APC先进过程控制：原理、优势与行业应用

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APC先进过程控制：原理、优势与行业应用

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CSDN

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在现代工业生产中，过程控制是确保生产效率和产品质量的关键环节。传统的PID控制算法在面对复杂的工业过程时往往力不从心，因此，先进过程控制（APC）应运而生。本文将为您详细介绍APC的概念、原理及其在各行业的实际应用。

APC概述

APC（Advanced Process Control：先进过程控制）是一大类区别于经典控制的控制方法的统称。它的出现为人们解决过程控制中包括时变、非线性、耦合、大滞后、软测量等一系列难题。作为控制方法的统称，它囊括了许多不同的控制技术。

传统先进控制技术：如变增益控制、时滞补偿控制、解耦控制、选择性控制等；
现行先进控制技术：如模型预测控制（MPC）、统计质量控制（SQC）、内模控制（IMC）、自适控制、专家控制、神经控制器、模糊控制、最优控制等；
新兴先进控制技术：如非线性控制、鲁棒控制等。

目前应用广泛且效果良好的先进过程控制方法是模型预测控制，所以在很多讨论APC的情况都是指MPC。

模型预测控制MPC

MPC（Model Predictive Control），又称RHC, Receding Horizon Control，是一种进阶过程控制方法。它以多变量预估为核心，采用过程模型预测未来时刻的输出。用对象的实际输出与模型预测输出的差值修正过程模型，从而把若干个要控制的变量控制在一个希望的工控点上，把装置整体推向最佳状态。模型预测的形式有动态矩阵控制（DMC）、广义预测控制（GPC）等。但不管形式如何，都遵循一定的基本原理，即：多变量、模型预测、动态控制、滚动优化、反馈校正。

APC 与 PID

首先：区别于PID对单个变量的控制，APC对被控对象的整体进行多个变量的控制。以此消除多个回路之间的相互影响。

其次：APC相较PID有预测功能。对多个回路分析并预测，根据预测结果调节，可以对控制效果最大可能地得到优化。

然后：APC有更强的适应能力和鲁棒性。适合处理过程的大滞后、强耦合特性、并能有效地解决过程可测干扰。

最后：APC策略采用多变量优化算法，适合处理多层次、多目标和多约束控制问题。能够更方便地让生产过程控制反应生产过程的经济指标。

但APC并非完全取代PID，而是在PID的基础上应用，二者相辅相成，互为融合。

行业应用

APC广泛应用于流程工业。在化工工业，APC可以有效解决工艺流程中存在的耦合及滞后控制问题。聚合反应和精馏塔上线APC：可以改善过程参数的控制品质、减少能源和设备损耗、节约生产运行成本、最大限度地发挥装置的生产能力、提高产品质量。甲醇装置引进APC系统：通过对系统参数上限、下限控制和优化，实现甲醇收率的提高和蒸汽消耗的下降，减小外界因素波动对甲醇装置的冲击。炼油厂催化裂化装置引入APC：可使整个生产装置总轻质油收率提高0.5%以上。同时，可以降低过程能源消耗，降低能耗指数。合成氨生产过程引入APC：通过分析合成氨装置的运营状况和操作经验来确定优化控制目标，增加产率，增强装置抗干扰能力、提高平稳性。在水泥行业，工厂窑磨系统中引入APC，对于稳定生产、增加产品产量、提高质量、降低消耗具有明显的作用。另外，在脱硫脱硝、循环水、锅炉、空分等场景下均可引入先进控制系统，以此优化控制过程，减少损耗，提高生产效率。

案例

APC可利用多变量协调和预估技术，克服装置的外来干扰，平稳装置操作，改善控制性能、提高效益和质量、降低装置能耗。海澜智云在其之上建设的RTO实时优化系统，与APC互为补充，更好地实现装置整体的优化。RTO通过模拟和控制的紧密结合，可在装置稳态模型的基础上，通过数据校正和更新模型参数。根据经济数据与约束条件进行模拟和优化，并将优化结果传送到先进控制系统。某钢铁二期的空分装置，引入APC先进过程控制后总体效益显著提升：