當現(xiàn)場有過程控制問題時才需要解決。如何知道問題是否是過程控制問題呢？這是進行過程控制改進的首要問題。一般說來，操作工能夠操作，而且需要操作工高頻操作的操縱變量，都包含操作經驗都需要知識自動化。
如果操作工不能在中控室完成操作，往往是工藝或設備問題。如果中控室能操作但是操作頻次較低，就不是主要矛盾。解決非主要矛盾不符合工程原則，而且需要的投資可能更大。
如果是工藝、設備問題，則應該工藝工程師和設備工程師想辦法。如果是缺少儀表導致操作工不能操作，則應該儀表工程師想辦法。如果能操作且高頻，則表明過程控制需要完善。
過程控制改進的工程方法可以考慮：
1、定義被控變量并配對
在一個控制問題中，可用的操縱變量往往是確定和已知的。給這些操縱變量配對不同的被控變量就構成了控制方案。被控變量首先要體現(xiàn)工藝的需求，并基于已有的測量。工藝需求常常是已有的流量、液位、溫度、壓力等直接測量。但是也可能是間接的組合關系，例如沒有組分測量使用溫度代替。使用已有變量組合成新變量也是常用間接關系，例如氧煤比、回流比、摩爾比、溫差、壓差、總流量等。機理模型軟測量和數(shù)據(jù)驅動軟測量也是常用的間接被控變量。其實本質上所有的測量都是間接的。
操縱變量和被控變量一般應該有直接的因果關系。但是實際上即使只有間接關系也可以進行配對。閥位控制就是比較典型的使用另一個控制回路的控制器輸出作為過程變量，而且控制回路的操作手段和被控變量沒有直接因果關系。這兩者的因果關系存在的前提是另一個回路投自動。
在定義被控變量并進行配對的過程。就是把復雜的控制問題簡單化的過程。在配對中既要盡可能地滿足控制要求又不能浪費操縱變量。如果控制要求比操縱變量多，則需要按優(yōu)先級放棄不合理控制要求，如果控制要求比操縱變量少，則要進行必要的挖潛優(yōu)化。控制器輸出也可以做被控變量。
定義被控變量的過程，是把條件和需求匹配起來的過程。被控變量定義不合理導致的控制不能投用和高頻操作，往往需要對工藝需求本質的深刻理解。
2、確定控制方案
如果配對后，都是一個被控變量和一個操縱變量的單回路，則控制方案自動形成。根據(jù)至簡至優(yōu)原則，控制方案設計階段，不考慮前饋或串級等控制性能提升的方案。
如果配對后，出現(xiàn)多個被控變量和一個操縱變量配對。可能的方案是被控變量的合并，例如選擇控制、總量控制。當被控變量不能合并時只能超馳控制。但是一定要注意，超馳控制是為異常工況準備的，如果兩個被控變量都需要控制，超馳控制只是看起來有效。
如果配對后出現(xiàn)一個被控變量和多個操縱變量配對?？赡艿姆桨妇捅容^多需要根據(jù)情況仔細甄別：兩個設定值的分級控制、特殊分程的分配控制、按順序使用的分程控制和閥位控制。使用比值控制也可以實現(xiàn)一個被控變量控制多個操縱變量，例如支路平衡。
一定要特別注意一點，筆者的經驗：當控制方案出現(xiàn)分程+超馳時往往說明控制方案還沒有做到至簡至優(yōu)。不是方案有問題就是設計沒有必要。
3、性能改進、組態(tài)實施及整定
在核心基本控制方案完成后，在正式組態(tài)前。需要考慮一個改進：如果有明確的干擾影響，要考慮必要前饋或串級性能改進。例如三沖量控制、溫度串級控制、液位串級控制等。把前饋和串級放在第三步是為了確保控制方案設計的至簡至優(yōu)。
在進行控制方案設計中，要盡可能使用控制系統(tǒng)已有的標準模塊設計標準控制方案。而且要精通控制系統(tǒng)組態(tài)技術細節(jié)，把事情做正確。避免量程、正反作用、連接等明顯錯誤。
把事情做正確的最后一步是要使用合適的PID參數(shù)。在進行PID參數(shù)整定過程中，嚴格意義上應該由前到后，由外到內，先整定高優(yōu)先級控制回路。這樣是為了減少外部條件變化對過程的影響，也是為了減少廣義對象的不確定性。
最后，因為現(xiàn)場情況復雜多變，等控制方案投用后要持續(xù)觀察，如果出現(xiàn)了周期性振蕩或者操作干預的情況，要重新分析根因持續(xù)改進。有的工藝情況復雜多變，控制方案設計很難一蹴而就。
4、結束語
在進行控制設計中，最重要的一點是：充分利用一些手段但是不增加投資。如果通過管理改進、程序完善、參數(shù)整定或者方案設計能解決的問題，再差的解決方案也能夠理解。如果不能解決問題就必須反思是方案的問題、設備的問題還是工藝的問題。如果找不到根因就不能至簡至優(yōu)地解決問題。
在進行控制方案設計中一個基本原則：除非必要不改變已有的條件包括工藝、設備、儀表、方案。
一般說來，如果人手動能控制的，自動一定能控制。如果問題非常復雜，人類解決問題的方法論就是把問題進行拆分簡化，變量配對就是拆分簡化問題。如何在時間尺度進行分層，如何在空間尺度進行結構化分離，如何通過重新定義變量重構問題。這三個問題是復雜控制方案設計的要點。
作者：馮少輝博士
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