作者 | Heath Stephens

很少有行業(yè)如此商品化,，以至于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手經(jīng)常會(huì)銷售彼此的產(chǎn)品。然而,，在煉油行業(yè),，這幾乎是常態(tài)。當(dāng)?shù)氐腂P公司石油站可能會(huì)出售附近煉油廠生產(chǎn)的汽油,，反之亦然,。在這樣的市場(chǎng)中，您要利用一切可以利用的工具來增加利潤(rùn),，而先進(jìn)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(yè)的許多公司也可以使用APC來提高他們的效率和利潤(rùn)。

APC是一種多變量控制算法,，工程師也可能聽到相關(guān)術(shù)語模型預(yù)測(cè)控制（MPC）,。這些系統(tǒng)使用矩陣數(shù)學(xué)和線性代數(shù)來建立變量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，同時(shí)建立許多變量之間的因果關(guān)系,。APC是一個(gè)控制層,，它位于分布式控制系統(tǒng)（DCS）和可編程邏輯控制器（PLC）系統(tǒng)所用的傳統(tǒng)單回路比例-積分-微分（PID）控制算法之上,。

煉油行業(yè)正在迅速發(fā)展。政府和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)對(duì)水,、空運(yùn)和管道運(yùn)輸許可證的審查越來越嚴(yán)格,。隨著電動(dòng)汽車（EV）銷量的增加，機(jī)構(gòu)投資者正在質(zhì)疑他們?cè)趥鹘y(tǒng)石油公司的長(zhǎng)期持有,。盡管關(guān)于電動(dòng)汽車的實(shí)用性以及任何過渡時(shí)間表可能是什么樣子仍有很多爭(zhēng)論,，但毫無疑問，這個(gè)行業(yè)正在發(fā)生變化,。

甚至在這些不利因素發(fā)生之前,，煉油廠就已經(jīng)面對(duì)類似的市場(chǎng)，在這個(gè)市場(chǎng)上,，他們幾乎無法控制原料價(jià)格的波動(dòng)（石油是一種全球定價(jià)的商品）,，以及公眾和政治方面對(duì)價(jià)格上漲的抵制。

由于煉油廠處理規(guī)模很大,，因此他們的設(shè)備資本投資成本都很高,。只要能找到的任何從現(xiàn)有設(shè)備中獲得更多產(chǎn)量的技術(shù)，都可以節(jié)省數(shù)千萬美元或數(shù)億美元,。

通常有三個(gè)因素可以增加裝置的總產(chǎn)量：增加產(chǎn)量,、提高質(zhì)量/轉(zhuǎn)化率和增加正常運(yùn)行時(shí)間。APC可以通過限值過程可變性以及將控制設(shè)定值點(diǎn)轉(zhuǎn)移到更理想的限值來提升前兩個(gè)因素,。它還可以通過諸如將過程控制在可能導(dǎo)致結(jié)垢,、設(shè)備過度磨損或其它導(dǎo)致意外停機(jī)或維護(hù)增加等問題的區(qū)域之外，來增加機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)間,，從而改善第三個(gè)因素,。

01

APC在制造業(yè)中的作用

憑借這些優(yōu)勢(shì)，從20世紀(jì)70年代開始煉油廠首次引入APC,。20世紀(jì)90年代,，APC在整個(gè)煉油行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。其它行業(yè)也注意到了這一點(diǎn),，大宗化工產(chǎn)品生產(chǎn)商開始使用APC,，但APC從未像在煉油行業(yè)那樣在其它行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在,，APC已經(jīng)存在近四十年了,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于通常被歸入工業(yè)4.0框架的大多數(shù)其它“先進(jìn)”技術(shù)，但與這些技術(shù)一樣,，仍未獲得完全采用,。

這些系統(tǒng)歷來是獨(dú)立的軟件，通過外部數(shù)據(jù)連接將級(jí)聯(lián)設(shè)定值發(fā)送到DCS/PLC系統(tǒng)中的PID回路,。一些較新的DCS平臺(tái)內(nèi)置了APC/MPC功能,，但它仍然比可用的獨(dú)立系統(tǒng)受到更多限制,。

APC系統(tǒng)從“大局”著眼，監(jiān)測(cè)諸多過程變量來觀察過程動(dòng)態(tài),，并確定要操縱哪些變量以改進(jìn)過程控制,。然后，APC系統(tǒng)將過程轉(zhuǎn)移到一系列更具成本效益的運(yùn)行工況,。目標(biāo)是使過程更接近運(yùn)行極限,，從而節(jié)省資金。

02

適合APC應(yīng)用的行業(yè)特性

那么,，既然APC具有如此突出的優(yōu)勢(shì),，成本效益如此明顯，為什么并不是每個(gè)企業(yè)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(yè)中。煉油廠通常具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,。它們的規(guī)模和產(chǎn)量確保其有經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力去嘗試新事物,，而小的改進(jìn)累加起來可以帶來巨大的收益。

大多數(shù)煉油廠都隸屬于大公司,，這些公司擁有豐富的企業(yè)資源和預(yù)算,。煉油廠通常儀表齊全，維護(hù)良好,，并且主要在自動(dòng)控制模式下運(yùn)行。其過程也適用于APC應(yīng)用,，因?yàn)樗苋菀讘?yīng)用于穩(wěn)態(tài)連續(xù)操作,。

煉油廠是此類運(yùn)營(yíng)的代表，通?？梢赃B續(xù)運(yùn)行一年或更長(zhǎng)時(shí)間,。大多數(shù)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(fā)的應(yīng)用所獲得的知識(shí)（無論是通過第三方還是人員流動(dòng)）通常可以應(yīng)用于其他煉油廠,。

在其它行業(yè)中,，很多與上述情況相反，許多公司沒有煉油廠那樣的規(guī)模經(jīng)濟(jì),。他們傾向于運(yùn)營(yíng)精益組織,，沒有員工嘗試新事物或維護(hù)利基軟件包。APC應(yīng)用雖不是火箭等高精尖的科學(xué),，但它們確實(shí)需要知識(shí),、技能和時(shí)間來部署和維護(hù),。因此，在很多行業(yè)APC一直難以獲得廣泛應(yīng)用,。

一些行業(yè)仍然使用許多手動(dòng)儀表或較差的儀器,。如果控制系統(tǒng)不能在自動(dòng)模式下可靠地運(yùn)行他們的過程，那么 APC 控制的級(jí)聯(lián)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(guān)系的穩(wěn)態(tài)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(jīng)做得更好，但它們?cè)谂炕虬脒B續(xù)過程中的應(yīng)用仍然有限,。

許多制造商還使用特殊過程制造特殊產(chǎn)品,。在這些獨(dú)特的過程中，每個(gè)都需要額外的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)工作以開發(fā)高質(zhì)量的APC模型,。

03

APC如何使過程設(shè)施受益,？

盡管存在這些障礙，APC 可能仍然是過程設(shè)施的正確選擇,?？紤]到成本壓力、競(jìng)爭(zhēng)需求和軟件包的實(shí)施,，APC具有降低成本和提高效率等的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì),。

然而，有一些事情不會(huì)改變,。如果DCS/PLC中的基本過程控制不穩(wěn)定或不可靠,，APC將永遠(yuǎn)不會(huì)成功。無論公司是否選擇使用APC,，出于財(cái)務(wù)和安全方面的原因,，都需要將過程置于穩(wěn)定的DCS/PLC控制之下。這應(yīng)該是當(dāng)今運(yùn)營(yíng)現(xiàn)代化,、安全和高效工廠的最低標(biāo)準(zhǔn),。高效運(yùn)行的第一步，是安裝或修復(fù)必要的儀表和閥門,，然后專注于改進(jìn)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(yīng)用,，但這不是一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)則。詢問有關(guān)過程的問題，例如：

· 循環(huán)周期長(zhǎng)嗎,？

· 批處理過程中的穩(wěn)態(tài)期,，是否需要進(jìn)一步優(yōu)化？

· 是否有輔助操作可以支持在穩(wěn)態(tài)下的連續(xù)運(yùn)行,，如批處理過程外的蒸餾塔,？

如果符合應(yīng)用條件，下一步就是查看營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率,。由于原材料或能源使用欠佳,，或轉(zhuǎn)化率低和質(zhì)量問題，浪費(fèi)了多少潛在利潤(rùn),？基于這些節(jié)省,，在一年或更短的時(shí)間內(nèi)，公司可以在APC應(yīng)用上花費(fèi)多少錢,？?jī)?nèi)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(yàn)證概念,，并充分利用現(xiàn)有控制系統(tǒng)工程師的技能,。

為了APC的初始部署和持續(xù)維護(hù)更順暢，過程制造企業(yè)應(yīng)勇于尋求外部專業(yè)團(tuán)隊(duì)的幫助,。第三方公司通?？梢詭椭渴鹣到y(tǒng)，并比自行部署能更快地帶來收入,。有些公司甚至在應(yīng)急費(fèi)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(yùn)營(yíng)節(jié)省的份額,。有鑒于此，現(xiàn)在也許正是借鑒煉化行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn),，采用APC的好時(shí)機(jī)。