控制系统算法应用及控制系统智能优化

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控制系统算法应用及控制系统智能优化本项目应用了PID控制算法，以及对APC先进控制算法进行试点应用，在整体上对原有控制系统进行逻辑优化及整合，同时以原有的DCS系统及PLC为数据基础，引入边缘计算、LIMS系统、氟磷酸锂包装追溯系统等，实现对控制系统的智能优化。

目录

一、案例简介

本项目在控制算法上使用PID控制算法，在氟化铝流化床温度控制、氢氟酸精馏系统控制、六氟磷酸锂合成控制项目上应用APC先进控制算法进行试点应用；原有DCS系统25套，涉及到3个厂家，6个版本，本次项目会根据数采需求将DCS系统进行合并以减少接入点，减少数据接入工作量并保障稳定性； 项目以DCS系统及PLC为数据基础，引入边缘计算、LIMS系统、六氟磷酸锂包装追溯系统等，实现对生产过程的智能化管控。

二、案例背景介绍

多氟多化工股份有限公司（以下简称“多氟多”）是一家致力于“氟锂硅”三个元素内在规律及其相互作用深入研究的国家高新技术企业。多氟多为了提高整个生产过程的管控效率，在六氟磷酸钾生产过程中将先进技术与现代管理相结合，公司将对控制系统进行整体优化。生产过程控制虽然主要由DCS系统完成，但是DCS系统控制主要还是人为参与，生产过程中的反应终结点控制不够精确，因为人为的干预，产品的稳定性相对较低。本次项目将以DCS系统作为基础数据，引进边缘计算、LIMS系统、六氟磷酸钾包装系统等，实现对生产过程的智能化管控。

三、案例应用详情

1、在线自整定和先进控制算法应用

PID控制算法(Proportional Integral-Differential，比例一积分一微分)作为一种最常规，最经典的控制算法，经过了长期的实践检验本项目在系统中大部分将采取此算法。

先进过程控制(APC)是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规 PID 控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。项目规划在氟化铝流化床温度控制、氢氟酸精馏系统控制、六氟磷酸锂合成控制项目上应用APC先进控制算法进行试点应用，把从合成到结晶工段实现打通。

2、控制逻辑优化

在基础设备运行稳定、完备的保障下开展控制算法优化升级，实现生产过程中配方控制，简化操作过程。例如氟化铝装通过控制优化实现一键启动生产过程，见下图。项目规划四分厂项目生产装置通过同类技术实现生产过程控制算法优化。在减少了控制环节的系统上规划采用去中心化的控制室。

3、控制系统整合

目前氟化工总部生产装置共有DCS系统25套，涉及到3个厂家，6个版本的系统。因数采需求需要将DCS系统进行合并以减少数据接入点，减少数据接入工作量并且保障稳定性；目前根据集中控制需求需要经DCS控制室进行合并，对生产装置进行集中操作，增加工艺连续性减少操作点。项目进行如下改造达到项目需求：

1)将DMC回收利旧浙大中控的DCS系统从JX300XP版本升级到ECS700版本；

2)将200t结晶和利时的DCS系统从MACSV1.1.0版本升级为MACSV5.2.3版本；

3)将和利时和浙大中控两家DCS系统相同版本及进行合并，不同装置系统间以“域”的模式进行隔离，通过权限设置确定登陆内容；减少数据整合接入点；

4) 对所有DCS系统控制点重新进行命名，避免数采过程点名冲突；

5) 根据生产需要对控制室进行合并，初通过“域”定向登陆外，不同系统见进行物理整合（具体见“DCS整合后情况”）。

4、智能化控制系统

以DCS系统及PLC为数据基础，引入边缘计算、LIMS系统、六氟磷酸锂包装追溯系统等，实现对生产过程的智能化管控。

通过边缘计算的运用，对现场需要实现PID控制的各环节进行整合，并对控制闭环进行优化。为了实现对六氟磷酸锂成品品质的高效管理，在品质管控方面引入LIMS系统。应用LIMS软件对六氟磷酸锂产品搭建一套集检验业务流程管理、计量校准业务流程、全面资源管理、质量数据管理、认证认可管理、移动平台、仪器采集等功能的实验室信息管理平台。

锂盐桶的具体功能如下：

（1）建立数字化、可视化的锂盐桶追溯系统。

（2）通过与设备实现信息连接，建立锂盐桶生产流转过程实时数据采集机制。

（3）建立基于现场物理环境对应的生产模型。

（4）建立生产过程中的产品检验模型，实现生产过程中质量数据的统计过程控制分析，实时监控关键生产质量环节。

（5）建立完整实用的仓库管理机制，实现锂盐桶进库时的批次，编码，质量数据与库位信息的绑定记录。

四、创新性与优势

化工企业中，随着互联网的发展，企业的无缝整合成为必然趋势。在控制系统整体优化与整合上，化工企业必将考虑到其对实验室的管理与控制，LIMS系统近几年的应用也越发广泛，将控制系统与实验室系统整体整合公司才能实时监管源自公司试验的核心知识，有益于更深入的掌控企业现况。

产品追溯系统已被广泛应用于各个行业。简单讲，产品追溯系统就是一种可以对产品进行正向、逆向、不定向追踪的生产控制系统，适用于任何产品。

国内市场上，通过追溯系统可以实现商品从原辅料采购环节、产品 生产环节、仓储环节、销售环节和服务环节的周期管理，实现“安全可预警、源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询、责任可认定、产品可召回”的功能。

五、案例应用效益分析

通过边缘计算的成功运用，一方面，减少了DCS系统数据存储及传输的压力，同时，提高了生产数据的安全性；另一方面，通过边缘计算现场应用，生产过程实现智能化控制，促进了产品质量稳定，提升了产品市场竞争力。

通过应用LIMS系统，将提高实验室检验业务的自动化程度和规范化管理水平，具体实现的效果如下：

(1)通过LIMS系统的实施，完成检验业务主流程管理、计量设备检定校准流程、实验室综合管理、产品报告单管理、部分分析仪器网络连接及数据的自动采集、化验信息综合查询等，使实验室达到信息化管理和无纸化办公。

(2)实现从检验任务下达、样品编码、样品登录、结果录入、分析数据审核及样品留存等全过程的跟踪、检验报告自动生成、传输、审核与发放、自动判等、样品审核、不合格样品处理的跟踪、合格证的自动生成、分析数据WEB发布的全过程管理。

(3)实现检验分析数据的统计分析及再利用，对生产装置进行各种周期的分析，有效地指导生产、检验和进行业务管理。

(4)使化验中心的管理模式由传统管理模式转变为以LIMS为核心的科学化、标准化、系统化、数字化、网络化的管理模式。提高设备资源的利用率，降低化验成本。

(5)减轻化验中心人员报表统计的工作负荷，通过LIMS系统的报表功能实现数据的自动统计，提高工作效率和管理水平。

(6)对化验中心的数据、人员、资源进行过程管理，从而保证化验中心出具的质量报告的准确性和权威性。

(7)通过应用LIMS的质量控制功能，对以往历史数据进行数据趋势分析，发现潜在的不合格，及时调整，提高产品合格率，保证经济效益。

(8)装置查询，按照装置采样点进行数据查询汇总，直观地展示所查询装置各工艺点的产品质量情况。

(9)实现可连接分析仪器的数据自动采集；实现SAP、OA等系统的无缝连接。

(10)实现数据长期存储，实现分析数据的共享，提高数据的利用水平，满足分析数据的再利用要求。

通过锂盐桶追溯系统的实施，实现生产运作部门生产跟踪、过程管控、产品工艺路线、设备、物料、质量和人员安排等各生产环节的全面管理与控制功能，为企业搭建了一个可扩展的生产追溯系统，使得锂盐桶的生产与流转过程透明化、高效化、可追溯化，达到事中控制、提高客户满意度、低成本运行的目的，从而充分提高企业的核心竞争力。