工业过程控制自动化中的智能控制应用

陈永生

（中科（广东）炼化有限公司，广东 茂名 524012）

0 引言

随着时代的发展，工业生产制造正在朝高度集成化、深度自动化、数字化、智能化方向发展。通过多种精确度极高的电子感应元件设备，加上精妙的控制系统，实现对工厂生产过程数据的实时采集和分析；通过编写好的生产逻辑对工业生产进行自动化控制。而今工业自动化已经越来越成熟，正朝着智能化大步迈进。

“过程控制”是一个专属名词，通常和自动化放在一起来说，指的是从项目开始到项目结束，关注温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数，使其符合生产要求。过程控制旨在提高产量和质量、提高生产安全性、降低污染、达到绿色环保标准、降低操作性、降低劳动量等等。整个控制过程通过精密的检测设备，再加上自动化控制及管理系统，依据设定好的生产逻辑运行，利用计算机及时采集检测数据，并产生许多智能化应用，即过程控制与自动化（见图1）。而智能化则是在自动化基础上衍生的智能应用，工业生产要先会爬，再会走，然后会跑。所谓会爬，是指最基本的自动化、信息化；会走是指数字化；会跑是指智能化，这是一个循序渐进的过程。PID控制是一套控制算法，即从比例、积分、微分3个方面计算控制，更加精确，更加协调。

1 智能控制应用

1.1 自动化运行

将基于机电控制装置和电子计算机编程机电设备的运行逻辑作为指令操作，让工厂生产设备按照设定好的编程逻辑来执行控制命令，让整个工作得以在自动化控制下进行。自动化运行控制逻辑大多为PID控制算法，而实现的手段由上位组态、集散控制系统DCS、PLC等自动化系统来管理。最为常见的是PLC系统，也叫作可编程控制器[1]。

PLC系统大致分为以下模块：（1）输入采样。接受被控设备的信号，作为自动化控制的基础数据依据，对象是工业生产的温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数。所采集的信号按性质的不同可分为模拟量、开关量、脉冲量、数码量、相关量、计算量等。（2）程序执行。按照生产经营所需，设定自动化控制逻辑，让工厂生产按照自动运行的逻辑执行。（3）输出刷新。在一定周期内进行输入采样，通过PID、分类、聚类、关联、神经网络等算法，分析被控机电设备运行信息是否符合逻辑，无异常数据则通过，发现异常数据则停止。总而言之，通过PLC系统和PID算法，大大提高了机电设备的集中管理和自动控制（见图1）。

图1 自动化过程中的智能应用

1.2 实时监控并智能报警

在输入采样、输出刷新的过程中，工业生产自动化系统通过精良的电子传感器、感应元件等，对目标物进行安全监控。包括设备开停机过程监视、运行监视、异常工况、故障处理等监视，收集温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数。通过算法分析，如发现异常数据，第一时间智能报警，将信息反馈给相关工作人员[2]。

1.3 智能诊断

工业生产自动化系统还有智能诊断的功能，通过被控生产设备的日常运行日志、维修日志等，给出一定的维修诊断意见，帮助相关工作者第一时间找出问题，立刻解决问题，避免造成过多影响。

1.4 智能决策

基于工业生产的众多行为被数据化改造，数据能够反映工业生产的大多数情况，因此在数据采集与处理背景下，可以发掘数据背后的价值，从而有利于工作者展开智能决策。结合图1来看，网络化数字化通过总集成和终端屏幕将工厂生产运行过程可视化。通过采集而来的运行过程大数据，可以实现车间、人员分配决策、精细化维修决策、能效管理等[3]。

2 未来智能化发展趋势

2.1 更加深入的自动化领域

自动化是智能化的基础，很多智能化应用都是在自动化的基础上衍生出来。目前很多工业生产的自动化都不能称为深度自动化，大多处于半自动化阶段。未来进入深度自动化领域，每一个设备都将加入计算机监控的电子标签，保证集每一个数据的跟踪、查询、监测、调度于一体。

2.2 人工智能

人工智能是工业智能化的重要特点，深度利用人工智能，包含人工智能语音识别、人工智能扫描等关键技术组建人工智能机器人，将人工智能机器人投入工业生产过程。例如物流行业中的智能分拣机器人，能够自主完成移动、暂停、躲避障碍物、投放快递等操作，基本上可以替代人工，也可将人工智能机器人投入危险工作场景[4]。

2.3 微型化

未来电子机械硬件会越做越小，朝着微型化的方向发展。产品具备体积小、耗能低、运动灵活等特点，可以适用于更多场景、更复杂环境中。

收集到设备运行数据之后，能够立刻反应立刻处理。发现异常数据，第一时间智能报警，反馈给相关工作者。但数据的刷新仍会有周期限制，未来工业生产自动化、智能化，刷新率必然会越来越高，精细到每分每秒，实现对被控设备的实时检测。

2.4 数据模拟与前馈控制

对机电设备的信息进行精准收集，分析设备的特性。基于自动化机电设备运行大数据，进一步对数据进行分析归纳，科学构建模型，具备运行逻辑或运行条件，模拟自动化机电设备的运行状态。尽管这只是模拟数据，但有较高的参考价值。前馈控制指的是收集运行数据，掌握规律，预测趋势，进而做出最科学正确的判断。数据模拟能够为前馈控制提供便利。

2.5 远程操控

在工业生产过程中，可以实时掌握每一个自动化机电设备的运行数据。发现异常问题之后，工作人员可以远程在线处理。对故障精准定位，较轻的故障由设备自行检修，较重的故障由工作人员发出指令，让智能机器人迅速处理故障，更加方便，更加智能。

3 结语

综上所述，基于工业过程控制自动化，衍生出很多智能控制应用，未来工业生产还会朝着深度自动化、智能化的方向发展。机电设备会越来越先进，不断推动社会发展，具有非常积极的现实意义。