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图片来源：CEChina.cn
为什么有必要整定控制回路，简单回答就是因为不同过程其响应也不同。流量回路响应迅速，因此需要快速响应的控制器。温度回路通常响应缓慢，因此需要反应缓慢的控制器。比例-积分-微分（PID）控制器是一种几乎通用的过程控制工具，但它需要适应过程。将PID控制器与过程相匹配的过程称为整定。
PID控制器调节对于制造企业来说很重要。适当的PID整定有助于提升安全、设备保护和过程效率。过程效率的提高，又会带来更高的产量和能效，以及更少的浪费。
01 过程控制不断增加的复杂性
过去，典型的过程控制运行人员需要观察100到200个PID控制器。他们没有高级过程控制（APC）应用来监视或确保系统的安全。如果存在安全系统，它们通常都设在现场。压缩机喘振控制采用的也是现场安装的专用成套设备。简而言之，按照今天的标准，过程控制运行人员不需要关注太多。
如今，过程控制运行人员的职责更复杂。他们预计需要观察多达500个PID控制器以及安全系统、压缩机控制系统和APC应用。应用于过程装置的控制也要复杂得多，具有多级级联回路和其它复杂逻辑的特点。
控制技术已经取得了长足的进步，为操作员提供了更好的图形，同时也避免了让控制室里充斥着无用和令人困惑的警报。这一切都是必要的，但是还不够。不能再指望过程控制操作员使用功能不全的控制器了。良好的控制器调节不再是可有可无的。
换一种方式想想：在运行人员需要观察100个PID控制器的日子里www.cechina.cn，比方说他可以处理30个表现不佳的控制器（30%）。运行人员可能还有时间操作。如果在500个PID控制器中CONTROL ENGINEERING China版权所有，有30%的控制器表现不佳，即150个控制器，那么过程运行人员就没有时间密切关注所有这些控制器了。对于控制工程师来说，确保所有过程控制器正常工作变得更加重要。
02 正确的回路整定可以节省成本
对于大多数化工过程来说，要想获得最大的盈利能力，通常需要在工艺约束条件下进行操作。其中包括产品质量限值（如纯度）、装置运行限值（如蒸馏塔溢流限值）和设备限值（如泵和鼓风机上的电机电流）。超过这些限值通常会受到严厉处罚（例如无法销售的不合规格产品或设备跳闸以及随后的过程混乱）。对于那些从事放热反应的人来说，如果不能将过程控制在限值范围内，可能会导致意外分解。
在控制回路整定不当的过程工厂中，或者更糟的是，由于无法信任而使用手动控制，运行人员往往会在远离限值的工况下操作过程。这就留下了可观的利润空间无法实现。典型情况如图1所示。
▲图1：控制改善前的过程数据分布。
钟形曲线表示过程数据的正态分布。曲线的尾部设置为刚好在任何过程限值以下结束，即右侧几乎垂直的蓝色虚线。利润曲线是顶部的蓝色虚线。理论上的最大利润位于利润和工艺限值线交叉的右上角。然而，为了避免超出限值，该过程在远离限值的情况下运行，因此过程数据的平均值在很大程度上位于最大利润点的左侧。这个过程赚的钱比它本来能赚的要少。
为了赚更多的钱，这个过程需要改变，挤压钟形曲线，使曲线的右端远离过程限值，然后整个曲线需要向右移动，使曲线末端处于开始位置。完成后，结果如图2所示。新曲线的盈利能力现在比以前更高了。
▲图2：完成控制改进并根据限值调节运行后的过程数据分布。在不超过运营限值的情况下提高盈利能力。
适当的调节不仅可以减少可变性，还能推进约束条件。许多人认为仅仅减少可变性就能提高盈利能力。通常并不是这样（除非你做错了什么）。提高盈利能力需要将过程推向更接近约束条件的地方。一个过程能变化的范围很小，因为仍然远离所需的最佳值。
不幸的是，让运行人员推动约束条件是控制专业人员工作的难点。操作员对年轻有为的工程师告诉他们需要做一些他们知道可能会增加其工作难度的事情持怀疑态度（这是正常的）。但是，如果工程师能够开诚布公地提出建议，操作员还是愿意与他们合作的。先前的成功可以增加可信度。运行人员需要相信他们的工作会变得更轻松，或者至少不会变得更难。
03 炼油厂回路整定的案例分析
一位前老板最近告诉我说：“我从你那里学到的是：炼油厂周围遍地是黄金。”接着，他讲述了一个因回路整定而增值的故事。在我为他工作期间，他一直要求炼油厂副总裁为该厂的流化催化裂化装置（FCC）提供一台新的湿气压缩机。在此期间CONTROL ENGINEERING China版权所有，我忙于调整和清理控制装置，工艺工程师则与操作员一起努力控制工程网版权所有，让他们把催化裂化装置推向极限。几年下来，我们把加料率提高了约 20%，这时副总经理告诉我的老板："看，我为公司省钱了！”
该故事在整个炼油厂重复上演，尽管从未如此具有戏剧性。我们安装了一个新的控制系统，修复了许多仪器和阀门，并调节了控制器。工作包括安装先进的过程控制，并修复一些错误的基本控制。在大多数情况下，炼油厂工艺的改进可以归结为减少可变性、调节PID控制器和让运行人员突破极限。改进控制回路整定是所有工作的核心。
关键概念：
■ 正确整定PID控制器可以提高过程的安全性和盈利能力。
■ 随着时间的推移CONTROL ENGINEERING China版权所有，控制变得更复杂，过程运行人员需要监控更多的PID控制器，因此对调整定的需求增加了。
思考一下：
由于没有有效地整定控制回路，您的工厂浪费了多少钱？
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