西門(mén)子MPC在流漿箱控制中的應(yīng)用

周海君 王孟效 鄒 偉

(1.北京電子科技職業(yè)學(xué)院,北京,100176；2.陜西科技大學(xué),陜西西安,710021；3.西門(mén)子(中國(guó))有限公司,北京,100112)

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·流漿箱控制·

西門(mén)子MPC在流漿箱控制中的應(yīng)用

周海君1王孟效2鄒 偉3

(1.北京電子科技職業(yè)學(xué)院,北京,100176；2.陜西科技大學(xué),陜西西安,710021；3.西門(mén)子(中國(guó))有限公司,北京,100112)

采用成熟的先進(jìn)控制策略?xún)?yōu)化流漿箱的控制是造紙行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)重要課題,本文基于西門(mén)子DCS系統(tǒng)中集成的、針對(duì)小型MIMO對(duì)象的多變量模型預(yù)測(cè)控制功能塊MPC(Model Predictive Control),探索其在氣墊式流漿箱控制中的應(yīng)用。應(yīng)用過(guò)程和結(jié)果表明，對(duì)于氣墊式流漿箱，集成式的MPC可以在較低的投入成本下實(shí)現(xiàn)很好的控制效果,該方案具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

流漿箱;多變量預(yù)測(cè)控制;PCS 7;西門(mén)子

(*E-mail：simeng@sina.com)

在制漿造紙過(guò)程的自動(dòng)化項(xiàng)目進(jìn)程中,對(duì)于流漿箱的控制方案無(wú)疑是最為關(guān)鍵的,一方面是從工藝來(lái)看，流漿箱是整個(gè)抄紙過(guò)程的基石,另一方面從控制來(lái)看,流漿箱的控制難度是整個(gè)制漿造紙自控系統(tǒng)中少數(shù)的幾大難題之一。

氣墊式流漿箱的控制之所以難,是因?yàn)槠淇倝汉鸵何恢g存在嚴(yán)重的耦合,尤其在紙機(jī)車(chē)速高于300 m/min的使用環(huán)境下,普通的通過(guò)兩個(gè)單PID回路來(lái)分別控制總壓和液位的方式不僅不能使回路進(jìn)入穩(wěn)態(tài),更不能滿(mǎn)足控制要求。所以,目前流漿箱的控制算法基本上都是圍繞著解耦來(lái)開(kāi)展的,各種先進(jìn)控制理論和解耦算法的結(jié)合,形成了自適應(yīng)解耦控制、仿人智能解耦控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制和模糊解耦控制等多種多樣的方案[1-2]。

這些控制方案在目前的氣墊式流漿箱控制中得到了廣泛的應(yīng)用,但如何更進(jìn)一步地提高控制精度、更靈活地適應(yīng)車(chē)速或設(shè)備工作狀態(tài)變化,這些問(wèn)題的解決方法都是建立在復(fù)雜的模型分析和數(shù)學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)之上的,較高的應(yīng)用門(mén)檻讓工程公司和用戶(hù)望而卻步。更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題在于,無(wú)論是DCS(集散控制系統(tǒng))還是PLC(可編程邏輯控制系統(tǒng)),編程實(shí)現(xiàn)這些算法都非常困難。一個(gè)可行方案是增加一個(gè)獨(dú)立的APC(Advanced Process Control, 先進(jìn)過(guò)程控制)工作站來(lái)處理這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,但考慮到實(shí)施成本和維護(hù)成本,很少有企業(yè)樂(lè)于付諸實(shí)際[3]。

在目前所有的APC控制策略中,MPC(Model Predictive Control,模型預(yù)測(cè)控制)是應(yīng)用最為廣泛和成功的一種,很多成熟的MPC產(chǎn)品也已經(jīng)在各行各業(yè)得到了應(yīng)用,例如美國(guó)的DMC、法國(guó)的PFC等,國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)不少針對(duì)行業(yè)的MPC算法,例如水泥、鋼鐵行業(yè)等。在這種大環(huán)境下,西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)以功能塊的形式實(shí)現(xiàn)MPC的簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)方案，更以低成本、低門(mén)檻的優(yōu)勢(shì)得到用戶(hù)的歡迎。基于此,本文介紹PCS 7系統(tǒng)中的MPC功能塊在氣墊式流漿箱中的應(yīng)用。

圖1 PCS 7的APC產(chǎn)品

1 西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)中的APC

1.1 APC簡(jiǎn)介

APC是先進(jìn)過(guò)程控制(Advanced Process Control)的簡(jiǎn)稱(chēng),是對(duì)那些不同于常規(guī)單回路PID控制、并具有比常規(guī)PID控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱(chēng),其主要用來(lái)處理那些采用常規(guī)控制效果不好、甚至無(wú)法控制的復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制問(wèn)題。諸如模型預(yù)測(cè)控制、史密斯預(yù)估控制等都屬于APC的范疇。與普通的PID相比,APC有以下主要特點(diǎn)：

?當(dāng)前的APC是一種基于模型的控制策略,但一些基于知識(shí)的控制策略,例如智能控制和模糊控制等正逐漸在推廣應(yīng)用。

?在工廠(chǎng)的控制系統(tǒng)中,APC往往和常規(guī)控制配合使用,主要處理復(fù)雜的多變量、大時(shí)滯、非線(xiàn)性等過(guò)程的控制難題。

?APC的實(shí)現(xiàn)需要足夠的計(jì)算處理能力作為平臺(tái),通常在DCS系統(tǒng)中獨(dú)立配置高性能的APC服務(wù)器。

在APC的具體實(shí)施過(guò)程,需要解決諸多具體的工程問(wèn)題,例如和DCS的通信問(wèn)題、合理被控區(qū)域的選擇以及良好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)問(wèn)題等。但從用戶(hù)的角度出發(fā),APC的核心問(wèn)題有如下幾個(gè)：

(1)APC的高額投入和控制效果能否平衡？

(2)項(xiàng)目運(yùn)行之后APC的維護(hù)、調(diào)整工作是否還是需要支付昂貴的服務(wù)費(fèi)用？

(3)如果DCS系統(tǒng)需要升級(jí),APC是不是還得重新配置,而這個(gè)配置過(guò)程又是一筆大費(fèi)用。

APC的巨額投入和業(yè)主的相關(guān)疑問(wèn),讓這門(mén)新興技術(shù)還是鏡中月,盡管技術(shù)上已經(jīng)很成熟,但實(shí)際應(yīng)用寥寥。只有在一些特大型項(xiàng)目,例如石化行業(yè)中的大乙烯、大煉油等才會(huì)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備投入APC。

1.2 PCS 7系統(tǒng)中的APC

PCS 7系統(tǒng)是西門(mén)子的DCS系統(tǒng),自20世紀(jì)90年代初期推出以來(lái),在國(guó)內(nèi)的各個(gè)行業(yè)有廣泛的應(yīng)用,主要有冶金、煙草、制漿造紙、制藥行業(yè)等。為了滿(mǎn)足各個(gè)行業(yè)的特殊需求,PCS 7系統(tǒng)還開(kāi)發(fā)了多種行業(yè)庫(kù),例如制漿造紙庫(kù)、水泥庫(kù)、化工庫(kù)等,同時(shí)對(duì)于APC,PCS 7系統(tǒng)也提供兩個(gè)層面的解決方案(如圖1所示)：

?獨(dú)立的APC,即在PCS 7標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之外配置獨(dú)立的APC服務(wù)器來(lái)配置,主要有INCA負(fù)責(zé)MPC(多變量預(yù)測(cè)控制),FuzzyControl++負(fù)責(zé)模糊控制,Presto負(fù)責(zé)軟測(cè)量等。

?集成的APC,即通過(guò)程序塊的方式實(shí)現(xiàn)的APC功能,目前提供的功能塊可以實(shí)現(xiàn)MPC、史密斯預(yù)估、超馳控制、前饋控制等方式。

獨(dú)立APC與目前其他系統(tǒng)下的APC解決方案無(wú)異,本文中就不再贅述。而集成的APC,通過(guò)簡(jiǎn)單的功能塊調(diào)用就可以實(shí)現(xiàn)APC,與普通的PID程序編寫(xiě)方式相同，這無(wú)疑對(duì)于系統(tǒng)集成商和用戶(hù)都具有很大的誘惑。當(dāng)然,由于APC的運(yùn)算要求很高,在PLC層面來(lái)實(shí)現(xiàn),勢(shì)必就會(huì)有一些限制,例如PCS 7系統(tǒng)中的MPC,只能實(shí)現(xiàn)4×4×1的方式,即指支持4個(gè)被控量、4個(gè)操作量和1個(gè)干擾量。即便如此,這已經(jīng)可以解決常規(guī)工業(yè)控制中大部分復(fù)雜控制,例如流漿箱的控制。

1.3 MPC

MPC是模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control)的簡(jiǎn)稱(chēng),即通過(guò)脈沖或者階躍響應(yīng)來(lái)得到被控對(duì)象的模型,基于該模型就可以根據(jù)被控對(duì)象的歷史信息和未來(lái)輸入來(lái)預(yù)測(cè)其未來(lái)的輸出情況,系統(tǒng)框圖如圖2所示。由于其具有展示系統(tǒng)未來(lái)動(dòng)態(tài)行為的特點(diǎn),所以就可以利用這個(gè)未來(lái)時(shí)刻被控對(duì)象的輸出變化和給定值的偏差,作為確定控制作用的依據(jù),以達(dá)到比常規(guī)控制更好的控制效果。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是用現(xiàn)有的模型來(lái)估計(jì)被測(cè)量的變化,同時(shí)給出新的調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度[4-5]。

圖4 MPC程序調(diào)用

圖2 MPC的控制邏輯

針對(duì)模型的控制策略在設(shè)備老化、生產(chǎn)量變化等工藝條件發(fā)生變化時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)模型失配的現(xiàn)象,控制效果會(huì)大不如前。為此,在模型預(yù)測(cè)控制MPC中加入了滾動(dòng)優(yōu)化功能。

在線(xiàn)優(yōu)化是模型預(yù)測(cè)控制的最主要特征,優(yōu)化不是采用一個(gè)恒定的全局優(yōu)化目標(biāo),而是采用滾動(dòng)式的有限時(shí)段的優(yōu)化策略。程序每次執(zhí)行時(shí),MPC的優(yōu)化功能指標(biāo)涵蓋了從該時(shí)刻到未來(lái)的某一段有限時(shí)間,依次類(lèi)推,這樣在任何此刻預(yù)測(cè)控制都有一個(gè)相對(duì)于該時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo),不同時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)的相對(duì)形式是相同的,但其包含的時(shí)域是不同的。所以,在預(yù)測(cè)控制中,優(yōu)化是反復(fù)在線(xiàn)進(jìn)行的,這就是所謂的滾動(dòng)優(yōu)化。滾動(dòng)優(yōu)化的引入使得整個(gè)控制保持了最優(yōu),也避免了各種時(shí)變、干擾帶來(lái)的不確定性。

2 西門(mén)子MPC在氣墊式流漿箱中應(yīng)用案例

西門(mén)子MPC參與氣墊式流漿箱的控制,其目的是提高氣墊式流漿箱的控制效果,增強(qiáng)其控制回路的魯棒性,對(duì)于周邊設(shè)備,例如成漿池的濃度調(diào)節(jié)、抄紙環(huán)節(jié)的溫度控制等沒(méi)有任何影響。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)的MPC控制功能塊取代現(xiàn)有氣墊式流漿箱上的兩個(gè)PID及其解耦控制。

分析工藝流程是MPC應(yīng)用的基礎(chǔ),在P&ID(設(shè)備管線(xiàn))圖紙上明確各個(gè)被控量和操縱量的關(guān)系,進(jìn)一步確定MPC的使用規(guī)模如何。

PCS 7系統(tǒng)中使用MPC功能塊完成相關(guān)的程序組態(tài)。相對(duì)于PID功能塊的編程,MPC除了參數(shù)較多之外,其他的管腳連接非常簡(jiǎn)單。

基于程序組態(tài),進(jìn)行對(duì)象模型識(shí)別,即通過(guò)一系列的階躍響應(yīng)得到所有被控量和操作量之間的矩陣式關(guān)系。這一步是整個(gè)調(diào)試過(guò)程中的關(guān)鍵,模型識(shí)別的精準(zhǔn)度直接會(huì)影響最終的控制效果。

下面就這些主要步驟逐一介紹。

2.1 流漿箱控制分析

本文以典型的氣墊式流漿箱為例介紹MPC的應(yīng)用過(guò)程,相關(guān)的控制測(cè)點(diǎn)如圖3所示。

圖3 氣墊式流漿箱相關(guān)控制測(cè)點(diǎn)

從圖3可知，圍繞流漿箱的被控量和操作量不多,被控量為包括箱體的液位檢測(cè)和總壓檢測(cè),操作量為羅茨風(fēng)機(jī)和上漿泵的頻率調(diào)節(jié),這是一個(gè)典型的2×2多變量控制對(duì)象,符合西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)中MPC功能塊的使用范圍要求[6-7]。

2.2 MPC的程序組態(tài)

從PCS 7系統(tǒng)的V7.1版本開(kāi)始,在集成的高級(jí)過(guò)程庫(kù)APL中就包含了MPC功能塊“ModPreCon”(FB1843)。這個(gè)功能塊需要占用29 K的空間,每次調(diào)用會(huì)創(chuàng)建一個(gè)40 K左右的背景DB塊。對(duì)于工作內(nèi)存較小的CPU,例如CPU412,在使用時(shí)則需要注意整體程序的規(guī)模。

在CFC中插入“ModPreCon”和其他輔助功能塊,具體程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4中,MPC功能塊“ModPreCon”主要的管腳就是兩個(gè)被控量輸入“CV1”和“CV2”,以及兩個(gè)控制輸出“MV1”和“MV2”。和常規(guī)程序一樣,這4個(gè)管腳分別和輸入輸出驅(qū)動(dòng)功能塊連接即可,功能塊的其他管腳則根據(jù)需要連接,例如從驅(qū)動(dòng)塊將各個(gè)輸入量的單位信息傳遞給MPC塊,將輸入驅(qū)動(dòng)塊的“PV_OutUnit”和“CV1_Unit”連接。

2.3 MPC的模型識(shí)別

與傳統(tǒng)PID功能塊一樣,MPC功能塊也有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩個(gè)基本操作模式,在手動(dòng)模式下,用戶(hù)可以直接給出羅茨風(fēng)機(jī)和上漿泵的頻率給定。而在自動(dòng)模式下,MPC功能塊則根據(jù)識(shí)別出來(lái)的對(duì)象模型,不斷優(yōu)化并給出最優(yōu)的控制輸出。

圖5 記錄階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

圖6 導(dǎo)出的曲線(xiàn)數(shù)據(jù)

MPC識(shí)別模型的基本方式就是采用階躍響應(yīng)得出各個(gè)被控量和操作量的關(guān)系。具體操作上就是在MPC的手動(dòng)模式下讓兩個(gè)控制輸出分別在工作范圍內(nèi)變化,記錄這個(gè)變化以及被控變量的變化情況。

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,則需要使用CFC編程環(huán)境中的“Trend Display”功能(見(jiàn)圖5),這個(gè)功能可記錄選定管腳的數(shù)據(jù)變化,更為重要的是,這些被記錄的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出為csv文件。

圖5中,將MPC功能塊設(shè)置為手動(dòng),依次將兩個(gè)控制輸出分別給出上跳變和下跳變兩個(gè)階躍,每個(gè)階躍給出之后等待流漿箱液位和壓力趨于穩(wěn)定,之后再給出下一個(gè)階躍動(dòng)作。這個(gè)階躍實(shí)驗(yàn)中,可以看到獨(dú)立修改風(fēng)機(jī)或者上漿泵的頻率輸出,流漿箱液位和總壓都會(huì)響應(yīng)發(fā)生變化,這就是典型的耦合現(xiàn)象。依次做完四個(gè)階躍實(shí)驗(yàn),停止曲線(xiàn)記錄,并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為“.csv”格式的文件(見(jiàn)圖6)。

從圖6可見(jiàn),導(dǎo)出的數(shù)據(jù)記錄了各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上被監(jiān)視管腳的數(shù)值,基于這些數(shù)據(jù)可在Excel或者其他平臺(tái)上重新描繪出階躍響應(yīng)的曲線(xiàn)。

在PCS 7軟件包中集成了Matlab的插件,而Matlab是專(zhuān)門(mén)用于數(shù)學(xué)計(jì)算的,在自動(dòng)化領(lǐng)域常用于過(guò)程控制模型識(shí)別和仿真。PCS 7系統(tǒng)中的PID參數(shù)自整定功能就是集成的Matlab的一個(gè)典型應(yīng)用。選擇功能塊“ModPreCon”,在圖7所示的菜單中打開(kāi)MPC控制器設(shè)計(jì)器。

MPC控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程本質(zhì)上就是模型的識(shí)別過(guò)程,模型識(shí)別的基礎(chǔ)就是上一步中得到的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)數(shù)據(jù),所以在具體的控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中首先就需要導(dǎo)入如圖6所示的數(shù)據(jù)。

在圖8中,點(diǎn)擊按鈕“Load data”后選擇之前導(dǎo)出的csv文件,這樣就可以將曲線(xiàn)按照被監(jiān)視管腳的不同分別顯示在窗口中。為了識(shí)別模型,需要定義每一條曲線(xiàn)的含義,是操作變量還是被控變量。選擇完成后直接點(diǎn)擊“Step by step”進(jìn)入識(shí)別階段(見(jiàn)圖9)。

Matlab插件分析每個(gè)被控變量和操作量之間的關(guān)系,得到如圖9所示的矩陣式關(guān)系圖,點(diǎn)擊其中的按鈕“Model approximation”即可查看具體的如圖10所示的傳遞函數(shù)矩陣。

圖7 啟動(dòng)MPC控制器設(shè)計(jì)器

圖8 導(dǎo)入階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)

圖9 模型識(shí)別

圖10 識(shí)別得到的流漿箱傳遞函數(shù)矩陣

此外,在圖9中,還需要指定一個(gè)數(shù)據(jù)塊DB塊的塊號(hào),用于存放控制器的參數(shù),默認(rèn)值為DB11。點(diǎn)擊按鈕“Design controller”進(jìn)入下一步(見(jiàn)圖11)。

圖11 導(dǎo)出控制器參數(shù)

在圖11中可以看到,系統(tǒng)基于識(shí)別出來(lái)的模型重新加載同樣的階躍響應(yīng),并將結(jié)果和實(shí)際檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得出模型的準(zhǔn)確度。本次識(shí)別的準(zhǔn)確度是77%,這說(shuō)明這個(gè)識(shí)別得到的模型可用。點(diǎn)擊按鈕“Export SCL code”,將這個(gè)對(duì)象模型導(dǎo)出為DB塊的SCL源碼。在PCS 7系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)SCL源碼,將導(dǎo)出的MPC控制器參數(shù)復(fù)制粘貼進(jìn)去,如圖12所示。

在SCL中點(diǎn)擊工具欄上的編譯按鈕即可生成一個(gè)DB11,其中存放的就是識(shí)別出來(lái)的模型數(shù)據(jù)。功能塊“ModPreCon”的輸入管腳“DB_No”就是用來(lái)連接模型數(shù)據(jù)DB塊的,本程序中填寫(xiě)為“11”即可關(guān)聯(lián)到生成的DB11。

至此,MPC控制器的全部設(shè)計(jì)工作完成,程序中的組態(tài)也全部結(jié)束。在這個(gè)過(guò)程中,最主要的就是在手動(dòng)模式下進(jìn)行階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)。

圖12 用于存放模型數(shù)據(jù)的DB塊的SCL源碼

圖13 手動(dòng)情況下耦合現(xiàn)象

圖14 MPC自動(dòng)控制效果

2.4 控制效果對(duì)比

由于是新的控制方案,也是為了穩(wěn)妥起見(jiàn),在河北秦皇島某紙廠(chǎng)的測(cè)試過(guò)程中，只是在現(xiàn)有程序中增加一套MPC程序,并可以方便和現(xiàn)有程序進(jìn)行切換。這樣既可以完成實(shí)驗(yàn),也可以在運(yùn)行中切換回穩(wěn)妥的舊方案。測(cè)試過(guò)程是在紙機(jī)水試階段進(jìn)行的,為了對(duì)比方便,先不投用MPC算法,觀察流漿箱總壓和流漿箱液位在上漿泵頻率發(fā)生變化時(shí)的曲線(xiàn)(見(jiàn)圖13)。

在圖13中,分兩次提高上漿泵頻率輸出(曲線(xiàn)②),同時(shí)保持風(fēng)機(jī)頻率輸出(曲線(xiàn)①)不變,可以看到流漿箱液位(曲線(xiàn)④)和流漿箱總壓(曲線(xiàn)③)均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

相對(duì)應(yīng)地,投入MPC的自動(dòng)控制功能(見(jiàn)圖14)。

在圖14中可以看到，液位設(shè)定值調(diào)低后,上漿泵頻率輸出(曲線(xiàn)②)和風(fēng)機(jī)頻率輸出(曲線(xiàn)①)均有不同程度的下降,在共同作用下,流漿箱內(nèi)液位(曲線(xiàn)④)發(fā)生變化,但此時(shí)的流漿箱總壓(曲線(xiàn)③)保持穩(wěn)定；之后提高流漿箱總壓設(shè)定值,流漿箱總壓曲線(xiàn)(曲線(xiàn)③)發(fā)生變化,但流漿箱液位保持了穩(wěn)定,仔細(xì)分析也不難發(fā)現(xiàn),即使在調(diào)節(jié)流漿箱液位的時(shí)候,風(fēng)機(jī)頻率輸出也發(fā)生了變化以抑制耦合帶來(lái)的影響。從控制效果來(lái)看,很好地達(dá)到了解耦的目的。

3 應(yīng)用分析

綜上所述,MPC的應(yīng)用過(guò)程非常簡(jiǎn)單,對(duì)于編程和自控理論的要求不高,普通工程師都可輕松完成。從投入成本來(lái)看,每個(gè)MPC在使用中需要占用100PO的授權(quán),價(jià)格4000元左右,而且也沒(méi)有后續(xù)的進(jìn)一步投入,所以經(jīng)濟(jì)成本可以接受。

但這是否意味著MPC就可以大規(guī)模在行業(yè)中應(yīng)用了呢？在本文中介紹了MPC的模型識(shí)別的基石是階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。但在實(shí)際中,耦合明顯的對(duì)象往往呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線(xiàn)性特性,換句話(huà)說(shuō),對(duì)于這些對(duì)象,階躍響應(yīng)只在較小的工作范圍中起作用,而這個(gè)較小的工作范圍就是流漿箱的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)。MPC所識(shí)別出來(lái)的模型是這個(gè)工作范圍中的設(shè)備模型,而不是全范圍的模型,如果設(shè)備在極端情況下出現(xiàn)紙漿液位急劇下降,控制模型可能就徹底失效了,基于此模型的控制自然不能很好地完成控制任務(wù)了。

一個(gè)綜合的解決方案就是將MPC和PID結(jié)合起來(lái),借用PID對(duì)設(shè)備模型不敏感的特性,拓寬MPC的應(yīng)用范圍,具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程也較為簡(jiǎn)單,就是MPC功能塊的輸出作為PID塊的設(shè)定值輸入即可,在此不再贅述。

4 結(jié) 論

造紙行業(yè)自控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)就是高級(jí)控制策略的使用,這是所有工業(yè)行業(yè)發(fā)展的共同方向,傳統(tǒng)的、包治百病的PID控制越來(lái)越難滿(mǎn)足不斷提高的質(zhì)量要求,只有以MPC為代表的先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù),逐漸從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用。西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)中提供集成式MPC解決方案,無(wú)疑是實(shí)驗(yàn)性的引入MPC來(lái)解決當(dāng)前控制難題的一個(gè)很好契機(jī)。在實(shí)際操作中甚至可以在現(xiàn)有程序的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單增加一套MPC的控制程序,與目前在用的方案進(jìn)行控制效果對(duì)比。如果只是測(cè)試,甚至不需要購(gòu)買(mǎi)額外的100PO授權(quán),這種無(wú)投入、低組態(tài)成本的方案,無(wú)疑值得各造紙行業(yè)工程公司和造紙企業(yè)進(jìn)行嘗試,相信在不斷的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累中,制漿造紙行業(yè)一定會(huì)找到一條更為穩(wěn)妥的引入高級(jí)過(guò)程控制技術(shù)的思路。

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(責(zé)任編輯：常 青)

The Application of Siemens MPC in Air-cushioned Headbox

ZHOU Hai-jun1,*WANG Meng-xiao2ZOU Wei3

(1.Beijing Electronic Science and Technology Vocational College, Beijing,100176; 2.Shaanxi University of Science and Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021; 3.SiemensChinaCo.,Ltd.,Beijing, 100112)

In the PCS 7 system, which is the DCS platform of Siemens, a special control block MPC is offered for the small MIMO object, this block can realize the multi-variable model predictive control strategy. This paper introduced a solution to use MPC on air-cushioned headbox. The result of application proved that the integrated MPC block could control the air-cushioned headbox very well, even more the investment was very low compare with the stable control result.

headbox; multi-variable predictive control; PCS 7; Siemens

周海君女士，副教授；主要研究方向：控制理論與控制工程、機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用。

2014- 12- 12(修改稿)

TS736

A

0254- 508X(2015)05- 0052- 07