很少有行業(yè)如此商品化，以至于競爭對手經(jīng)常會銷售彼此的產(chǎn)品。然而，在煉油行業(yè)，這幾乎是常態(tài)。當(dāng)?shù)氐腂P公司石油站可能會出售附近煉油廠生產(chǎn)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(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。
 

　　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)計關(guān)系，同時建立許多變量之間的因果關(guān)系。APC是一個控制層，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。隨著電動汽車(EV)銷量的增加，機(jī)構(gòu)投資者正在質(zhì)疑他們在傳統(tǒng)石油公司的長期持有。盡管關(guān)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(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(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)行時間。APC可以通過限值過程可變性以及將控制設(shè)定值點轉(zhuǎn)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(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)行時間，從而改善第三個因素。
 

　　01  APC在制造業(yè)中的作用
 

　　憑借這些優(yōu)勢，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，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?，F(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)歷來是獨立的軟件，通過外部數(shù)據(jù)連接將級聯(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平臺內(nèi)置了APC/MPC功能，但它仍然比可用的獨立系統(tǒng)受到更多限制。
 

　　APC系統(tǒng)從“大局”著眼，監(jiān)測諸多過程變量來觀察過程動態(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，成本效益如此明顯，為什么并不是每個企業(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，并且主要在自動控制模式下運(yùn)行。其過程也適用于APC應(yīng)用，因為它很容易應(yīng)用于穩(wěn)態(tài)連續(xù)操作。
 

　　煉油廠是此類運(yùn)營的代表，通?？梢赃B續(xù)運(yùn)行一年或更長時間。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(無論是通過第三方還是人員流動)通?？梢詰?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)，但它們確實需要知識、技能和時間來部署和維護(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)仍然使用許多手動儀表或較差的儀器。如果控制系統(tǒng)不能在自動模式下可靠地運(yùn)行他們的過程，那么 APC 控制的級聯(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，但它們在批量或半連續(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。在這些獨特的過程中，每個都需要額外的調(diào)查和實驗工作以開發(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(yōu)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(wěn)定或不可靠，APC將永遠(yuǎn)不會成功。無論公司是否選擇使用APC，出于財務(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，下一步就是查看營業(yè)利潤率。由于原材料或能源使用欠佳，或轉(zhuǎn)化率低和質(zhì)量問題，浪費了多少潛在利潤？基于這些節(jié)省，在一年或更短的時間內(nèi)，公司可以在APC應(yīng)用上花費多少錢？內(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)隊的幫助。第三方公司通常可以幫助部署系統(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，采用APC的好時機(jī)。