一旦系統(tǒng)投入使用并開(kāi)始運(yùn)行，人們通常會(huì)忽視比例-積分-微分(PID)回路的性能，不再將這些回路視為一種持續(xù)改進(jìn)的手段。正是因?yàn)樗鼈儭罢！边\(yùn)行，所以經(jīng)常被忽略，直到某些事情變得不正常，突然成為突出問(wèn)題時(shí)為止。這些事件發(fā)生的很少，而且發(fā)生的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，因此也就沒(méi)有得到太多的關(guān)注。然而，在影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的各種因素中，運(yùn)行事件通常是關(guān)鍵組成部分，會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)效率產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。

　　在整定回路時(shí)，需要采取一些工程和數(shù)學(xué)步驟，但如何根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)整定回路構(gòu)成和響應(yīng)，有很多值得探討的地方。最初幾次肯定很有挑戰(zhàn)性，但是一旦成功，在一個(gè)應(yīng)用或過(guò)程中來(lái)之不易的經(jīng)驗(yàn)，就可以為其它領(lǐng)域的工程師所用。

　　系統(tǒng)集成商通常僅在啟動(dòng)期間，與回路整定的參數(shù)進(jìn)行交互。一旦控制系統(tǒng)調(diào)試完成，那些回路整定參數(shù)和整體回路性能會(huì)發(fā)生怎樣的變化，可能無(wú)人知曉。我們總是想知道，運(yùn)行人員是否會(huì)將回路變成手動(dòng)（甚至關(guān)閉），由他們親自控制系統(tǒng)？

　　一些運(yùn)行人員是否會(huì)覺(jué)得，他們比其他運(yùn)行人員可以更好地處理流程，并經(jīng)常將回路整定到他們認(rèn)為“正確”的數(shù)字上？由于設(shè)備和實(shí)際條件的退化，這些回路響應(yīng)是否會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低？最后，在初始的系統(tǒng)過(guò)程設(shè)計(jì)中，是否總是能夠考慮到所有階段和運(yùn)營(yíng)模式，經(jīng)PID整定的替代參數(shù)是否一定會(huì)比原始參數(shù)更好？

　　校正次優(yōu)PID性能

　　通常情況下，設(shè)置并調(diào)節(jié)控制回路之后，人們就會(huì)將其遺忘或忽略，除非發(fā)生“重大事件”。如果沒(méi)有“重大事件”發(fā)生，運(yùn)營(yíng)人員就會(huì)對(duì)回路性能缺乏關(guān)注，而這就可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題、顯著的效率損失和運(yùn)營(yíng)不一致。因?yàn)槭虑椴](méi)有嚴(yán)重到導(dǎo)致明顯問(wèn)題的程度，通常只會(huì)推動(dòng)運(yùn)營(yíng)人員進(jìn)行一些手動(dòng)干預(yù)，但這并不是最優(yōu)的狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)人員仍然在嘗試讓它變得更好。

　　造成回路性能次優(yōu)的原因有很多。其中之一是機(jī)械磨損或故障。這些回路中包含各種易磨損和易發(fā)生故障的物理組件。有可能沒(méi)有對(duì)這些部件進(jìn)行主動(dòng)維護(hù)。

　　無(wú)論用戶是遵循基于時(shí)間的預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃，還是遵循基于條件或分析的預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃，主動(dòng)維護(hù)和更換磨損部件對(duì)于實(shí)現(xiàn)控制回路的最佳性能都很重要。

　　如何應(yīng)對(duì)PID回路表現(xiàn)不佳？

　　無(wú)論是涂抹潤(rùn)滑脂以防止物理粘連，還是更換移動(dòng)速度較慢的執(zhí)行器，每個(gè)部件都需要正常運(yùn)行，以便控制邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)最佳性能。當(dāng)PID回路表現(xiàn)不佳時(shí)，需要了解以下6個(gè)注意事項(xiàng)：

　　1.先查看設(shè)備健康情況。重新調(diào)節(jié)比重建控制閥更容易，但潛在問(wèn)題仍然存在并且會(huì)變得更糟。

　　2.還應(yīng)該考慮支持PID塊的邏輯。有許多編程方法和技術(shù)可以與PID算法結(jié)合使用，以提高回路的一致性和性能。例如，用戶的某個(gè)回路，由于配方或回路動(dòng)態(tài)變化的原因，它發(fā)現(xiàn)自己與過(guò)程變量的設(shè)定值相去甚遠(yuǎn)。在這種情況下，讓代碼控制回路，在手動(dòng)模式下輸出較大值，直到它們進(jìn)入定義的范圍，這對(duì)控制回路是有益的。一旦到達(dá)這種工況，用戶就可以將回路切換到自動(dòng)模式并允許算法進(jìn)行控制。

　　3.當(dāng)PID回路執(zhí)行不力時(shí)，另一個(gè)有用的編碼組件是報(bào)警。在設(shè)置報(bào)警時(shí)，如果需要太長(zhǎng)時(shí)間才能“達(dá)到”設(shè)定值，或者在設(shè)定值點(diǎn)變化較大，有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)標(biāo)記問(wèn)題和/或觸發(fā)額外的程序干預(yù)。當(dāng)我們確實(shí)需要進(jìn)行一些響應(yīng)性維護(hù)時(shí)，這有助于最大限度地減少響應(yīng)時(shí)間。

　　4.當(dāng)PID回路表現(xiàn)不佳時(shí)，信號(hào)過(guò)濾也是一個(gè)重要的考慮因素。在啟動(dòng)過(guò)程中，用戶關(guān)心的是實(shí)現(xiàn)回路的控制和正確的響應(yīng)。過(guò)程變量上的噪聲或其它微小的波動(dòng)所導(dǎo)致的環(huán)路響應(yīng)抖動(dòng)可能并不明顯。很自然的應(yīng)對(duì)措施是對(duì)回路進(jìn)行去調(diào)諧以實(shí)現(xiàn)阻尼響應(yīng)，但也可以通過(guò)過(guò)濾過(guò)程變量(PV)信號(hào)來(lái)更好地處理它。

　　5.PID算法本身也需要考慮。確?？刂撇粫?huì)擴(kuò)展回路的功能很重要。如果調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置的過(guò)于激進(jìn)，用戶可能會(huì)面臨在過(guò)程中出現(xiàn)物理問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。例如，用戶可能會(huì)因閥門完全關(guān)閉或打開(kāi)太快而導(dǎo)致水錘現(xiàn)象。這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中其它部件的損壞。

　　6.回路也可能需要在不同的場(chǎng)景下運(yùn)行。雖然設(shè)定值不會(huì)改變，但過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生其它事情，在不同的時(shí)間對(duì)回路產(chǎn)生不同的影響，例如季節(jié)性或基于產(chǎn)品的粘度變化。這就需要根據(jù)周圍環(huán)境加載不同的參數(shù)集。

　　鑒于當(dāng)前數(shù)據(jù)和分析技術(shù)的進(jìn)步，我們很幸運(yùn)現(xiàn)在可以解決這個(gè)問(wèn)題。有了可用的數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)技術(shù)，就可以輕松收集回路信息，以更好地了解它們的執(zhí)行情況以及可以改進(jìn)的地方。匯總這些數(shù)據(jù)，就可以識(shí)別出在實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)路時(shí)不那么明顯的性能變化。

　　隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的制造商希望使用機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)來(lái)評(píng)估其過(guò)程關(guān)鍵回路性能。這種評(píng)估為改進(jìn)運(yùn)營(yíng)提供了深刻的見(jiàn)解，并在無(wú)人值守時(shí)也可以了解系統(tǒng)發(fā)生的情況。這種方法為對(duì)抗控制回路性能下降提供了更結(jié)構(gòu)化和更科學(xué)的“防御”，而不僅僅像原來(lái)一樣只能提供修補(bǔ)“藝術(shù)”。（作者：Brian Fenn）