上圖是常見的，給下游裝置用泵輸送供料的流量控制的場景設(shè)計。前面是進(jìn)料緩沖罐液位控制，泵后是流量控制。這是標(biāo)準(zhǔn)的單回路控制。如果用先進(jìn)控制實(shí)現(xiàn)，則控制方案設(shè)計如下：
當(dāng)沒有約束時，兩種控制方案是等價的。當(dāng)FIC的設(shè)定值太高，超出了FV1的調(diào)節(jié)能力，則緩沖罐液位會失控逐漸降低。如果液位太低則存在汽蝕的風(fēng)險。如果人為限制FIC的設(shè)定值高限，則可能損失部分產(chǎn)能。
可以考慮增加低液位與流量控制的超馳控制的基于PID的控制方案，如下所示：
這個方案如果用APC如何實(shí)現(xiàn)呢？變量和模型都不需要變化，只需要將液位控制設(shè)置成范圍，上限是LIC的設(shè)定值，下限是LIC2的設(shè)定值，而且將LT這個CV設(shè)置成高優(yōu)先級并進(jìn)行最大化優(yōu)化就能實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜控制方案。當(dāng)LT在范圍內(nèi)時，PID控制器用FV控制FT在設(shè)定值，并用FV1將LT向范圍上限優(yōu)化。如果FT的設(shè)定值超過了FV1的最大流量，則LT在范圍內(nèi)浮動。如果FT的設(shè)定值持續(xù)超過FV1的最大流量，導(dǎo)致LT低于其范圍下限，則高優(yōu)先級生效，F(xiàn)V放棄對FT設(shè)定值的控制，全力保證LT在范圍內(nèi)。
如果上下限不合理導(dǎo)致LT失控，則是授權(quán)不充分或者設(shè)備限制，超出了APC的能力，PID控制器設(shè)計時不用考慮。
其實(shí)，還有一種重新配對的嵌套控制方案，如下所示。流量控制的生效需要LIC投自動，而且流量被控對象特性和液位的控制品質(zhì)相關(guān)。盡管看起來是兩個單回路，但是由于兩個單回路利用了回路間的耦合關(guān)系，這是一種隱藏的復(fù)雜控制形式。這種嵌套控制回路已經(jīng)是多變量的一種控制策略了。
這個方案如果用APC如何實(shí)現(xiàn)呢？變量和模型都不需要變化，只需要將LT這個CV設(shè)置成高優(yōu)先級就能實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜控制方案。如何時候首先保證液位在設(shè)定值，如果有自由度則保證FT也在設(shè)定值，否則自動放棄流量控制。
當(dāng)使用PID設(shè)計控制方案時，為了保證至簡至優(yōu)，會強(qiáng)調(diào)MV的從一而終。MV控制權(quán)的切換會增加方案的復(fù)雜性，但是收益有限。簡單方案的適用范圍是有限的。嵌套控制方案，無論是設(shè)計難度還是理解難度都很大。當(dāng)使用APC進(jìn)行控制時，變量和模型不變，僅僅通過控制要求和參數(shù)的不同就能適應(yīng)變化的控制要求。
作者：馮少輝博士
