Advanced Process Control-先进控制
APC控制器投用总结解析
APC控制器投用总结解析APC（Advanced Process Control）控制器是一种在工业过程中应用的先进控制器。
它可以通过对过程参数的实时监测和分析，以及自动调整过程变量来优化过程的运行，提高生产效率和产品质量。
在上海石化的应用中，APC控制器的投用得到了显著的效果。
首先，APC控制器在上海石化的应用中实现了过程稳定性的提升。
传统的控制方式往往需要人工干预和调整，容易受到操作员个人水平和主观意识的影响。
而APC控制器可以实时监测并分析多个过程参数，通过自动调整参数来保持过程的稳定性。
在上海石化的应用中，APC控制器成功解决了一些常见的过程不稳定问题，例如压力波动、温度波动等，显著提高了过程的稳定性。
其次，APC控制器在上海石化的应用中提高了生产效率。
传统的控制方式通常只能保持过程在一个较为理想的状态，而无法进一步提高生产效率。
而APC控制器可以通过优化过程参数的调整，实现过程的最大化运行。
在上海石化的应用中，APC控制器通过自动调整参数，实现了优化控制和最优化运行，提高了生产效率，减少了能源和原材料的消耗，降低了生产成本。
此外，APC控制器在上海石化的应用中也改善了产品质量。
传统的控制方式往往无法解决一些复杂的控制问题，导致产品质量无法达到预期的标准。
而APC控制器可以实时监测和分析过程参数，通过自动调整参数来控制产品的质量。
在上海石化的应用中，APC控制器成功解决了一些产品质量不稳定的问题，提高了产品的一致性和稳定性。
然而，虽然APC控制器在上海石化的应用中取得了显著的效果，但也存在一些挑战和问题。
首先，APC控制器的应用需要掌握一定的专业知识和技术，需要专门的培训和学习。
其次，APC控制器的投用需要较高的成本投入，包括硬件设备的采购和软件的开发。
最后，APC控制器的应用需要与原有的控制系统进行整合，可能存在一定的兼容性问题。
总之，APC控制器在上海石化的应用中取得了良好的效果，提升了过程稳定性、提高了生产效率和产品质量。
2-1 先进控制系统原理
先进控制原理APC Overview 先进控制介绍What is APC? 什么是APCAPC = Advanced Process Control 先进过程控制In regulatory control, you look at one input (measurement) and control it to a target (setpoint) by adjusting one output/valve. (e.g flow, level, etc.)Single Input Single Output (SISO)常规控制针对单回路，单输入与单输出In advanced control, you look at many inputs and then control one or more outputs.Multivariable (crude unit, FCCU etc.)Multiple Input Multiple Output (MIMO)先进控制针对多输入多输出Model BasedControlAdvancedRegulatoryControlBasicRegulatoryControlDifferent technologies available at each level19602000Adapted (and modified) from the following literature source:Qin, Joe S. (University of Texas), Badgewell, Thomas A., (AspenTech) , “A Survey of Industrial Model Predictive Control Technology (2001Draft)”197019801990InvensysShell AspenTechAdersaHoneywellModel Based Predictive ControlAdvanced Solutions How does APC Work?APC是如何工作的？Why Bother with APC & RTO ?实施APC 和RTO 的根本原因020406080020406080100Cost %Benefit %FeedFuel, steam and utilitiesProductsthroughput up1-5%usage down5-15%yield up 1-5%variation in quality down 25-50%Process ImprovementSavingsPaybackPayback time usually < 6 months, often <3 monthsBenefits Achievable from APC来自APC 的效益Incentives for Advanced Control先进控制的效益Variable 变量TimePoor controlConstraint 约束Good Regulatory ControlAdvanced Control$$Incentives for Advanced Control 先进控制的效益Advanced Solutions Incentives for Advanced ControlAdvanced Solutions•The benefits of advanced control and optimizationstrategies are field proven and generate high rates of return on investment.•Typical Benefits:–Increased Throughput 增加产量–Improved Yields 提高产率–Decreased Operating Costs 降低操作费用–Improved Quality Consistency 改善控制品质–Increased Operating Flexibility 提高操作灵活性–Improved Process Stability 增强装置稳定性•Payback periods < 6 months are common.一般6个月收回投资Tangible APC BenefitsAPC 直接效益•Intangible benefits are harder to quantify but can be quite significant depending on the project under evaluation.•Improved Process Safety 提高装置安全–Process Watchdog–Earlier Identification of Problems•Improved Operator Effectiveness 提高操作工效率–Focuses on key operating parameters•Reduced Downstream Unit Variability 减少下游装置波动–Fewer Process Upsets•Better Process Information 增加对装置的理解–Increased Process UnderstandingIntangible APC BenefitsAPC间接效益The following are generally accepted ranges for APC and optimization benefitsRefiningCrude Distillation (150 KBPD) Coking (40 KBPD) Hydrocracking(70 KBPD) Catalytic Cracking (50 KBPD) Reforming (50 KBPD) Alkylation(30 KBPD)Benefits ($0.01/bbl)5-1315-3313-3013-3010-2610-26Benefits (US$/yr)2.7M -7.0M2.2M -4.8M3.3M -7.6M2.4M -5.4M1.8M -4.7M1.1M -2.8MIndustrial Utilities Cogeneration/Power SystemsBenefits (/yr)2-5% Decrease in Operating CostsChemicals Ammonia PolyolefinsBenefits (/yr)2-4% Increased Capacity / 2-5% Less Energy/Ton2-5% Increase in Production/Up to 30% faster grade transitionPulpingBleachingTMP (Thermo Mechanical Pulping)Benefits (/yr)10-20% Reduction in Chemical Usage$1M-$2MOil & Gas Upstream productionBenefits (/yr)1-5% Increase in ProductionPetrochemicals EthyleneVCMAromatics (50KBPD)Benefits (/yr)2-4% Increase in Production3-5% Increased Capacity / 1-4% Yield Improvement3.4M -5.3M US$Profit SuitsThe Hierarchical Layers of Advanced Process ControlHoneywell has extensive capabilities in all of these technology areas.*ARC January 2003 Report -“Real-time Process Optimization and Training Worldwide Outlook”Estimated $2 Billion in Benefits since 199675+ Higher Level Optimization Applications 1500+ Multivariable Controller Applications500+ Major Unit Implementations (MPC-Based Optimization)250+ Industrial Sites 150+ Customers WorldwideProfit Suite for Control & OptimizationMarket Leader in APC and RTO*Advanced Solutions Profit Suite Services & Support•Development/Product Management–25-30 developers world-wide•Project Services–80+ representatives globally•Advanced Application Aftermarketand Support Services–60+ dedicated AppTech personnel"Local expertise, globally networked”(3rd Party implementation where appropriate) Depth of education, experience and knowledge intechnology and domain expertisespread across all functions炼油过程烷基化催化裂化延迟焦化常/减压精馏加氢裂化预加氢异构化润滑油催化重整氢气厂加氢精制硫回收石油化工芳烃联合装置丁二烯乙烯对二甲苯PTA矿冶碾磨氧化铝油气天然气厂海上平台液化天然气液化天然气终端化工线性α-烯烃丙烯酸，醋酸PVC, VCM造纸Pulping, ScreeningDigesting液体回收ClO2, 漂清纸机聚合物聚乙烯聚丙烯乙苯/苯乙烯环氧丙烷工业公用工程热力工程/管网热电我们的技术遍布于工业领域Multivariable Predictive Control多变量预测控制MPC Overview 模型预测控制综述Model Predictive Control (MPC) technologies use process relationships to better control and optimize complex industrial processes.模型预测控制技术使用过程动态模型实现复杂工业过程的更好的控制与优化Setpoints, Ranges, Optimization ObjectivesCV’s DV’sMV’sProcess ModelsAdvanced Solutions MPC Features MPC的特点•Multi-Variable 多变量–MPC helps coordinate and decouple the effectsmultiple process variable interactions.•Model-Predictive 基于模型的预测–MPC uses dynamic models to predict processbehavior into the future. This information is then usedto proactively control the process.•Constraint Aware 考虑约束–MPC monitors and maintains MV’s and CV’s limitswhile it is controlling the process.•Optimized Control 优化控制–MPC has integrated optimization capabilities to driveapplications toward specified design objectives.Advanced Solutions What is a CV? 什么是CV ？CV's are Controlled Variables. The MPC controller is designed to "control" these variables (within a range or to a setpoint.) Representative examples would be product qualities, valve outputs, level %, etc.CV’s 就是被控变量。
第8章-先进控制系统介绍
要求： 数据覆盖面在可能条件下应宽一些，以便软测量具 有较宽的适用范围。 为了保证软测量精度，数据的正确性和可靠性十分 重要，因此现场数据必须经过显著误差检测和数据协 调，保证数据的准确性。 采集的数据要注意纯滞后的影响。
第8章 先进控制系统介绍
31 软测量技术 2 时滞补偿控制
3 解耦控制 4 预测控制 35 自适应控制 6 模糊控制
1
第8章 先进控制系统
8.0 概述
现代工业生产过程的大型化、复杂化，对产品质量、 产率、安全及对环境影响的要求越来越严格。 许多复杂、多变量、时变的关键变量的控制，常规 PID已不能胜任，因此，先进控制受到了广泛关注。
软测量技术，就是选择与被估计变量相关的一组 可测变量，构造某种以可测变量为输入、被估计变 量为输出的数学模型，用计算机软件实现这些过程 变量的估计。也成为“软仪表”，“软传感器”。
软测量估计值可作为控制系统的被控变量，还可 为优化控制与决策提供重要信息。
4
软测量中各模块之间的关系 图8-1软测量结构图
7
对初始辅助变量降维
方法一：通过机理分析，选择响应灵敏、测 量精度高的变量作为最终辅助变量。
方法二：主元分析法，可利用现场历史数据 作统计分析计算，将原始辅助变量与被测量 变量的关联度排序，实现变量精选。
例如，在相关气相温度变量、压力变量之间 选择压力变量。
8
8.1.2数据采集与处理
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(4)串接解耦控制
在控制器输出与执行器输入之间，可串接解耦装置 D(s)，双输入双输出串接解耦方块图如图8-5。
图8-5双输入双输出串接解耦方块图
半导体apr
半导体APR1. 引言半导体APR（Advanced Process Control，高级工艺控制）是半导体制造过程中的一项关键技术。
它使用先进的控制算法和实时数据反馈，以提高生产效率、减少制造缺陷，并优化产品质量。
本文将介绍半导体APR的背景、原理、应用和未来发展趋势。
2. 背景随着电子产品市场的不断扩大和技术的不断进步，半导体行业对于更高性能、更小尺寸、更低功耗的芯片需求也越来越大。
为了满足这些要求，半导体制造工艺变得日益复杂。
传统的手工调整和控制方式已经无法满足制造过程中对精度和稳定性的要求，因此需要引入半导体APR技术。
3. 原理半导体APR技术主要基于先进的控制算法和实时数据反馈。
在制造过程中，通过传感器等设备收集到大量关于温度、压力、流量等参数的数据，并将其与预设目标进行比较。
然后，利用控制算法对制造过程进行实时调整，以使实际参数尽可能接近目标值。
这种反馈控制的方式可以提高制造过程的稳定性和一致性。
4. 应用半导体APR技术在半导体制造的各个环节都有广泛应用。
4.1 清洗和刻蚀清洗和刻蚀是半导体制造中重要的工艺步骤。
通过使用半导体APR技术，可以实时监测清洗液的温度、浓度等参数，并根据设定值对清洗液进行精确控制，以确保清洗效果和一致性。
同样，在刻蚀过程中，APR技术可以帮助调整刻蚀液的流量、压力等参数，从而实现更精准的刻蚀效果。
4.2 沉积沉积是将材料沉积到基片表面形成薄膜的过程。
利用半导体APR技术，可以实时监测沉积速率、温度等参数，并根据预设目标对沉积工艺进行优化。
这样可以提高沉积层的均匀性和质量，并减少缺陷率。
4.3 曝光和光刻曝光和光刻是制造芯片图案的关键步骤。
通过半导体APR技术，可以实时监测曝光和光刻过程中的参数，并根据目标值对曝光时间、曝光能量等进行调整。
这样可以提高图案的分辨率和一致性，从而得到更精确的芯片结构。
4.4 检测和测试在半导体制造过程中，检测和测试是至关重要的环节。
1 第1章 先进控制概述
企业应用先进控制是一个必然趋势
模型预测控制 内模控制 统计质量控制 自适应控制 专家系统 非线性控制
第四类：先进控制——潜在技术
最优控制
神经控制
模糊控制
第五类：先进控制——研究中的策略 鲁棒控制
第四节 先进控制的核心内容
(4) 先进控制的实施
被控变量的有效测量，要求准确、实时
化验分析：时效性差，不能作为被控变量测量值 分析仪表：时间滞后较长，10-30分钟，直接作 被控变量测量值效果不好，但可以作为修正使用 软测量技术 选择合适的被控变量和选择合适的操纵变量 选择合适的可测干扰作为前馈变量
本科生课程→先进控制→研究生课程
反映过程控制的前沿，学习好处多
课程简介 三. 教材与参考书
教材 《过程控制工程》，蒋蔚孙，俞金寿，中 国石化出版社 参考书 《工业过程先进控制》，俞金寿，中国石 化出版社
课程简介 四. 成绩与考试方式
成绩 平时成绩（考勤+作业）30% + 期末成绩 70%
先进控制策略的有效制定
第四节 先进控制的核心内容
较为准确的动态数学模型
系统辨识：输入输出模型，需要对生产过程进行 测试，要求操作变量有较大的变化幅度 机理分析：机理模型，建模难度大，变量信息多， 对生产没有较大的测试影响
整定常规PID控制回路，为实施先进控制奠定基础
合理选择被控变量的区域，限制操纵变量的变化量 和变化率，保证系统的平稳性和鲁棒性
先进控制理论与技术
课程简介
APC简介
3
管控一体化
作为国内推广的企业信息化的根基，先进控制 技术已经成为生产过程的最高层面，其在企业 中的MES、ERP等信息系统以及DCS、PLC等控制 系统的有机整合过程中起着举足轻重的作用
被喻为“企业实现管控一体化的技术桥梁”
4
5
1. APC概念 2. 工厂现 3. APC应 4. ƒJ 及技术 5. 实 与维护 产
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APC_电池清洗
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温度
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加药
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流量
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1. APC概念 2. 工厂现 3. APC应 4. ƒJ 及技术
多变量预估控制技术
产
基本回路整定技术 软测量技术
5. 实
与维护
动态及工艺建模技术
基本回路整定技术
（比例－积分－微分）PID及其改进型控制器是在工业过程控制 中最常见的一种控制调节器。但是，PID参数的整定一般需要经 验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千 差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数的整定有一定的 难度，致使许多PID控制器没能整定得很好，系统无法工作在令 人满意的状态。这样就提出了PID参数自整定的需求。 自整定的意思是：在现场设备运行过程中，控制器接收到外部信 号的要求（例如操作员命令）后，控制回路的PID参数可以根据 对象运行的过程数据自动进行整定。将过程动态性能的确定和 PID控制器参数的计算方法结合起来就可实现PID控制器的自整定 。
例如：通过测量生产前后药液浓度、加药量、生产 片数计算每片的消耗药剂量或 根据生产了多少片 子计算出当前药液浓度
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1. APC概念 2. 工厂现 3. APC应 4. ƒJ 及技术 5. 实 与维护 产
实施能力决定先进控制的应用基础
apc控制系统培训小结 -回复
apc控制系统培训小结-回复APC控制系统培训小结在现代化工过程中，高级过程控制（Advanced Process Control，简称APC）系统扮演着至关重要的角色。
它利用先进的控制算法和技术，能够优化生产过程，提高生产效率，降低成本，改善产品质量，并确保工厂运行顺利。
在此次APC控制系统培训中，我们深入了解了APC系统的原理、应用和操作方法。
以下是我对这次培训的一步一步回答和总结。
第一步，我们首先了解了APC控制系统的基本原理。
APC系统通过对过程变量进行实时监测和控制，可以自动调节控制参数，使系统能够在最佳状态下运行。
这些控制参数可以是温度、压力、流量等过程变量。
APC系统利用数学模型和先进的控制算法，通过分析和预测数据之间的关系来调整控制参数，以实现最佳控制效果。
第二步，我们学习了APC系统的应用领域和优势。
APC系统广泛应用于石油化工、制药、电力、水处理等行业。
有了APC系统，生产过程能够更加精细化和自动化。
通过实时监测和调节过程变量，APC系统可以实现更高的生产效率和产品质量，同时降低能耗和废料产生，提高工厂的经济效益。
第三步，我们详细讨论了APC系统的操作方法。
在APC系统中，我们需要掌握安装、配置和调试的技巧。
首先，我们需要选择适合的硬件设备和软件平台，并根据具体的工厂特点进行安装配置。
然后，我们需要编写数学模型和控制算法，并进行参数的调整和优化。
最后，我们需要对APC 系统进行监测和诊断，以确保其正常运行和优化性能。
在这次培训中，我还学到了一些APC系统优化的技巧和注意事项。
首先，我们需要在实施APC系统之前进行充分的工艺优化和改进。
只有在工艺已经达到一定的水平后，才能通过APC系统进一步提高。
其次，我们需要对数据进行准确的采集和处理，以确保APC系统能够得到精确的输入和输出。
此外，我们还需要密切关注系统的稳定性和安全性，并进行定期的维护和更新。
总的来说，这次APC控制系统培训对我来说是一次宝贵的学习机会。
组态软件说明介绍
①InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用ＤＤＥ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。
3.4组态软件的开放性
随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供，或者通过ODBC将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。
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Present
预测将来
生产管理和 生产最优化
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什么是先进控制
一种基于现代控制论的控制技术:
使用模型 通过预测进行控制 可以实现多变量控制 考虑各种限制 按照客户要求定制优化功能
“应用扩大”
下一代技术方向 ・ 进一步完善APC整体解决方案 ・ 定制化的用户操作画面 ・ 支持非线性过程控制
DMC：Dynamic Matrix Control
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Predictive Value
MV1
CV1
Predictive Value
Predictive Value
MV2
CV2
Predictive Value
MV3
CV3
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先进控制带来的效益 - 提高产品质量
丙烯
3
F
Q
2.8
C3’
2.6
2.4
2.2
2
1.8
丙烯丙烷分馏塔
1.6
1.4
1.2
F
1
0.8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.6
0.4
CS3000（DCS） Bus
FCS RS-232C
通信转换器
RS422
组分气体
长周期运转的稳定性（色谱系统的稳定性）
先进的柱检测和柱诊断技术
专利的控温技术
专利的恒温箱结构
人、机交换界面的友好性
先进的色谱通讯技术
丰富的现场应用业绩
先进的设计理念、高稳定性的硬件以及可靠的系统 软件，使现场的维护量降到最低，几乎是免维护， 维修成本几乎为零；
6
什么是先进控制 模型预测控制的特点
PID控制和模型预测控制的区别
■PID控制： 控制变量取决于SV（设定值）和PV（测量值）的偏差和PID参数。
■(多变量) 模型预测控制: 控制变量取决于过程动态模型和预测误差 预测值和PV(预期的测量值)之间的误差.
如果建立准确的过程模型，那么就可以得到非常好的控制效果。
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先进控制带来的效益 - 牌号切换
• 缩短产品品种更换时间
采用APC前的变更时间
先进控制后的变更时间
高限
B牌号
低限
A牌号
效益计算公式： 目前的变更时间×提高率 %×产量 (吨/小时)×（产品的平均价格－副产品的价格）× 负荷变更频率 / 年 效益计算案例： 3h×30%×10t/h×（120－80 \/kg）×20次/年 ＝ 720万日元/年
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什么是先进控制
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潜在的效益
先进控制的利益
•经济效益
•提高产量 •提高生产效率 •提升产品质量 •减少企业成本 •减少生产浪费 •稳定产品质量 •提高生产稳定性
•提高装置安全 •提高关联装置之间的生产稳定 •提高操作效率 •优化生产信息 •减少环境污染
100% 70%
实时优化（RTO）
多变量预测控制 (MPC)
- 模型预测控制(ExaSMOC)质量控制方式 设定点发生变化后
丙烯
F
Q
C3’
丙烯纯度
丙烷中丙烯含量
F
C3’’
Q
多变量控制器
丙烷
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先进控制与在线色谱 横河在线色谱
10
横河先进控制软件包组成
横河-壳牌联合提供了先进控制的软件包
历史数据库
ExaOPC
历史数据
过程模型
AIDA(offline)
过程数据
Exarqe
历史数据 过程数据
基于模型的预测量
Exasmoc
设定值（优化）
ExaOPC
过程数据
DCS
控制变量
系统辨识 过程数据
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PV
误差 SV
PV
预测误差
预测值
最小化方程
时间 CV 目标
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Time
什么是先进控制 多变量模型预测控制的特点
解决互相干扰和控制限制 每对控制变量和被控互相的关系都简化成线性模型。 每个控制周期内，多变量模型预测控制器都会预测所有被控变量的数值 ，并实施优化控制，保证所有被控的变量在设定范围内。
为什么实施先进控制:
提升装置安全性 装置更加稳定, 比如温度波动更小. 装置效率提高 提高产品质量: 减少质量过剩，提高产品合格率 提高可靠性: 更加稳定的操作，减少设备损耗 减少成本 提高企业利润: 提高产能，提高产品收益，提高效率
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什么是先进控制 模型预测控制
基于过程动态模型的控制器. (控制器知道过程的响应.) ＝相当于一个操作经验丰富的操作工.
控制变量
控制变量
被控变量
Time
被控变量
Time
模型预测的过程响应
预测域
控制域
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Transformation 2017
横河先进控制技术与经验
横河电机（中国）有限公司 解决方案技术部
2016/5/26
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目录
1 • 什么是先进控制 2 • 先进控制的效益 3 • 先进控制实施的条件和步骤 4 • 横河整体解决方案
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先进控制与在线色谱 在线色谱分析质量
历史数据库
3
什么是先进控制（Advanced Process Control）
先进控制是基于工艺模型的多变量预测控制技术
工厂模型
预测, 可视化
通过提前预测故障， 减少事故发生 (无非计划停车)
生产能力最大化， 质量最优化， 安全化生产
计算和预测 不可测量参数
通过性能监控 对设备预测维护
工厂
<Confidential>
PCTP工具包中有基于经验的动态建模工具
鲁棒质量预估软件包
PCTP工具包中有基于推理的建模工具
运行监视分析软件包
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先进控制的效益
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横河先进控制软件包
■APC: ■MPC:
Advanced Process Control 先进控制 Model Predictive Control 模型预测控制
(包括，多变量预测控制)
横河软件包
■PCTP: ■SMOCPro : ■AIDAPro:
■RQEPro:
■MDPro:
过程控制软件包 多变量优化控制软件包 先进模型辨识和数据分析软件包
操作
[3]启动优化，将控 制指标推向限制
被控变量的瞬间值分布
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先进控制的效益 - 减少劳动强度
先进控制采用前的操作
操作员的挑战: • 无时无刻需要关注多个控制回路和画面 • 各种限制的改变 • 工作强度大，容易疲劳
混合样品 气采样 入口
第一 次
注入
组份A 色谱 柱载气
载气
组份B 出口
组份C
组份信 号
各种组分
时间
数据
GC8000
第二 次
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