非常謹(jǐn)慎，因?yàn)檫@些改進(jìn)，也可能達(dá)不到預(yù)期。操作工不能處理的干擾，才是真正的需要消除的干擾。這個(gè)決定與投資有關(guān)。工程師要學(xué)會(huì)使用有限的資源實(shí)現(xiàn)合適的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)、約束和取舍是工程師思維的三個(gè)核心特征，簡(jiǎn)單說就是發(fā)揮聰明才智，花小錢辦大事。
控制回路評(píng)價(jià)：抗擾不自擾、操作干預(yù)少；過程控制工程師要求：會(huì)整定、有方案、不犯錯(cuò)。
作者：馮少輝博士
