1. APC控制基本概念與控制原理

先進(jìn)過(guò)程控制（APC）是一類區(qū)別于傳統(tǒng)PID控制的控制策略統(tǒng)稱，主要用來(lái)處理常規(guī)控制效果不好，甚至無(wú)法控制的復(fù)雜工業(yè)控制問(wèn)題。主要的先進(jìn)過(guò)程控制有解耦控制、模型預(yù)測(cè)控制、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制、自適應(yīng)質(zhì)量控制、內(nèi)模控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。在硫酸生產(chǎn)改造中最常用的是模型預(yù)測(cè)控制（MPC）。模型預(yù)測(cè)控制是一種基于過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的控制策略，通過(guò)預(yù)測(cè)模型預(yù)估被控變量未來(lái)的變化趨勢(shì)，并以被控變量的當(dāng)前實(shí)測(cè)值與上一時(shí)刻對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)值之間的偏差，修正對(duì)未來(lái)時(shí)刻的預(yù)測(cè)，進(jìn)而提前做出控制決策，優(yōu)化當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入。模型預(yù)測(cè)控制通過(guò)模型預(yù)測(cè)、反饋校正和滾動(dòng)優(yōu)化三大核心步驟，使模型失配、外部干擾等引起的不確定性及時(shí)得到克服，從而大大改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。模型預(yù)測(cè)控制無(wú)論算法是怎樣設(shè)計(jì)的，都具備預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正這三個(gè)基本特征。假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)工藝需要設(shè)定值達(dá)到300℃而同時(shí)得到的反饋是298℃，滾動(dòng)優(yōu)化拿到設(shè)定溫度和反饋溫度經(jīng)過(guò)內(nèi)部的優(yōu)化算法整理出一系列方案比如現(xiàn)在把閥門(mén)開(kāi)大1%下一步再開(kāi)大2%，方案就會(huì)推送到預(yù)測(cè)模型中預(yù)測(cè)軌跡數(shù)據(jù)返回給滾動(dòng)優(yōu)化，滾動(dòng)優(yōu)化會(huì)通過(guò)反復(fù)嘗試與設(shè)定值做比較，選出一個(gè)最優(yōu)的閥門(mén)調(diào)整動(dòng)作然后被控對(duì)象會(huì)發(fā)生改變，實(shí)際反饋值與預(yù)測(cè)反饋進(jìn)入反饋校正模塊后會(huì)有預(yù)測(cè)誤差，通過(guò)校正算法會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)模型結(jié)果進(jìn)行修正再次將誤差進(jìn)行滾動(dòng)重復(fù)最開(kāi)始的步驟直到達(dá)到目標(biāo)溫度300℃。

2. APC多變量解耦過(guò)程

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多變量強(qiáng)耦合有很多例子，以鍋爐系統(tǒng)為具體實(shí)例：

假設(shè)燃料閥門(mén)開(kāi)度為MV1，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為MV2，爐膛溫度PV1，爐膛負(fù)壓PV2

他們之間存在的耦合關(guān)系是，當(dāng)開(kāi)大燃料閥門(mén)開(kāi)度（MV1）爐膛溫度就會(huì)隨之上升同時(shí)燃燒劇烈爐膛負(fù)壓也會(huì)隨之上上升，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升溫度和負(fù)壓又會(huì)下降。采用傳統(tǒng)PID控制兩個(gè)回路勢(shì)必會(huì)打架，所產(chǎn)生的結(jié)果就是系統(tǒng)會(huì)持續(xù)發(fā)生振蕩。而APC解決這類問(wèn)題的手段是選擇在建模時(shí)就將變量間的耦合關(guān)系包含在內(nèi)，滾動(dòng)優(yōu)化考慮所有的PV和MV,當(dāng)需要升高溫度時(shí)MPC的優(yōu)化器就會(huì)計(jì)算當(dāng)燃料閥開(kāi)度增大溫度達(dá)到要求了，負(fù)壓也會(huì)上升可能超過(guò)上限，其操作就會(huì)是稍微提高引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)抵消負(fù)壓的上升，協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系來(lái)達(dá)到工藝要求。傳統(tǒng)解耦方式是將兩者的關(guān)系拆開(kāi)來(lái)進(jìn)行解耦控制，當(dāng)控制A變量時(shí)B變量要通過(guò)計(jì)算來(lái)確定B變量需要?jiǎng)佣嗌僖詫?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。相比MPC只需要知道工藝要的結(jié)果AB變量通過(guò)MPC優(yōu)化器相互協(xié)作達(dá)到控制目標(biāo)。MPC的解耦不是通過(guò)額外的“解耦器”實(shí)現(xiàn)的，耦合關(guān)系通過(guò)預(yù)測(cè)模型的動(dòng)態(tài)矩陣自然納入優(yōu)化。最優(yōu)解必然協(xié)調(diào)了所有變量之間的相互影響。

3. APC的誤區(qū)

現(xiàn)在部分企業(yè)盲目相信先進(jìn)控制，認(rèn)為升級(jí)改造APC之后能做到無(wú)人控制，但是實(shí)際上將整個(gè)控制系統(tǒng)比作人體，先進(jìn)控制手段類似于我們的大腦，根據(jù)數(shù)據(jù)和建模實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，但是傳統(tǒng)的PID相當(dāng)于我們的神經(jīng)，它沒(méi)有思考能力有著很快的調(diào)節(jié)速度。而我們現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器相當(dāng)于眼睛和四肢。準(zhǔn)確的儀表，良好的執(zhí)行器，優(yōu)秀的PID整定對(duì)APC的實(shí)施是至關(guān)重要的，是缺一不可的。在自動(dòng)化升級(jí)的浪潮中，往往不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化其實(shí)大部分情況是儀表故障率高和儀表選型有問(wèn)題，基本的PID沒(méi)有整定完善，即使加入了先進(jìn)控制其實(shí)也不能達(dá)到理想的控制效果。現(xiàn)代工業(yè)還是以PID調(diào)節(jié)為主，即使多變量在PID能解決的基礎(chǔ)上也不會(huì)考慮APC。在生產(chǎn)中有強(qiáng)耦合，大滯后，高價(jià)值問(wèn)題考慮利用先進(jìn)控制，APC的出現(xiàn)不是代替PID，PID控制是APC的基底，而APC是對(duì)PID的優(yōu)化，“多管齊下，多手并抓”是想達(dá)到理想控制效果繞不開(kāi)的步驟。我們需要對(duì)先進(jìn)控制技術(shù)去魅，以務(wù)實(shí)的態(tài)度去面對(duì)自動(dòng)化升級(jí)浪潮，而不是盲目崇拜，不然到頭來(lái)只能是功虧一簣。