工业预测控制:流程制造业降本增效的隐形王牌

接触工业控制快十五年,见过太多工厂花几千万上数字化平台,最后挂在墙上当摆设。反而很多悄悄上了工业预测控制的工厂,闷声发了大财,没人愿意把经验说出来。

传统控制为什么越来越不好用了?

现在的流程制造业,早不是十年前只要出产品就行的时代了。原料价格涨得凶,产品毛利被压得越来越薄,差一个百分点的收率,一年就是几百万上千万的利润差。 传统PID控制,解决简单的单回路控制没问题。遇到多变量耦合、大滞后的工况,比如精馏塔、连续反应器、大型发酵罐,直接歇菜。 进料量变了,要半小时才能体现到产品质量上,等PID反应过来,已经出了好几吨不合格产品了。多个变量互相影响,你调了温度,压力又歪了,调了压力,纯度又不达标,现场工程师蹲在DCS屏幕前调三天,刚调好遇上换班,又乱了。
化工精馏塔传统PID控制产品纯度波动曲线图
化工精馏塔传统PID控制产品纯度波动曲线图
说实话,我见过不少装置,开车十来年,PID参数从来就没调好过,大家都习惯了,反正凑活着也能出产品,就是多费点蒸汽,多丢点收率,没人当回事。 问:工业预测控制是不是只能用在连续流程行业?离散制造能不能用? 答:目前90%以上的落地项目都在流程行业,毕竟流程行业的耦合、滞后问题最突出。不过最近两年也有不少离散行业的尝试,比如连续热处理生产线,工业预测控制能提前预判炉温变化,稳定产品硬度,减少废品率,也有不少成功案例。

工业预测控制的核心逻辑,其实没那么玄乎

很多人一听名字就觉得,这是高大上的人工智能,是忽悠人的概念。不对。 工业预测控制从70年代诞生到现在,逻辑一直没变,核心就是三件事: 1. 基于现场数据搭一个过程预测模型,告诉你接下来几个小时,工况会怎么变 2. 把所有约束条件(设备不能超温超压、产品质量必须达标、能耗不能超标)都放进去,滚动计算最优的控制动作 3. 不断根据实际数据修正模型误差,保证预测准度 💡 说白了,它就是给原来的控制系统雇了一个24小时不睡觉的顶级操作专家,提前预判扰动,提前调整,比人工反应快几十倍,比PID的“事后救火”不知道高到哪里去了。 问:上工业预测控制需要换掉现有的DCS和PID吗?成本是不是很高? 答:完全不用换。工业预测控制基本都是在原有控制层之上加的一层优化层,相当于给你的老电脑装了个加速插件,只要现有仪表和DCS能正常传输数据,就能对接。早十年确实只有大型炼化厂玩得起,一套几百万,现在国内厂商做了标准化模块,中小型装置几十万就能落地,大部分项目18个月以内就能回本,根本不存在用不起的问题。
工业预测控制DCS优化层架构示意图
工业预测控制DCS优化层架构示意图
不过话说回来,它也不是万能的。要是你的基础仪表坏了一半,测量数据三天两头飘,那再好的模型也出不来效果。见过不少工厂踩这个坑,钱花了没拿到结果,怪技术不行,其实是基础工作没做到位。

2024年工业预测控制落地的新趋势

2024年工业预测控制落地的新趋势
2024年工业预测控制落地的新趋势
今年跑了十几个工厂,最大的感受就是,工业预测控制早就不是大型企业的专利了。 山东一家10万吨产能的煤化工精馏装置,原来甲醇收率一直在92%左右波动,最差的时候掉到90%以下,上了标准化的工业预测控制模块之后,收率稳定在93.6%,一年直接多赚一千八百多万,投入才不到两百万,四个月就回本了。你说香不香? 还有生物发酵行业,原来补料全靠老师傅经验,溶氧、pH都是大滞后,一批料差个5%的发酵单位太正常,现在工业预测控制结合软测量模型,能实时预估菌体生长情况,自动调整补料速率,发酵单位平均提6%,能耗降了11%,很多中小发酵厂现在都在抢着上。 ❗ 给准备落地的工厂提个醒:别上来就搞全工厂整体优化,贪多嚼不烂。最好的路径是先找你的工厂里能耗最高、波动最大、影响利润最明显的单台装置,先做一个装置,三个月出效果,拿到实际的效益增量,再往其他装置扩,风险几乎为零。 说实话,现在很多工厂都在喊降本增效,到处找新增长点,其实大部分工厂的控制层,至少有3-5个点的收率提升空间,2-10个点的能耗降低空间,这些都是躺在那里的利润,就等你用工业预测控制挖出来。 别等竞争对手上了,你再追,那时候利润都被人赚走了。

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