翻译 过程控制工程.docx
- 文档编号:17569709
- 上传时间:2023-07-26
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:31.86KB
翻译 过程控制工程.docx
《翻译 过程控制工程.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《翻译 过程控制工程.docx(19页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
翻译过程控制工程
ProcessControlPerformance:
NotasGoodasyouThink
过程控制性能:
没那么乐观
ByDavidB.Ender,President,Techmation,Inc.
作者:
大卫B。
安特,Techmation股份有限公司主席
ReprintedfromControlEngineeringSeptember1993
转载自《控制工程》1993年9月刊
Twenty-fiveyearsago,controlsystemswerebuiltaroundsinglelooppneumaticcontrollers,pneumatictransmitters,andcontrolvalves.Thesewerehookedtogetherwithpneumatictubingcarrying3-15psipneumaticsignalsthatimplementedcontrolstrategiesatthespeedofsound.Controllerswereeitherproportionalonly(P)orproportionalplusintegral(PI).Derivativecascade,andfeedforwardwereviewedasveryadvancedcontrolstrategies.
25年前,控制系统主要由单回路气动控制器,气动变送器和控制阀构成。
这些器件气动管材连接在一起,靠3-15psi的传递信号,以声速实现控制。
有的采用比例控制器,有的采用比例积分控制器。
微分级联控制和前馈控制算是很先进的控制策略。
Controllertuningwasconsideredmoreofanartthanascienceandthesubjectofactiveresearchatmanyuniversities.Onatourthroughatypicalplant,onewouldfindasmanyloopsinmanualasinauto,ordriftingalloverbecausethegainwasturnedwaydowntoavoidtroublesomeoscillation(therebyalsoavoidingtroublesomecontrol.)Inaword,controlwaspoor.
在很多大学里,调整控制器被视为艺术,而非科学抑或需要自主探索的学科。
在你参观一家典型工厂时,你会发现手动调整回路和自动调整回路的数量是一样多的,或者就是来回漂动,因为为了避免震荡,就降低了增益(因而避免在控制上遇到难题)。
一言以蔽之,控制这一块做的很糟糕。
Electronicanalogcontrollerspromisedfasterresponse,thepossibilityofmore
precisetuning,andarevolutionaryimprovementincontrolaccuracyforaslight
premiuminprice(usuallyaboutdouble).Thistriggeredalong-liveddebateastowhichwasbetter,analogorpneumaticinstrumentation.Thedebatelastednearlyadecadeandwasneversettled.Itwasfinessedbythemid-'70sintroductionofthemicrocomputerbaseddistributedcontrolsystems(DCSs).
Intheearly1980s,afterDCSshadbeenavailableforfiveorsixyears,Honeywell,UnionCarbide,andothers,toquantifythebenefitsofusingDCSs
ratherthanconventionalanaloginstrumentationconductedsomestudies.
电子模拟控制器使响应速度提高,也使调整精度提高,并且价格提高的一点点(大约2倍)带给控制精度以革命性的跨越。
它的问世触发了关于模拟控制器和气动控制器水更胜一筹的争论。
这一争论持续了近十年,未果。
在七十年代年中期引进了基于微机的集散控制系统而得以消停。
在八十年代早期,集散控制系统被使用了五,六年之时,为了量化使用DCS而非其他传统传统模拟器件的好处,由Honeywell公司和UnionCarbide公司以及其他公司主导了一些研究。
Oneoftheareasidentifiedwasbettercontrol.Beforeandaftercomparisonsofperformance,whenconventionalinstrumentationwasreplacedwithdigitalsystems,repeatedlyrevealedbettercontrol.Evenwhentherewasnoovertchangeincontrolstrategy-andwhentheoldsystemwasreplacedloopforloop-reductionsinvarianceinkeyprocessandproductvariablesashighas47%werereported!
Thereasonsidentifiedforthisphenomenonwerestraightforward;
▪Moreloopswereinauto
▪Theloopsweretunedbetter
▪Setpointswereadjustedwithfinerresolutionandgreateraccuracy
其中一个被确认的领域是最优控制。
当传统仪器被数字系统取代时,往往会体现出更好的性能。
即使控制技术没有明显改变,当旧系统被完全替换时,关键过程和产品变量的变化量的减少能高达47%!
造成这一现象的原因很明显
·因为自动的回路更多了
·回路得到了改善
·设定点调整使得精度增加,解决方案更好
Today'ssystems
Comparedtoolderequipment,today'shightechnologycontrolsystemsseem
wonderful.But,let'stakeacloserlook:
Theoperator'sconsoles-Thecolorvideosareverynice,andthetouchscreenandtrackballsarestateoftheart.However,datasamplingratestothescreenarestillslowcausingaliasingoftrueprocessresponse.
Thelatestmicrocomputers-GordonMoore,founderandchairofIntel,
formulatedMoore'sLawwhichquantifiestherapidadvancementofcomputer
technology:
Everythreeyears,computertechnologydoublesinpowerwhileits
costsarereducedinhalf.
如今的系统
与老式的设备相比,现在的高科技控制系统看似优越。
但我们不妨深入观察:
操作员的控制台-彩色视频画质很棒,触屏和轨迹球都很艺术。
但屏幕的分辨率依然太低,低得足以导致分不清真正的过程响应。
最新式微机-GordonMoore是英特尔的创始人兼主席,是他发现了可以衡量电脑技术飞速进步的莫尔定理:
每隔三年,电脑技术的性能加倍提高,而造价减半。
Thesoftware-It'simproving.It'speopleintensive.But,it'snotbugfree.
Controlvalves-Bettervalvedesigns,anticavitation,andnoisereducingtrims
areyieldinghighperformancerotaryvalveswithbettersealsandbetterpackingdesigns.
Valveactuators-Springanddiaphragmvalveactuatorsarestillfoundoperatingat3-15psi,themostcommoncontrolmedia.Excessivehysteresis,stick-slip,valvemaintenance,andcalibrationarestillmajorproblems.
Fieldinstrumentation-It'simproving.Installation,calibration,andmaintenancearestillproblems,though.
软件-正在改善。
投入的人力很多,但并不意味着没漏洞。
控制阀-更好的阀设计,防空蚀,以及平滑噪音的特点,使高性能旋转阀得以更好地封装和包装设计。
阀动器-最常见的控制媒介—弹簧阀动器和隔膜阀动器仍然依靠3-15psi的信号来运作。
过度滞后,爬行,阀的保养和校准是主要问题。
场器件-正在得到改善。
但安装,校正和维护依然存在问题。
Smarttransmitters-Thesehaveonlyrecentlybecomeavailableandtheir
popularityisgrowing.Somedesignscontainon-boarddigitalprocessorsto
massagetherawdatareadings,including;amovingwindowfiltertechniqueandanoisesuppressiondeadband.
Closed-loopcontrol-Thetransmitterdynamicschangedependingonthe
magnitudeofthetruesignalchange.Thiscausesthefeedbackcontrollerto
introducearesolutioncyclesimilartocontrollingtheprocesswithavalvewith
excessivestick-slip.Nottoosmartfromaprocesscontrolstandpoint.
Thecontrolalgorithms-PIDisover50yearsoldandisusedin95%ofloops.Yet,afterallthistime,thereisnostandardforPIDimplementationindigital
controllers.Hence,notwodigitalcontrollersonthemarketworkthesame.
智能发射器-它们最近才出现在市场上,并且受欢迎程度在升温。
一些设计包含了现场数字处理器来完善原始数据的读取,包括:
移动窗口过滤技术和不敏感带噪声抑制。
闭环控制-发射器的动态变化取决于信号变化的强度。
导致反馈控制器引进了分辨率循环,这种分辨率循环类似于用一个爬行过度的阀来控制一个进程。
站在过程控制的立场上看,这是很先进的。
控制算法-PID控制已问世50余年,在超过95%的回路中都有使用。
然而这么多年来,数字控制器中PID并没有统一的实施标准。
也因此,市场上的数字控制器运行原理各不相同。
Advanceddigitalsystems-ManydonotprovideenoughfunctionalityforevenbasicmodificationofthePIDalgorithm.Forsuchbasiccontrol,aserrorsquaredforsurgeleveltankcontrolorPI-DandI-PDselectionformodificationofthesetpointresponsetotheerror,somemanufacturersevenlimitthePIDsettingsthatcanbeentered.Becauseit'sseldomappliedeffectivelyandlessoftentunedforminimumvariance,feedforwardisalsonotinwideuse.
Processapplications-Therearenotenoughcontrolengineersavailableto
addressallapplicationsproperly.
先进数字系统-很多系统不允许PID算法做出哪怕一点点基本的调整。
对于这种基本控制,当给定值被修改时,例如水箱液位控制或PID,IPD的控制,便会涌现出大量错误。
一些制造商甚至不公布PID的设置参数。
因为修改PID设置这一功能很少被合理正确地应用,而且参数很难被调整到能使系统稳定状态,前馈控制也不被广泛应用。
过程的应用软件-当今世上能把所有应用程序的参数调得恰到好处控制工程师,为数不多。
Insummary,today'scontrolsystemsprovidemajorimprovementsinmanyareas,suchasthehuman-machineinterface,flexibility,easeofconfiguration,reliability,andcommunicationswiththeprocess.
"ThebottomlineisthattheoptimizationofexistingcontrolsystemswouldgenerateenoughprofitstoeliminatetheUnitedStatestradedeficit."-BelaLiptak.But,aswiththechangeoverfrompneumatictoanalog,thedevelopmentofthe4-20mAstandards,andtheswitchtodigitalinstrumentation,therearestillareastodebate.
Today,suchdebatecentersaroundfieldbusstandard.And,liketheearlier
debates,userswanttoknowthatwhetherthenewdigitalfieldbusstandardswillreallyhelpprocessplantsachievebettercontrol.
总而言之,当今的控制系统在很多方面显现出了重要改进,例如人机接口,灵活性,是否易于配置,可靠性,以及与进程的通信。
BelaLiptak说:
“最起码,优化现有的控制系统得要创造足够多的利润来抵消美国贸易赤字。
”但是随着气动控制器向模拟控制器的转变、传递信号为4-20毫安电流标准的开发以及日益盛行的仪表电子化,依旧存在很多争议。
如今,这些争议围绕现场总线展开。
和以往的争论一样,用户希望知道现场总线标准是否能切切实实地、更好地控制工艺装置。
Performanceoftoday'ssystems
Withthelatestandgreatestdigitalcontrolsystemspresentlyinstalledinprocessplants,whatfollowsaresomefirst-handobservationsofhowthebillionsofdollarsspentonDCSshasaffectedthequalityofcontrol.
Intestingthousandsofindividualcontrolloops,inhundredsofoperatingplants,thefollowingsummarizeswhatTechmationandothershavefoundabouthowthetypicalprocessplantisoperating.
当今系统的性能
伴随着最新最好的数字控制系统被安装进了工艺装置,耗资数十亿美元的DCS如何影响了控制性能的第一手观察资料,随之而来。
在测试了几千个单独回路,对数百个工艺装置进行实验之后,以下条目简要说明了Techmation以及其他公司,一同研究研究发现的典型过程控制工厂如何运作。
▪Today,morethan30%oftheprocesscontrollersinstalledoperatein
manual.
▪Afterpresentingthesedataatarecentseminar,aparticipant
challengedthefindings.Hewascertainthathisplant,andmostothers,
couldnotpossiblyberunningwithsuchahighnumberofloopsinmanual.Thefollowingweekhecalledtosaythenumbershouldbecloserto50%andreportedhehadnoideathatthingsweresobad.
·现在30%以上的已投入生产的过程控制器需要人工的控制。
·在最近的一次研讨会上公布这一数据后,一位参与者质疑研究成果。
他很确定自己的工厂乃至其他的大多数工厂,都不太可能有这么多的回路是手工控制的。
在接下来的一星期,质疑者又打电话来说实际数据估计要接近50%,他也不知道事情怎么会这么糟。
▪Morethan30%oftheloopsactuallyincreasevariabilityovermanual
controlduetopoortuning.Atarecentcontrolconference,aspeakerfromamajorcompanystatedthatinasurveyheconducted,25%ofthecontrolloopsintheDCSsinhiscompanies'plantshadthedefaultparameters:
Gain=1.0,Integral=0.1repeatperminute.
▪30%percentoftheloopshaveequipmentproblems.Theequipment
problemsincludeoversizedandundersizedvalves;excessive
hysteresis,resolution,orstick-slipinthevalves;andmeasurement
problems.
▪Measurementproblemsinclude;improperornoanti-aliasingfiltersettingsinthetransmitter,excessivefilteringinsmarttransmitters,excessivenoiseonthemeasurementsignal,andimpropertransmittercalibration,tonameafew.
·这些超过30%的手工调节的回路由于参数调得不好,反而使系统更不稳定。
在最近的一次控制会议中,一家大公司的发言者说,他主导的一项实验显示,他们公司工厂DCS系统中25%的回路都设定了这样的系统参数:
增益=1.0,
·30%的回路存在设备问题,这些问题包括:
阀过大或过小;磁滞过多,分解,运动时发生粘连;以及测量问题。
·测量问题包括:
发射器中没有图形保真滤波器,或与系统不配,发射器中滤波器过多,测量信号中噪声太多,发射器口径不正确。
(这只是其中的一部分)
Recentfindingsindicate...
AtarecentTAPPI(TechnicalAssociationofthePulpandPaperIndustry)
meeting,arepresentativeofamajorvalvemanufacturerpresentedapaper
wheretheytested31valvesonapapermachinesteamandcondensatesystem.
Theyfoundthat35.5%ofthevalvesdidn'thavethecorrecttravelset,another
35.5%hadinsufficientactuatorthrustforsmoothoperation,38.7%hadimproperbenchset,35.5%hadexcessivefriction,35.5%hadI/Pcalibrationproblems,and71%neededpositionercalibration.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 翻译 过程控制工程 过程 控制工程
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)