控制閉環(huán)協(xié)調(diào)策略在優(yōu)化工廠生產(chǎn)中起到了重要的作用，使用這種策略能夠幫助企業(yè)在全球經(jīng)濟競爭中占盡先機。然而，想要恰如其分地運用閉環(huán)優(yōu)化策略卻絕非易事。對許對工程師來說，這一技術(shù)具有相當?shù)膶I(yè)性，包涵高等數(shù)學和復(fù)雜的理論。
關(guān)于閉環(huán)優(yōu)化這一課題討論越來越普便，Control Engineering與Reed Corporate Research第一次對此課題進行了調(diào)查。近期，他們對那些被指定和推薦的采購控制閉環(huán)優(yōu)化軟件（LOS）以及閉環(huán)優(yōu)化服務(wù)的實用性、特點和采購習慣進行了調(diào)查。在310份網(wǎng)上問卷調(diào)查中，69%的被調(diào)查者購買閉環(huán)優(yōu)化軟件以滿足工廠生產(chǎn)要求，13%的被調(diào)查用來滿足工廠生產(chǎn)要求與OEM生產(chǎn)需求。另外18%用于滿足OEM生產(chǎn)需求。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，LOS的用途可以歸為如下幾類，包括連續(xù)加工、批量加工、連續(xù)批量加工、離散制造以及公共服務(wù)中。
圖：69% 的被調(diào)查者購買閉環(huán)優(yōu)化軟件以滿足工廠生產(chǎn)要求。44% 的人使用過程自動化軟件供應(yīng)商提供的服務(wù)。
據(jù)調(diào)查，閉環(huán)優(yōu)化軟件在連續(xù)加工與批量加工中運用最廣泛，調(diào)查結(jié)果還表明在離散制造與公共服務(wù)中LOS也同樣得到運用，但應(yīng)用數(shù)量相對較少。事實上，離散制造商與實用服務(wù)同樣可以對設(shè)備采用過程控制。例如，大多數(shù)自動化工廠制造都是離散的，但操作過程仍包含了過程控制，利用PID閉環(huán)對電源間、涂料間以及電器部門實現(xiàn)優(yōu)化。
ControlSoft公司技術(shù)部副經(jīng)理Alireza Haji-Valizadeh博士列舉汽油管道泵站與廢水處理設(shè)備兩個例子，來說明LOS在公用服務(wù)中的應(yīng)用，“汽油傳輸管道采用基礎(chǔ)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，根據(jù)不斷變化的流量進行調(diào)整。廢水處理設(shè)備則采用基礎(chǔ)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)與高級過程控制（APC）處理長時間空載狀況的應(yīng)用，比如氯化氣站。我們已經(jīng)對現(xiàn)有的廢水處理設(shè)備客戶采用了這種方案，我們在設(shè)備中加載了PID調(diào)節(jié)軟件與APC，用于檢驗我們的過程改進策略。這對我們來說是一個好現(xiàn)象，這些設(shè)備已經(jīng)更多地采用過程控制，而不再僅僅采用離散控制�！�
選擇
在對控制工程師尋求外部幫助或是外部服務(wù)來實現(xiàn)控制閉環(huán)優(yōu)化的調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)他們主要從一下幾個選項中作出抉擇。調(diào)查中44%的人使用過程自動化軟件供應(yīng)商提供的服務(wù)，29%的人選擇自動化系統(tǒng)集成提供的服務(wù)，另外使用附加軟件供應(yīng)商提供的服務(wù)占14%，選擇咨詢公司提供的服務(wù)占13%。
控制閉環(huán)優(yōu)化是一種相當復(fù)雜的技術(shù)，對人工計算要求量大，對軟件專業(yè)性要求高。多數(shù)高級軟件都需要使用者具有專業(yè)知識，能夠提供必要數(shù)據(jù)，并分析結(jié)果。VanDoren Industries Inc.公司總裁Vance VanDoren博士認為這種（操作上的）復(fù)雜性在（買家）選擇賣家過程中發(fā)揮了相當大的作用。
他說：“我希望最熟練的用戶是賣這套軟件的工程師，也就是說從事為控制閉環(huán)優(yōu)化提供外部服務(wù)的控制工程師能夠成為這一領(lǐng)域的專家，尤其是過程自動化軟件銷售商。我還希望附加軟件供應(yīng)商能夠緊隨其后，（熟悉程度）能夠領(lǐng)先系統(tǒng)集成商。誠然，一些系統(tǒng)集成工程師能熟練地進行閉環(huán)優(yōu)化，但并不是說系統(tǒng)集成工程師必須是閉環(huán)優(yōu)化軟件包的專家。”
展望未來，隨著新興工廠升級換代，步入規(guī)劃階段，工廠軟硬件系統(tǒng)改頭換面，以實現(xiàn)控制性能的全面優(yōu)化，此時（閉環(huán)優(yōu)化軟件）機會就來臨了。然而，（改換）大型的現(xiàn)存設(shè)備卻機會渺茫。然而VanDoren先生從另外一個角度看待這一問題，他同時指出購買趨勢很難出現(xiàn)變化。他補充到：“過程自動化銷售商對他們自己的軟件已經(jīng)很熟悉，這也使得他們用有了難以企及的優(yōu)勢。”
成本的重要性
調(diào)查結(jié)果顯示控制工程師會優(yōu)先選擇為詳述、推薦或購買LOS提供外部幫助和服務(wù)的產(chǎn)品。每兩個調(diào)查者中，就有一個潛在用戶會選擇購買LOS供應(yīng)商的軟件。最受被調(diào)查者重視的性能有（按照重要程度排列）：
■ 與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的兼容性
■ 操作簡便
■ 實現(xiàn)優(yōu)化時無需停止系統(tǒng)運作
■ 與未實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)相比，更能節(jié)約成本
■ 提供操作培訓(xùn)
■ 升級服務(wù)
■ 按照閉環(huán)重要程度進行分類
■ 有良好的投資量化回報率，能夠超越工程價值
■ 在工作環(huán)境下持續(xù)運行
■ 相關(guān)售后服務(wù)
前5個性能最受重視。受訪者認為如果所有的性能都能得到滿足那是再好不過了。與現(xiàn)存系統(tǒng)兼容、操作簡便、無需停止系統(tǒng)運行、節(jié)約花費以及提供培訓(xùn)服務(wù)這些要求都表明如何在使用LOS時花費最低的安裝成本，這是一個重要的問題，而整體的生產(chǎn)能力同樣也非常重要。
ExperTune公司產(chǎn)品開發(fā)負責人George Buckbee先生建議具有購買力的用戶在考慮將循環(huán)優(yōu)化軟件兼容到當前應(yīng)用的同時能夠關(guān)注軟件其他特性。他介紹到：“這些性能包括對過程的提升，而不僅僅是對控制的改進；定制關(guān)鍵性能的索引、報表、警報和圖形顯示；集成軟件并解決問題；除了調(diào)節(jié)，更關(guān)注整個閉環(huán)（傳感器、閥門、線性度等方面）；處理特殊控制事件，如PH值，控制電平、串聯(lián)電路、MPC、前饋等控制。”他還補充道：“軟件或軟件服務(wù)供應(yīng)商還應(yīng)對用戶從事的行業(yè)進行驗證跟蹤記錄�！�
調(diào)查還表明在未來12個月內(nèi)，購買趨勢會出現(xiàn)凈增長。調(diào)查問及未來產(chǎn)品購買率方面，有23%的被調(diào)查者認為購買率會上升，而19%的人認為會下降，還有58%的人認為購買率將與現(xiàn)在持平。
必備產(chǎn)品
從調(diào)查反饋來看，接近55%控制閉環(huán)采用閉環(huán)配置，而非人工配置或開環(huán)配置。而在采用閉環(huán)配置的工廠中，有45%的企業(yè)認為他們的控制閉環(huán)需要優(yōu)化。如此之多的控制調(diào)節(jié)存在問題，所以對控制工程師來說，LOS應(yīng)該成為他們進行系統(tǒng)優(yōu)化一個必不可少的工具。
誠如Buckbee先生所述：“行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者運用控制閉環(huán)監(jiān)控管理軟件獲取結(jié)果，這些結(jié)果遠超出他們的競爭能力。想要獲得經(jīng)濟效益，軟件的設(shè)計與運作就顯得非常重要。質(zhì)量閉環(huán)優(yōu)化軟件主要就是要注意判斷有意義、合格的產(chǎn)品規(guī)格，將結(jié)果發(fā)送到底層生產(chǎn)線和繪圖工具，使用戶能夠把注意力集中到具有經(jīng)濟價值的重要問題上，從而幫助用戶將時間和精力投入到適合的地方，以獲取最大程度的提升。用戶更多地了解到什么樣的軟件可以幫助他們推動底層生產(chǎn)，用戶對軟件的性能要求也會有更正確的定位�！� 閉環(huán)運作最大化
DeltaV Tune提供了一種快速，簡單的閉環(huán)調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化控制運作，提高經(jīng)濟效益。它具有能夠?qū)崿F(xiàn)高級應(yīng)用中復(fù)雜分析與仿真工具的功能特性。軟件集成了DeltaV系統(tǒng)，無需建立通信，并且升級添加了最新的基金會現(xiàn)場總線功能。每個Emerson Process ProfessinalPlus平臺都安裝有DeltaV Tune軟件，提供out-of-the-box PID調(diào)節(jié)方案和模糊邏輯控制閉環(huán)。DeltaV Tune軟件基于一項專利技術(shù)，即現(xiàn)場驗證算法用以計算控制閉環(huán)變量數(shù)，因此它能夠用最少時間建立起穩(wěn)定的而靈敏的控制閉環(huán)。 優(yōu)化控制閉環(huán)調(diào)節(jié)
在應(yīng)用Siemens PCS 7模塊的控制系統(tǒng)中，PCS7 PID調(diào)節(jié)器能夠幫助PID控制閉環(huán)實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)節(jié)功能。調(diào)節(jié)器能夠在閉環(huán)、人工和自動化三種模式下工作，無論是否帶有組件，都能對閉環(huán)實現(xiàn)優(yōu)化，并且能夠在標準PCS 7工程環(huán)境下工作。通過加強功能模塊，調(diào)節(jié)器被激活，在聯(lián)網(wǎng)模式下查看配置，打開向?qū)Ы缑�，自動引�?dǎo)用戶完成創(chuàng)建，同時將信息記錄保存至可以重復(fù)調(diào)用的文檔。
采用工作流方式
Loop Scout軟件組件專為電子儀表技術(shù)人員以及非博士級控制工程師設(shè)計，監(jiān)控控制系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)問題優(yōu)先級，提前通知操作人員采取措施，具有智能診斷功能，并能分辨出導(dǎo)致問題的原因。工作流方式能夠改善直覺式控制閉環(huán)，提高報警能力，系統(tǒng)診斷能力和報告能力，完善圖解工具，這些工具主要用于系統(tǒng)地優(yōu)化現(xiàn)存設(shè)備使其能夠增加企業(yè)收益，降低操作成本。Loop Scout軟件小組與控制工程團隊一起開會探討如何識別與解決控制系統(tǒng)中的問題，這也為Loop Scout軟件小組提供了一次契機，使他們能夠在整個過程中更好地觀測、開發(fā)、維護產(chǎn)品，與客戶之間進行良好的互動。
跟蹤生產(chǎn)，運營狀況
MDPro軟件由Shell Global Solution公司開發(fā)的一款產(chǎn)品，同時由Shell與美國Yokogawa兩家公司負責銷售。產(chǎn)品具有在線監(jiān)控功能和在單元或多元控制系統(tǒng)中的自動報告功能。單機特性包括診斷、分析功能以及PID調(diào)節(jié)功能。診斷功能包含對閉環(huán)響應(yīng)速度診斷、最小誤差診斷、正常運行時間百分比診斷、服務(wù)百分比診斷、匹配程度診斷以及價格非一致性計算。它還能根據(jù)利潤變化跟蹤經(jīng)濟效益。
 兼具監(jiān)控功能的閉環(huán)優(yōu)化
Intune v.5工廠管理與過程控制預(yù)測維護工具除了具有帶診斷功能的過程控制監(jiān)控，還兼有PID調(diào)節(jié)/優(yōu)化工具，這套工具能夠處理綜合數(shù)據(jù)分析，具有自動化，自適應(yīng)特性，工具基于模版開發(fā)，能夠完成離線調(diào)節(jié)，并可以對特殊性能指標索引生成特定描述性文本。除此之外，還兼帶基于Web的報告機制，針對工程人員、操作人員與管理人員生成對應(yīng)事件報告。用戶可以根據(jù)一系列標準對他們的過程控制策略進行優(yōu)化，從而達到降低能耗、增加產(chǎn)值、確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高工廠工程產(chǎn)值的目的，并能夠不斷改善（系統(tǒng)）。
工廠范圍的過程控制
PlantTriage工廠范圍業(yè)績管理系統(tǒng)能夠從系統(tǒng)運作、設(shè)備和控制三方面對現(xiàn)有的過程控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。軟件在每次控制閉環(huán)中采集經(jīng)濟信息、閉環(huán)情況信息以及實時數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)報告，從而最大限度地提升工廠業(yè)績。PlantTriage軟件注重調(diào)整點的變化，通過這種變化做到降低能耗、節(jié)約原料成本。（軟件就有）聯(lián)網(wǎng)客服特性，公司的任何一名員工都可以查看工廠業(yè)績。完整的可定制報告工具與預(yù)約工具可以讓用戶隨時以他們想要的格式查詢數(shù)據(jù)。（用戶）通過使用開發(fā)商提供的PID閉環(huán)優(yōu)化器可以獲得詳細的閉環(huán)分析，通過使用基于Web的圖形界面可以查詢各個層面的業(yè)績狀況，從整個公司的業(yè)績到個別控制閉環(huán)狀況，事無巨細，一覽無遺。
控制閉環(huán)管理服務(wù)
閉環(huán)管理服務(wù)包括綜合在線控制閉環(huán)/控制閥診斷報告服務(wù)、專業(yè)環(huán)路調(diào)節(jié)服務(wù)、連續(xù)遠程監(jiān)控服務(wù)以實現(xiàn)一段時間內(nèi)控制閉環(huán)效益最大化。服務(wù)能夠與Foxboro I/A系列自動化系統(tǒng)及其他供應(yīng)商的過程控制系統(tǒng)兼容。服務(wù)采用最佳性能診斷軟件工具和綜合性在線控制閥診斷方式對現(xiàn)存所有工廠控制閉環(huán)和部門控制閉環(huán)進行評估，調(diào)用實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)（通過OPC采集）組成的數(shù)據(jù)�？欤瑢﹂]環(huán)與閥門進行診斷。這項服務(wù)可以應(yīng)用到所有的過程控制系統(tǒng)和所有現(xiàn)場設(shè)備中。
低成本調(diào)節(jié)組件
Topas是目前最全面的綜合工具套件，能夠進行控制開發(fā)、實現(xiàn)控制器調(diào)節(jié)、優(yōu)化系統(tǒng)、解決問題。Topas軟件包可以在Microsoft Windows下運行，具有多種功能，包括對過程參數(shù)的估算（從開環(huán)或閉環(huán)測試到運行數(shù)據(jù)），業(yè)績分析，提供演示、詞匯、例證等形式的糾錯幫助。Topas最新的擴展PID調(diào)節(jié)器模塊提供25種調(diào)節(jié)方式和3種最好的結(jié)果顯示圖形。軟件具有自調(diào)整功能、過程整合功能以及液位測量功能，用戶可以選擇調(diào)整點或調(diào)節(jié)負載以實現(xiàn)最佳業(yè)績水準、最平穩(wěn)控制、最低資源消耗。軟件優(yōu)化結(jié)果可以在內(nèi)部集成的仿真環(huán)境下進行測試和驗證，以便用戶能夠更好的處理噪聲干擾、操控針式閥門、協(xié)調(diào)過程中的非線性現(xiàn)象和動態(tài)變化。
優(yōu)化PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)
Loop-Pro產(chǎn)品組件支持PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速優(yōu)化。產(chǎn)品組件采用高速直覺過程處理模塊和調(diào)節(jié)模塊，能夠非常理想地實現(xiàn)對PID控制器的快速持續(xù)調(diào)節(jié)。模塊采取“基于配方的方式”工作，幫助用戶以圖形界面方式對過程的每個步驟進行有效地調(diào)節(jié)，設(shè)計過程響應(yīng)以獲得客觀的控制運作。離線分析工具能夠從用戶的DCS或OPC服務(wù)讀取任何普通文本文檔，為用戶的控制系統(tǒng)提供獨一無二的調(diào)節(jié)方案，并確保制造控制算法計算地準確性、迅捷性和安全性。軟件還為P、PI、PID和帶過濾的PID調(diào)節(jié)提供調(diào)節(jié)參數(shù)的完整矩陣。除此之外，軟件能夠建立高級模型，具有調(diào)節(jié)能力。其他模塊還包括開發(fā)器和OPC機箱。開發(fā)起支持用戶對過程快速實現(xiàn)仿真并且能夠?qū)π碌目刂平Y(jié)構(gòu)進行評估，確認其是否能夠?qū)崿F(xiàn)最佳運作。OPC機箱幫助用戶采集過程數(shù)據(jù)，實時評估閉環(huán)運作情況。
自適應(yīng)控制方式
無模型自適應(yīng)控制（MFA）是一項已獲得專利的自適應(yīng)控制方式，這種自適應(yīng)控制技術(shù)不需要過程模型。無模型控制系統(tǒng)具有一下特性：無需精通過程理論；系統(tǒng)中沒有過程標識機制與標識符；無需為特定過程專門設(shè)計的控制器；無需人工調(diào)節(jié)控制參數(shù)；提供閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與判斷，能夠確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)一旦安裝，在各種變化的操作環(huán)境中都無需獲悉控制器調(diào)節(jié)參數(shù)。系統(tǒng)易安裝、易操作、易維護，無需進行耗時的模型培訓(xùn)，隨時可以安裝使用，控制生產(chǎn)過程正常運行。MFA控制器無內(nèi)置過程模塊，可對其編程實現(xiàn)高速運行。
資產(chǎn)性能控制
ProcessDoctor Online 能夠連續(xù)地實時監(jiān)控資產(chǎn)，為各供應(yīng)商生產(chǎn)的分析器、推算器和高級過程控制應(yīng)用提供一個統(tǒng)一的平臺，通過該平臺檢測和修正儀表設(shè)備或管理控制器出現(xiàn)的故障。ProcessDoctor配備了一套工具，這套工具能夠按照行業(yè)標準對現(xiàn)有控制運作情況進行檢查；判斷故障優(yōu)先級以集中維修資源；診斷問題并提供在線和離線報表；使用一些調(diào)節(jié)工具和高級的控制器來提高控制性能，并提供復(fù)雜的自動報告。
閉環(huán)優(yōu)化平臺
ControlWizard和TuneWizard解決方案為閉環(huán)優(yōu)化提供了一個平臺，這個平臺能夠提供運作狀況自動在線評估，配有監(jiān)控工具和離線控制閉環(huán)調(diào)節(jié)分析組件包。ControlWizard能夠自動通過任意控制系統(tǒng)、OPC連接數(shù)據(jù)源或是其他連接協(xié)議收集實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，然后分析這些數(shù)據(jù)，建立控制閉環(huán)運作規(guī)格并且按照用戶的配置，通過采用70多種不同分析技巧的任意組合對控制閉環(huán)運作進行等級劃分。TuneWizard提供了一種調(diào)節(jié)方案和“假設(shè)性”運作分析環(huán)境，在這種環(huán)境下控制工程師可以檢測各種控制閉環(huán)的設(shè)置下的系統(tǒng)穩(wěn)定性與系統(tǒng)運作狀況。ControlWizard和TuneWizard解決方案具有以下功能特性；運行可視化樹型結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)層次表示，提供相關(guān)索引和運行參數(shù)以供用戶分析，特設(shè)評估區(qū)記錄工廠狀況和用戶評價。
監(jiān)測控制閉環(huán)
作為Oslsoft公司開發(fā)的RtPM平臺一部分，控制檢測程序能夠幫助用戶監(jiān)控系統(tǒng)標準度量機制，該機制用于識別過程控制閉環(huán)的質(zhì)量參數(shù)。軟件剔除了質(zhì)量測量中的不確定因素，允許用戶在提高長時間過程系統(tǒng)性能時調(diào)節(jié)實時數(shù)據(jù)，并且能夠及時通知用戶注意控制閉環(huán)。使用Control Monitor軟件優(yōu)化系統(tǒng)，可以監(jiān)控預(yù)定質(zhì)量測量及其產(chǎn)生的偏差，評估控制閉環(huán)分析數(shù)據(jù)，并且可用RtPM平臺關(guān)鍵過程可視化工具－ProcessBook顯示評估的結(jié)果以便管理人員、過程操作人員或儀表工程師檢查系統(tǒng)當前狀態(tài)。該款軟件還能夠生成日常報告，列出需要關(guān)注的控制過程。
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