PC-3 进阶及高阶控制

1、第三單元 進階高階控制 程序控制系統的提升 1.回饋控制系統(feedback control system)v當量測到之製程變數產生變化時，經過控制器運算後調整 (output)至控制閥。v它的特性就是必須等到製程變數變化後才調整控制閥，有時會因製程特性及高規格品之要求而顯得力不從心。v然而對大多數之程序控制而言，此架構乃是最簡單直接有效之架構，且能滿足大多數之控制要求，。ControllerControllerCVCVMVMVRVRVtransmittertransmitterI/PI/P程序變數程序變數 程序控制系統的提升v增進控制效果最有效的辦法，即改善製程-越簡單越好v然而製程之被設

2、計乃是為了要生產某種有經濟價值的東西、某種高品質的產品或是降低生產成本的考慮，而不是為了要好控制v雖然，製程之修改是為了容易控制它，但畢竟必先不違背有經濟價值目的，因此，程序變得越來越複雜，越來越不容易控制。v因此，越來越新的量測元件問世，甚至量不出的東西，也要想辦法弄出一個推理數學式BF(inferentialformular)來代表它；v越來越多的控制系統問世。其最後的目標就是為了能控制愈趨繁雜的程序。 程序控制系統的提升 1.單一回饋控制系統v進料經一加熱器升溫後進料經一加熱器升溫後，進入蒸餾塔分離，進入蒸餾塔分離。v塔底是我們要的產品塔底是我們要的產品( (重重成分成分) )，塔頂是廢

3、棄流排，塔頂是廢棄流排入廢水處理場入廢水處理場。v根據蒸餾塔原始設計的根據蒸餾塔原始設計的處理能力，對塔底重成處理能力，對塔底重成分的回收組成有一最大分的回收組成有一最大值無法超越，對塔頂排值無法超越，對塔頂排出組成的重成分含量有出組成的重成分含量有一低限值，不可能比此一低限值，不可能比此低值還低低值還低。v塔底塔頂之產物組成完塔底塔頂之產物組成完全隨進料組成而變，控全隨進料組成而變，控制效果極差制效果極差TICTIC塔頂成分塔頂成分時間時間低限要求低限要求塔頂成分塔頂成分時間時間高限要求高限要求進料成分進料成分 程序控制系統的提升 2.串級控制系統v在塔底加入一對線上組成分析儀(GC)及溫度

4、控制器作回饋控制，顯然v降低了塔頂及塔底重成分組成的變異度，惟這種簡單的回饋控制，卻無法消除干擾，並使產v量極大化TICTIC塔頂成分時間低限要求塔頂成分時間高限要求進料成分ACAC 程序控制系統的提升 3.高階控制系統v一組組成回饋控制一組組成回饋控制v進料組成之模式預測控制進料組成之模式預測控制v加入設備能力之限制條件加入設備能力之限制條件，可使得塔底塔頂組成接，可使得塔底塔頂組成接近極大限值近極大限值 經由程序控制能力的提升大經由程序控制能力的提升大大地減低產品變異度。大地減低產品變異度。 在設備能力的限制下，產量在設備能力的限制下，產量達到最大化。達到最大化。 不要的產品被最小化不要的

5、產品被最小化 降低了產品變異度，提升了降低了產品變異度，提升了製程能力。製程能力。 工廠操作之安全性工廠操作之安全性 蒸餾系統之壽命，因操作穩蒸餾系統之壽命，因操作穩定性增加可望稍有延長。定性增加可望稍有延長。 能源被精確之利用。能源被精確之利用。塔頂成分時間低限要求塔頂成分時間高限要求進料成分進料成分AICAICAICAIC模式模式控制控制經濟效益的評估v越精良的控制系統，其衍生之效益越大v經濟效益的評估，並不單純的只是將產量最大化，而是須以目標函數進行分析v定量的經濟效益評估有很多方法，大多都是利用統計分析的方法，求控制變數變異度減少量所產生的經濟效益vMarlin所提供平均製程效能平均製

6、程效能(average process performance)的方法是較簡易的方法平均製程效能(average process performance)vPave=(Fi x Pi)Pave平均製程效能 Pi區段i中點製程效能Fi= Ni/NT =在區段i內所含點數百分比Ni=在區段i內所含點數NT=所有取樣之點數 平均製程效能範例（鍋爐控制）過剩過剩氧氧氣與鍋爐效率氣與鍋爐效率過剩氧氣mol%)鍋爐效率Pi0.2583.88 0.7585.70 1.2586.85 1.7587.50 2.2587.70 2.7587.54 3.2587.10 3.7586.48 4.2585.76 4.7

7、585.02 5.2584.36 5.7583.86 平均製程效能範例（鍋爐控制）過剩氧氣與鍋爐效率不良控制優良控制過剩氧氣mol%)鍋爐效率Pi發生率FiPi x Fi發生率FiPi x Fi0.2583.88 00000.7585.70 00001.2586.85 0.04 3.47 001.7587.50 0.12 10.50 0.025 2.19 2.2587.70 0.24 21.05 0.475 41.66 2.7587.54 0.12 10.50 0.475 41.58 3.2587.10 0.20 17.42 0.025 2.18 3.7586.48 0.04 3.46 004

8、.2585.76 0.08 6.86 004.7585.02 0.04 3.40 005.2584.36 0.08 6.75 005.7583.86 0.04 3.35 00不良控制 發生率Fi00. 050. 10. 150. 20. 250. 3過剩氧氣1. 252. 754. 25不良控制 發生率Fi優良控制 發生率Fi00. 10. 20. 30. 40. 5過剩氧氣0. 751. 752. 753. 754. 75優良控制 發生率Fi 平均製程效能範例（鍋爐控制）不良控制優良控制鍋爐效率Pi發生率FiPi x Fi發生率FiPi x Fi83.88 000085.70 000086.85 0.04 3.47 0087.50 0.12 10.50 0.025 2.19 87.70 0.24 21.05 0.475 41.66 87.54 0.12 10.50 0.475 41.58 87.10 0.20 17.42 0.025 2.18 86.48 0.04 3.46 0085.76 0.08 6.86 0085.02 0.04 3.40 0084.36 0.08 6.75 0083.86 0.04 3.