supPID性能评估与整定解决方案

在工业过程中,比例积分微分控制策略应用最为广泛,据统计90%以上的自动控制回路采用了PID控制策略。PID控制的优点是:结构简单、稳定性好、安全可靠、调整方便。PID性能评估软件利用控制回路的日常运行数据自动计算与评估其控制性能,使管理者能迅速掌握企业成百上千的PID控制回路的状态和性能,借助评估报告及时发现、识别控制回路中的缺陷。此外,该软件还能支撑PID参数优化,为控制回路维护提供保障。 PID控制器在工业过程中有着十分可靠和广泛应用,得到业界的一致认可,但其产生的效益还是常常被低估。

客户挑战

Customer Challenge

PID控制回路的性能通常会随着运行时间的推移而退化,据统计,生产装置中约60%-80%的PID控制回路存在着不同程度的性能缺陷。若不及时、有效地维护,控制性能下降不仅会影响装置运行的平稳性、产品质量、产品收率和物耗、能耗等,严重时甚至会危及装置的运行安全,极有可能造成无法挽回的损失。

方案详情

Solution details

中控PID回路评估与优化解决方案总体结构

 

  • 支持国内外各主流DCS系统PID控制回路的性能评估与参数整定,通过OPC通讯方式在线实时采集、存储装置PID控制回路的运行数据。
  • 基于PID控制回路的日常运行数据,对所有PID控制回路进行自动监测、性能评估和问题定位,实现装置PID控制回路自控率、平稳率、操作次数、报警次数及最长无报警时间的在线统计与监测,提供控制回路的日、周、月及自定义时间段的性能评估报告,包括投运率、性能评分、性能级别、振荡状况、非线性程度等评估指标,给出优秀、良好、一般、差和手动等评估等级,并采用雷达图分析法直观、形象的分析影响回路性能缺陷的原因,给出相应的维护建议。同时支持PID回路运行状态和性能评估报告的远程Web访问。
  • 基于内模控制(IMC)、交互式参数整定方法,利用PID控制回路的开/闭环数据在线/离线辨识回路的过程模型,自动计算出符合回路特性的PID参数,并提供可信度分析,辅助技术人员高效的开展回路参数整定工作。
  • 实现生产装置大批量PID控制回路的日常精细化管理,降低回路运维门槛,提高回路日常运维的针对性和效率,为PID控制回路长期、稳定和高效运行提供保障。

 

交互式整定

在PID整定软件的工程实际投用中,经常出现由于回路激励不足,数据源长度不够而引起的基于模型的整定方法无法准确整定出结果情况。针对这些回路,若仍要采用基于模型的整定方法,必定将消耗更多的时间和精力。因此,在PID整定软件中加入了交互式整定的功能,用软件算法来模拟熟练技术人员整定回路时的思路,给出相应的PID参数,加快了整定回路的速度,提高了PID整定软件的适用范围和整定准确性。

 

专家库

在没有做过阶跃测试或是回路信息不足的情况下,现有的整定方法无法对回路进行整定,因此PID整定软件加入了专家库整定的功能。专家库整定系统是一个有大量专门知识与经验的计算机程序系统,它应用根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家做决策来解决那些需要专家决定的复杂问题。根据回路的类型(温度,压力,流量,液位等)以及不同类型固有的回路装置特性等,结合用户选择的期望回路的鲁棒性和跟踪性能的期望值以及稳定性和灵敏程度的期望值,计算出相对应的PID参数,对回路进行初步的整定。之后再结合回路整定后的曲线趋势线,根据用户对趋势线回路特性(收敛速度,超调量,振荡频率)的评价,对回路PID参数进行进一步的整定,直至取得满意的回路特性。

 

先进PID模块包

先进PID模块包集成了多种实际过程中广泛需要的先进PID控制器,且直接通过上位机下发控制信号,不需要改变组态信息,几乎不占用DCS资源,更为安全,稳定。

 

  • 智能PID控制

包含动态干扰补偿、前馈补偿、积分分离、抗积分饱和模糊PID、自抗扰控制器等智能PID控制器,可以满足常规PID控制无法实现的非线性,大时滞,大干扰等多种复杂难控制回路的控制。

 

  • 预测控制模块(MPC)

支持根据实际被控对象和工况灵活调节控制算法及相关参数,配置输入输出位号,控制器的调整方便快捷,可以满足常规PID控制无法实现强耦合多变量等多种复杂难控制回路的控制。

中控PID回路评估与优化解决方案已在中石化武汉石化、齐鲁石化、九江石化、洛阳石化、安庆石化、沧州石化、天津石化、济南炼化、石家庄炼化等炼化企业及云南石化、神华宁煤、新疆天业、江苏索普、沧州大化、弘润石化、山东海科、万华化学等几十家大型工业企业的数百套生产装置上成功应用,取得良好的应用效果。

某企业全流程装置共包括1500个PID控制回路,通过构建PID回路性能评估监测与参数优化系统,高效的实现对PID回路性能的批量评估和PID参数优化,并实现PID回路自控率、运行平稳率、过程报警的在线监控。系统上线后,PID控制回路自控率达到95%以上,装置平稳率提高了50%以上,报警率下降了50%以上,为装置的连续平稳运行提供保障。另外,通过应用此系统,大幅度提高了装置PID回路的运维效率,降低了运维门槛,提高了装置自动化管理水平。

最小方差评估方法

性能评估中使用最小方差(MVC)评估方法,基于过程常规运行的数据分析。基本原理为:以理论上最优的最小方差控制器的控制效果最为评估基准线,来衡量当前回路的控制效果。

 

回路振荡检测

通过对回路实时数据(PV/SP/OP)进行分析,结合数据时域、频域所展现出的特性,检测发现回路中存在振荡的状况,同时计算振荡的强度,协助用户了解回路运行状态。

 

过程非线性检测

通过对回路实时数据(PV/SP/OP)进行分析,检测回路是否存在非线性。用于辅助用户对潜在的问题(如:阀门、过程等)进行排查。

 

IMC参数整定方法

通过对回路实时数据(PV/SP/OP)进行分析,自动识别和选择激励充分的数据段进行模型辨识,然后基于模型采用IMC方法进行参数优化。

 

 

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