先進控制及預估平台(先進製程控制)

什麼是先進控制及預估平台（先進製程控制）？

OpreX Asset Operations and Optimization: Platform for Advanced Control and Estimation

先進控制及預估平台

近20年來，橫河電機已為各類工業裝定提供了數百套先進製程控制（APC）許可證，並提供了相應的谘詢與工程服務。橫河電機深知，將APC與集散控制系統（DCS）進行緊密且靈活的集成，能夠帶來更高的運營效益；同時，調節控制的穩定性也是構建整個控制層級的重要基礎。

我們提供一站式的先進控制及預估平台，將多變量控制、質量估算、複雜的自定義計算以及操作員人機界面設計整合於單一應用程序中。這一舉措可大幅縮短部署時間，並簡化維護工作，從而確保系統性能的穩健性。

通製短期的可行性研究，我們能夠基於曆史運行數據的分析，並結合我們在實施控制優化方面的豐富經驗，為您預估該方案在財務收益和可操作性方面帶來的優勢。

基於先進調節控制的穩定基礎層控制

穩定的基礎層控制是實現平穩運行的第一步。我們的標準先進調節控制（ARC）模組可快速部署，在引入先進製程控制（APC）之前即可實現穩定的控制。

借助集成動態建模工具與自動階躍測試，大幅縮短建模時間

自動階躍測試旨在激發工廠的完整動態響應，同時不影響常規的製程控制與經濟優化。強大的辨識與建模工具使工程師能夠從工廠響應中快速提取動態模型。

與傳統的手動階躍測試相比，該集成工具可將階躍測試和建模的工作量減少一半。

全方位的先進製程控制應用

先進製程控制應用通常需要與其他應用協同工作，如質量估算器、用戶自定義計算以及基礎層控制模組。

我們的平台將多個序列處理器（如控制器、估算器等）及所有支持功能整合到同一環境中（包括針對控制應用的用戶界面定制），使控制工程師能夠快速開發APC應用。這種全方位的環境平台大幅縮短了應用的開發時間。

借助先進的在線調試工具，以更少的調試時間實現更好的控制性能

系統支持“暫存（Staged，只讀）”版本與“在線（Live，讀寫）”版本並行運行。控制工程師可以在正式上線前驗證修改內容，檢查控制器在不同整定參數、受控變量（CV）及操縱變量（MV）變化下的響應。確認無誤後，可將“暫存”版本無縫切換為“在線”版本，全程無需停機。

該調試工具配備強大的趨勢分析功能，幫助工程師快速識別模型失配問題。

這種在線調試環境可將調試工作量和時間縮短一半。

基於工業標準OPC接口的系統集成（OPC DA與OPC UA）

OPC接口允許APC應用與其他系統（如DCS和生產信息管理系統PIMS，包括綜合生產控制系統“CENTUM”）進行連接。在現有OPC接口（OPC DA）的基礎上，自R5.03版本起新增支持OPC UA*。OPC UA使APC應用能夠與其他支持該標準的系統輕鬆對接，不僅通信更安全，配定也更便捷。

* OPC統一架構（UA）：OPC是工業自動化及其他行業中實現安全、可靠數據交換的互操作性標準。OPC UA是一種獨立於硬件和操作系統的通信標準，具備高安全性和可擴展性，為工業4.0奠定了基礎。

借助高級監測與診斷工具，確保持續穩定的性能

由於進料性質變化、工廠動態特性改變、控制目標更新、操作模式調整等諸多因素，控制性能會隨時間推移而下降。

高級監測與診斷工具可持續監控控制應用的性能、模型誤差及其他關鍵指標，並支持對在線控制器進行動態整定。此外，平台還提供交互式性能分析工具，協助工程師快速定位表現不佳的回路。

一旦找到這些異常回路，即可對其進行修複以維持良好的控制性能，從而確保持續獲得APC帶來的經濟效益。

多變量控制與質量估算

橫河電機的APC平台是與殼牌（Shell）聯合開發的。殼牌是全球能源行業中先進控制技術開發與應用的先驅之一。

我們最新推出的先進控制及預估平台是一套行業先進的解決方案套件，旨在快速部署並維持先進控制應用，從而在整個工廠生命周期內持續創造效益。

設計時

設計時環境為以下工作提供一站式的工作空間：製程數據管理、製程動態建模、處理器與序列設計，以及基於場景的仿真——所有這些均基於先進製程控制部署的良好實踐。

設計時與運行時之間的信息無縫共享，使控制工程師能夠快速開發複雜的應用。

初步控制器設計

由受控變量（CV）和操縱變量（MV）組成的初步控制矩陣，用於在運行時環境下自動執行工廠階躍響應測試。

穩健的模型辨識

工廠階躍響應數據將被導入設計時環境。隨後使用多種工具（如不良數據切片、數據鉗位和基於規則的清洗等）對數據進行清洗，以進行模型辨識。

借助模型統計數據和指示模型穩健性的信號燈指示，可在寬廣的操作範圍內辨識多個線性動態模型。支持單個輸入/輸出對的多個模型元素，以及非線性增益公式。

複雜應用開發

在同一個工作空間內，利用多種類型的處理器（如包含多個子系統的全廠控制器、估算器、實時優化接口和自定義處理器等），即可開發複雜的全廠級應用。

控制模型傳遞函數支持在線修改。此外，支持切換多個模型元素，以應對具有非線性動態特性的製程。

此外，自定義處理器提供了多功能的計算能力，可使用VB或C#構建自定義計算和/或邏輯。

運行時

運行時環境支持兩種運行模式：暫存（Staged，只讀）和在線（Live，讀寫）。並行運行這兩種模式，可使控制工程師在將暫存版本切換為在線版本之前，驗證所做的修改。

人機界面（HMI）面板採用分層結構設計，便於直觀顯示製程工況和控制系統狀態。操作員和工程師可通製點擊圖標、導航樹和面包屑導航，快速便捷地獲取相關信息。

自動階躍測試

自動階躍測試可基於初步控制器設計，自動啟動工廠階躍響應測試。工廠階躍響應數據將存儲在嵌入式曆史數據庫（Historian）中。

平鋪式趨勢圖有助於驗證製程響應，以支持動態模型辨識。

帶關鍵績效指標（KPI）面板的新型人機界面

人機界面採用帶有健康狀態指示的新型關鍵績效指標面板，改善了與操作員和控制工程師的交互體驗。

人機界面面板通製變量集進行定義，旨在將變量戰略性地組織為相關組。它集成了強大的趨勢分析工具和動態關系面板，以支持日常操作和應用維護——這對於超大型應用尤為重要。

在線整定

在將應用投入在線主動控制之前，在線整定功能支持控制工程師利用實時製程數據，驗證集成的估算器模型和控制器整定參數。

靈活的控制器整定結合全面的仿真，使工程師能夠並行測試不同工況下的整個運行時應用。

引入全新概念“最佳性能值（BPV）”：BPV被定義為在不可行情況下被控變量（CV）最期望的運行點。控制器會優化MV的動作計劃，以減緩CV偏離其BPV的速度——從而為控制器帶來卓越的瞬態動態性能。

關於OpreX

OpreX是橫河電機工業自動化(IA)和控制業務的綜合品牌。OpreX品牌代表了橫河電機在與客戶共創價值的製程中培育的優良技術和解決方案，它涵蓋了橫河電機IA產品、服務和解決方案整個範圍。該品牌包含以下七大類：OpreX信息、OpreX控制、OpreX測量、OpreX谘詢、OpreX執行、OpreX生命周期和OpreX集成解決方案。作為 OpreX信息類別下的解決方案，先進控制及預估平台能夠在企業的各項活動中（從生產到供應鏈優化，以及風險與業務管理）實現穩健的運營。

借助該品牌，橫河電機將提供綜合解決方案，以滿足客戶的特定需求，並支持客戶實現業務轉型與增長。

先進調節控制

先進調節控制（ARC）是經製現場驗證、用戶友好且開箱即用的標準功能庫，旨在穩定基礎層控制。它可與多變量優化控制和穩健的質量估算功能結合使用，以實現預期的控制與運行目標。

殼牌緩衝容量控制（SSVC）

SSVC旨在充分利用工廠現有的緩衝容量，以實現更穩定的運行。SSVC模組可將緩衝容器的液位控制在指定範圍內，同時盡可能減小進入或流出該容器的流量波動。該算法不僅適用於單個緩衝容量控制，還適用於緩衝容量級聯的情況（如精餾塔級聯）。該算法會利用無大擾動的時段，將液位恢複至理想設定值，從而為吸收下一次大擾動儲備足夠的容量。

加熱爐爐管流量均衡（BALANCE）

BALANCE模組旨在將多管程加熱爐中各爐管吸收的熱能進行均勻分配。BALANCE模組通製向熱回收率較高的爐管分配更多流量，並平衡各爐管的出口溫度，從而提高加熱爐的整體效率。每個BALANCE模組最多可管理兩台加熱爐，每台加熱爐最多包含兩個爐膛/燃燒室。每個爐膛最多可包含16個爐管（盤管），每根爐管最多可採集5個管壁溫度讀數。此外，BALANCE模組還能管理加熱爐的總流量，是加熱爐管理的得力工具。