【儀表網 行業科普】盡管先進過程控制(APC)技術在煉化行業中很常見，但在其它很多行業尚未廣泛采用。學習如何優化APC系統有助于企業最大限度地提高投資回報率。
很少有行業如此商品化，以至于競爭對手經常會銷售彼此的產品。然而，在煉油行業，這幾乎是常態。當地的BP公司石油站可能會出售附近煉油廠生產的汽油，反之亦然。在這樣的市場中，您要利用一切可以利用的工具來增加利潤，而先進過程控制(APC)是煉油公司幾十年來一直依賴的工具。其他行業的許多公司也可以使用APC來提高他們的效率和利潤。
APC是一種多變量控制算法，工程師也可能聽到相關術語模型預測控制(MPC)。這些系統使用矩陣數學和線性代數來建立變量之間的統計關系，同時建立許多變量之間的因果關系。APC是一個控制層，它位于分布式控制系統(DCS)和可編程邏輯控制器(PLC)系統所用的傳統單回路比例-積分-微分(PID)控制算法之上。
煉油行業正在迅速發展。政府和當地社區對水、空運和管道運輸許可證的審查越來越嚴格。隨著電動汽車(EV)銷量的增加，機構投資者正在質疑他們在傳統石油公司的長期持有。盡管關于電動汽車的實用性以及任何過渡時間表可能是什么樣子仍有很多爭論，但毫無疑問，這個行業正在發生變化。
甚至在這些不利因素發生之前，煉油廠就已經面對類似的市場，在這個市場上，他們幾乎無法控制原料價格的波動(石油是一種全球定價的商品)，以及公眾和政治方面對價格上漲的抵制。
由于煉油廠處理規模很大，因此他們的設備資本投資成本都很高。只要能找到的任何從現有設備中獲得更多產量的技術，都可以節省數千萬美元或數億美元。
通常有三個因素可以增加裝置的總產量：增加產量、提高質量/轉化率和增加正常運行時間。APC可以通過限值過程可變性以及將控制設定值點轉移到更理想的限值來提升前兩個因素。它還可以通過諸如將過程控制在可能導致結垢、設備過度磨損或其它導致意外停機或維護增加等問題的區域之外，來增加機組正常運行時間，從而改善第三個因素。
01 APC在制造業中的作用
憑借這些優勢，從20世紀70年代開始煉油廠首次引入APC。20世紀90年代，APC在整個煉油行業得到了廣泛應用。其它行業也注意到了這一點，大宗化工產品生產商開始使用APC，但APC從未像在煉油行業那樣在其它行業得到廣泛應用。現在，APC已經存在近四十年了，遠遠早于通常被歸入工業4.0框架的大多數其它“先進”技術，但與這些技術一樣，仍未獲得完全采用。
這些系統歷來是獨立的軟件，通過外部數據連接將級聯設定值發送到DCS/PLC系統中的PID回路。一些較新的DCS平臺內置了APC/MPC功能，但它仍然比可用的獨立系統受到更多限制。
APC系統從“大局”著眼，監測諸多過程變量來觀察過程動態，并確定要操縱哪些變量以改進過程控制。然后，APC系統將過程轉移到一系列更具成本效益的運行工況。目標是使過程更接近運行極限，從而節省資金。
02 適合APC應用的行業特性
那么，既然APC具有如此突出的優勢，成本效益如此明顯，為什么并不是每個企業都使用APC呢？首先，讓我們看看為何APC可以成功地部署于煉油行業中。煉油廠通常具有規模經濟效益。它們的規模和產量確保其有經濟驅動力去嘗試新事物，而小的改進累加起來可以帶來巨大的收益。
大多數煉油廠都隸屬于大公司，這些公司擁有豐富的企業資源和預算。煉油廠通常儀表齊全，維護良好，并且主要在自動控制模式下運行。其過程也適用于APC應用，因為它很容易應用于穩態連續操作。
煉油廠是此類運營的代表，通常可以連續運行一年或更長時間。大多數煉油廠都采用類似的工藝過程，并且這些工藝得到了很好的研究和理解。例如，通過一家煉油廠開發的應用所獲得的知識(無論是通過第三方還是人員流動)通常可以應用于其他煉油廠。
在其它行業中，很多與上述情況相反，許多公司沒有煉油廠那樣的規模經濟。他們傾向于運營精益組織，沒有員工嘗試新事物或維護利基軟件包。APC應用雖不是火箭等高精尖的科學，但它們確實需要知識、技能和時間來部署和維護。因此，在很多行業APC一直難以獲得廣泛應用。
一些行業仍然使用許多手動儀表或較差的儀器。如果控制系統不能在自動模式下可靠地運行他們的過程，那么 APC 控制的級聯層將幾乎沒有好處。最后，并非所有工藝都非常適合 APC。
在具有線性關系的穩態過程中，APC的效果最佳。盡管APC解決方案在處理非線性過程方面已經做得更好，但它們在批量或半連續過程中的應用仍然有限。
許多制造商還使用特殊過程制造特殊產品。在這些獨特的過程中，每個都需要額外的調查和實驗工作以開發高質量的APC模型。
03 APC如何使過程設施受益？
盡管存在這些障礙，APC 可能仍然是過程設施的正確選擇。考慮到成本壓力、競爭需求和軟件包的實施，APC具有降低成本和提高效率等的多項優勢。
然而，有一些事情不會改變。如果DCS/PLC中的基本過程控制不穩定或不可靠，APC將永遠不會成功。無論公司是否選擇使用APC，出于財務和安全方面的原因，都需要將過程置于穩定的DCS/PLC控制之下。這應該是當今運營現代化、安全和高效工廠的最低標準。高效運行的第一步，是安裝或修復必要的儀表和閥門，然后專注于改進DCS/PLC控制。
接下來，讓我們看看過程類型。批處理通常不適合APC應用，但這不是一個嚴格的規則。詢問有關過程的問題，例如：
·循環周期長嗎？
·批處理過程中的穩態期，是否需要進一步優化？
·是否有輔助操作可以支持在穩態下的連續運行，如批處理過程外的蒸餾塔？
如果符合應用條件，下一步就是查看營業利潤率。由于原材料或能源使用欠佳，或轉化率低和質量問題，浪費了多少潛在利潤？基于這些節省，在一年或更短的時間內，公司可以在APC應用上花費多少錢？內置于 DCS 軟件包中的 MPC/APC 功能可為某些用戶帶來重大效益。盡管這些軟件包有其局限性，但它們可以很好地驗證概念，并充分利用現有控制系統工程師的技能。
為了APC的初始部署和持續維護更順暢，過程制造企業應勇于尋求外部專業團隊的幫助。第三方公司通常可以幫助部署系統，并比自行部署能更快地帶來收入。有些公司甚至在應急費用安排方面取得了成功，在這種安排下，前期成本可以最小化，從而獲得運營節省的份額。有鑒于此，現在也許正是借鑒煉化行業的成功經驗，采用APC的好時機。
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