Điều khiển đa biến luôn được giải thích bằng cách sử dụng thuật ngữ rất phức tạp liên quan đến các khái niệm như mô hình quy trình chi tiết, tối ưu hóa-thời gian thực và toán học ma trận. Điều này có nghĩa là rất ít người ngoài các kỹ sư kiểm soát quy trình nâng cao (APC) hiểu được nó. Sự hiểu biết tốt hơn về điều khiển đa biến trong vận hành quy trình công nghiệp đã thu hút nhiều người hơn tham gia vào hoạt động kinh doanh tự động hóa quy trình, đồng thời mang lại lợi ích vận hành bao gồm tính kịp thời, nhất quán và ít báo động hơn.
Phổ biến kiến thức ARC
Nhiều người tham gia dự án có thể rơi vào trạng thái bối rối, thường chấp nhận dự án APC mà không hiểu rõ mục tiêu, lợi ích, tác động và tỷ lệ thành công. Hơn nữa, tình trạng này khiến ngành một lần nữa phải dựa vào các kỹ sư APC để giải thích nhiều thiếu sót không ngờ tới của APC, chẳng hạn như chi phí cao, vòng đời ngắn và chi phí bảo trì cao hơn, mà trong hầu hết các trường hợp đều chưa được giải thích thỏa đáng.
Với gần 40 năm kinh nghiệm về điều khiển đa biến, chúng tôi đã có được sự hiểu biết trực quan và chất lượng hơn về điều khiển đa biến cũng như vai trò của nó trong hoạt động công nghiệp. Điều này có thể có một số tác động có lợi đối với APC và tự động hóa quy trình, bao gồm các công cụ phần mềm đơn giản và mạnh mẽ hơn, các ứng dụng được xác định rõ hơn và sự tham gia nhiều hơn của tất cả các bên liên quan.
Điều khiển đa biến là gì?
Điều khiển đa biến có thể được định nghĩa là quá trình tự động hóa các điểm đặt-của bộ điều khiển vòng lặp đơn và các điều chỉnh đầu ra mà lẽ ra sẽ được giao cho nhóm vận hành thực hiện thủ công. Nếu điểm đặt và điều chỉnh đầu ra được thực hiện bởi nhân viên vận hành trong chu kỳ làm việc thì đây là điều khiển đa biến thủ công. Các kỹ thuật điều khiển đa biến tự động, chẳng hạn như điều khiển dự đoán mô hình (MPC) hoặc điều khiển đa biến-không có mô hình, sẽ tự động hóa tác vụ này.
Điều khiển nhiều biến tự động (hoặc điều khiển vòng lặp kín nhiều biến) mang lại những lợi ích tương tự như điều khiển vòng lặp kín riêng lẻ, bao gồm tính kịp thời và nhất quán hơn, ít cảnh báo hơn và vượt quá giới hạn cũng như tối ưu hóa tốt hơn. Nó thường mang lại những cải tiến đáng kể về hoạt động và lợi ích kinh tế.
Vai trò trong các hoạt động của quy trình
Vai trò của điều khiển đa biến trong vận hành công nghiệp có thể hiểu là sự khác biệt giữa điều khiển đa biến tự động và điều khiển đa biến thủ công. Điều khiển đa biến thủ công luôn tồn tại trong công nghiệp vì hầu hết mọi hoạt động của quy trình đều là đề xuất điều khiển đa biến. Chỉ cần hỏi bất kỳ người điều hành nào và bạn sẽ thấy.
Điều khiển đa biến tự động tự động hóa hoặc đảm nhận nhiệm vụ thực hiện điều chỉnh điểm đặt và đầu ra cho nhóm bộ điều khiển liên quan. Điều này thường dẫn đến những điều chỉnh nhất quán và kịp thời hơn, ít cảnh báo và vượt giới hạn hơn cũng như tối ưu hóa hơn. Những lợi ích này cũng có thể được hiểu là vốn có của điều khiển vòng lặp-đóng so với điều khiển vòng-mở. Trong lĩnh vực điều khiển vòng lặp-đơn, những lợi ích này luôn dễ hiểu và trên thực tế, điều này cũng áp dụng cho điều khiển nhiều biến.
Sơ đồ ràng buộc truyền thống minh họa sự khác biệt của chúng. Với điều khiển đa biến thủ công, người vận hành có thể giữ một lượng đệm hoặc giới hạn sai số thích hợp giữa hoạt động đang diễn ra và giới hạn trong trường hợp có những thay đổi hoặc xáo trộn không mong muốn trong quy trình. Bộ đệm thường dẫn đến tổn thất kinh tế liên quan đến hoạt động được tối ưu hóa hoàn toàn.
Trong hướng dẫn sử dụng, nếu xảy ra sự thay đổi hoặc xáo trộn quy trình không mong muốn, người vận hành sẽ duy trì một khoảng đệm hoặc biên độ lỗi giữa hoạt động đang diễn ra và các giới hạn ràng buộc. Bộ đệm thường dẫn đến tổn thất kinh tế liên quan đến hoạt động được tối ưu hóa hoàn toàn.
Bằng cách sử dụng điều khiển đa biến-vòng lặp tự động hoặc khép kín, các hoạt động có thể được giữ gần với giới hạn thực tế hơn và có thể sử dụng vùng đệm làm lợi thế điều khiển nâng cao. Điều này có thể thực hiện được vì điều khiển đa biến có nghĩa là có thể dựa vào các phản hồi tự động để thực hiện hành động khi các điều kiện của quy trình thay đổi. Tương tự, điều khiển đa biến có thể tự động quay trở lại trong giới hạn ràng buộc, cho phép thu được lợi ích lớn hơn vì nó có thể hoạt động theo cả hai hướng.
Các ứng dụng điều khiển đa biến vẫn "nằm trong tầm ngắm" của mô hình MPC ma trận lớn thông thường vì chi phí cao của MPC vẫn chưa được chứng minh thành công và quá lớn so với những hạn chế của Điều khiển quy định nâng cao (ARC).
Ví dụ "Radar độ cao thấp" cho thấy một ứng dụng điều khiển đa biến đã "nằm trong tầm radar" của MPC. Nó hiển thị số lần can thiệp được thực hiện bởi người vận hành tại bảng điều khiển để đáp ứng với sự thay đổi điểm đặt, đầu ra hoặc chế độ trong một khoảng thời gian nhất định. Nó hiển thị 25 "vai trò" tồi tệ nhất, tức là những bộ điều khiển cần sự can thiệp của người vận hành nhiều nhất. Đây là một biểu đồ dễ vẽ cho bất kỳ bảng điều khiển hệ thống điều khiển hiện đại nào.
Số liệu hiệu quả cung cấp các phép đo có ý nghĩa giúp trực quan hóa tiến trình theo thời gian. Có phải ngành công nghiệp đang bỏ qua các số liệu có thể biện minh cho việc kiểm soát nhiều biến tự động? 25 bộ điều khiển tệ nhất (những bộ điều khiển cần sự can thiệp của nhân viên vận hành nhiều nhất) có thể dễ dàng được lập biểu đồ cho bất kỳ bảng điều khiển hệ thống điều khiển hiện đại nào.
APC quản lý vi mô
Để chắc chắn, hầu hết các biện pháp can thiệp này thể hiện các tình huống kiểm soát đa biến thủ công, trong đó nhóm vận hành bị choáng ngợp bởi việc quản lý vi mô nhóm bộ điều khiển được đề cập.
Mục tiêu của điều khiển đa biến là tự động hóa sơ đồ điều khiển đa biến thủ công và đóng vòng lặp đa biến đồng thời giảm số lượng biến.
Thiếu số liệu APC
Gần đây, ngành đã áp dụng các phương pháp hay nhất tương tự ít nhất hai lần - quản lý vòng lặp theo cách thủ công (ngoài các vòng lặp nhiều biến thủ công mà chúng ta đang nói đến) và quản lý cảnh báo cho "vai trò xấu" (ngoài các vai trò xấu mà chúng ta đang nói đến hiện nay cần sự can thiệp thường xuyên của nhân viên vận hành). các vai trò).
Các vòng lặp đa biến thủ công và sự can thiệp thường xuyên của nhân viên vận hành gây ra một số hậu quả không mong muốn, bao gồm nhiều cảnh báo hơn và vượt quá giới hạn cũng như nhân viên vận hành ít tập trung và tối ưu hóa hơn vào các nhiệm vụ cấp cao hơn. Các biện pháp can thiệp thủ công thường không nhất quán, không kịp thời và chưa{2}}tối ưu.
Số liệu hiệu quả cung cấp số liệu có ý nghĩa để trực quan hóa tiến trình theo thời gian. Hình 2 đáp ứng các tiêu chí này và phản ánh các khía cạnh cơ bản của tự động hóa quy trình thành công và chất lượng vận hành bảng điều khiển. Ngành công nghiệp có bỏ qua số liệu tự nhiên và có khả năng quan trọng này không?