控制系統算法應用及控制系統智能優化

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控制系統算法應用及控制系統智能優化本項目應用了PID控制算法，以及對APC先進控制算法進行試點應用，在整體上對原有控制系統進行邏輯優化及整合，同時以原有的DCS系統及PLC為數據基礎，引入邊緣計算、LIMS系統、氟磷酸鋰包裝追溯系統等，實現對控制系統的智能優化。

目錄

一、案例簡介

本項目在控制算法上使用PID控制算法，在氟化鋁流化床溫度控制、氫氟酸精餾系統控制、六氟磷酸鋰合成控制項目上應用APC先進控制算法進行試點應用；原有DCS系統25套，涉及到3個廠家，6個版本，本次項目會根據數采需求將DCS系統進行合併以減少接入點，減少數據接入工作量並保障穩定性； 項目以DCS系統及PLC為數據基礎，引入邊緣計算、LIMS系統、六氟磷酸鋰包裝追溯系統等，實現對生產過程的智能化管控。

二、案例背景介紹

多氟多化工股份有限公司（以下簡稱「多氟多」）是一家致力於「氟鋰硅」三個元素內在規律及其相互作用深入研究的國家高新技術企業。多氟多為了提高整個生產過程的管控效率，在六氟磷酸鉀生產過程中將先進技術與現代管理相結合，公司將對控制系統進行整體優化。生產過程控制雖然主要由DCS系統完成，但是DCS系統控制主要還是人為參與，生產過程中的反應終結點控制不夠精確，因為人為的干預，產品的穩定性相對較低。本次項目將以DCS系統作為基礎數據，引進邊緣計算、LIMS系統、六氟磷酸鉀包裝系統等，實現對生產過程的智能化管控。

三、案例應用詳情

1、在線自整定和先進控制算法應用

PID控制算法(Proportional Integral-Differential，比例一積分一微分)作為一種最常規，最經典的控制算法，經過了長期的實踐檢驗本項目在系統中大部分將採取此算法。

先進過程控制(APC)是對那些不同於常規單迴路控制，並具有比常規 PID 控制更好的控制效果的控制策略的統稱，而非專指某種計算機控制算法。項目規劃在氟化鋁流化床溫度控制、氫氟酸精餾系統控制、六氟磷酸鋰合成控制項目上應用APC先進控制算法進行試點應用，把從合成到結晶工段實現打通。

2、控制邏輯優化

在基礎設備運行穩定、完備的保障下開展控制算法優化升級，實現生產過程中配方控制，簡化操作過程。例如氟化鋁裝通過控制優化實現一鍵啟動生產過程，見下圖。項目規劃四分廠項目生產裝置通過同類技術實現生產過程控制算法優化。在減少了控制環節的系統上規劃採用去中心化的控制室。

3、控制系統整合

目前氟化工總部生產裝置共有DCS系統25套，涉及到3個廠家，6個版本的系統。因數采需求需要將DCS系統進行合併以減少數據接入點，減少數據接入工作量並且保障穩定性；目前根據集中控制需求需要經DCS控制室進行合併，對生產裝置進行集中操作，增加工藝連續性減少操作點。項目進行如下改造達到項目需求：

1)將DMC回收利舊浙大中控的DCS系統從JX300XP版本升級到ECS700版本；

2)將200t結晶和利時的DCS系統從MACSV1.1.0版本升級為MACSV5.2.3版本；

3)將和利時和浙大中控兩家DCS系統相同版本及進行合併，不同裝置系統間以「域」的模式進行隔離，通過權限設置確定登陸內容；減少數據整合接入點；

4) 對所有DCS系統控制點重新進行命名，避免數採過程點名衝突；

5) 根據生產需要對控制室進行合併，初通過「域」定向登陸外，不同系統見進行物理整合（具體見「DCS整合後情況」）。

4、智能化控制系統

以DCS系統及PLC為數據基礎，引入邊緣計算、LIMS系統、六氟磷酸鋰包裝追溯系統等，實現對生產過程的智能化管控。

通過邊緣計算的運用，對現場需要實現PID控制的各環節進行整合，並對控制閉環進行優化。為了實現對六氟磷酸鋰成品品質的高效管理，在品質管控方面引入LIMS系統。應用LIMS軟件對六氟磷酸鋰產品搭建一套集檢驗業務流程管理、計量校準業務流程、全面資源管理、質量數據管理、認證認可管理、移動平台、儀器採集等功能的實驗室信息管理平台。

鋰鹽桶的具體功能如下：

（1）建立數字化、可視化的鋰鹽桶追溯系統。

（2）通過與設備實現信息連接，建立鋰鹽桶生產流轉過程實時數據採集機制。

（3）建立基於現場物理環境對應的生產模型。

（4）建立生產過程中的產品檢驗模型，實現生產過程中質量數據的統計過程控制分析，實時監控關鍵生產質量環節。

（5）建立完整實用的倉庫管理機制，實現鋰鹽桶進庫時的批次，編碼，質量數據與庫位信息的綁定記錄。

四、創新性與優勢

化工企業中，隨着互聯網的發展，企業的無縫整合成為必然趨勢。在控制系統整體優化與整合上，化工企業必將考慮到其對實驗室的管理與控制，LIMS系統近幾年的應用也越發廣泛，將控制系統與實驗室系統整體整合公司才能實時監管源自公司試驗的核心知識，有益於更深入的掌控企業現況。

產品追溯系統已被廣泛應用於各個行業。簡單講，產品追溯系統就是一種可以對產品進行正向、逆向、不定向追蹤的生產控制系統，適用於任何產品。

國內市場上，通過追溯系統可以實現商品從原輔料採購環節、產品 生產環節、倉儲環節、銷售環節和服務環節的周期管理，實現「安全可預警、源頭可追溯、流向可跟蹤、信息可查詢、責任可認定、產品可召回」的功能。

五、案例應用效益分析

通過邊緣計算的成功運用，一方面，減少了DCS系統數據存儲及傳輸的壓力，同時，提高了生產數據的安全性；另一方面，通過邊緣計算現場應用，生產過程實現智能化控制，促進了產品質量穩定，提升了產品市場競爭力。

通過應用LIMS系統，將提高實驗室檢驗業務的自動化程度和規範化管理水平，具體實現的效果如下：

(1)通過LIMS系統的實施，完成檢驗業務主流程管理、計量設備檢定校準流程、實驗室綜合管理、產品報告單管理、部分分析儀器網絡連接及數據的自動採集、化驗信息綜合查詢等，使實驗室達到信息化管理和無紙化辦公。

(2)實現從檢驗任務下達、樣品編碼、樣品登錄、結果錄入、分析數據審核及樣品留存等全過程的跟蹤、檢驗報告自動生成、傳輸、審核與發放、自動判等、樣品審核、不合格樣品處理的跟蹤、合格證的自動生成、分析數據WEB發布的全過程管理。

(3)實現檢驗分析數據的統計分析及再利用，對生產裝置進行各種周期的分析，有效地指導生產、檢驗和進行業務管理。

(4)使化驗中心的管理模式由傳統管理模式轉變為以LIMS為核心的科學化、標準化、系統化、數字化、網絡化的管理模式。提高設備資源的利用率，降低化驗成本。

(5)減輕化驗中心人員報表統計的工作負荷，通過LIMS系統的報表功能實現數據的自動統計，提高工作效率和管理水平。

(6)對化驗中心的數據、人員、資源進行過程管理，從而保證化驗中心出具的質量報告的準確性和權威性。

(7)通過應用LIMS的質量控制功能，對以往歷史數據進行數據趨勢分析，發現潛在的不合格，及時調整，提高產品合格率，保證經濟效益。

(8)裝置查詢，按照裝置採樣點進行數據查詢匯總，直觀地展示所查詢裝置各工藝點的產品質量情況。

(9)實現可連接分析儀器的數據自動採集；實現SAP、OA等系統的無縫連接。

(10)實現數據長期存儲，實現分析數據的共享，提高數據的利用水平，滿足分析數據的再利用要求。

通過鋰鹽桶追溯系統的實施，實現生產運作部門生產跟蹤、過程管控、產品工藝路線、設備、物料、質量和人員安排等各生產環節的全面管理與控制功能，為企業搭建了一個可擴展的生產追溯系統，使得鋰鹽桶的生產與流轉過程透明化、高效化、可追溯化，達到事中控制、提高客戶滿意度、低成本運行的目的，從而充分提高企業的核心競爭力。