對多變量控制的解釋，總是使用很復雜的術語，其中涉及諸如詳細過程模型、實時優化和矩陣數學之類的概念。這意味著，除了先進過程控制（APC）工程師之外，很少有人能夠理解它。對工業過程操作中的多變量控制有了更深入的了解，使更多的人進入過程自動化企業，同時為運營帶來的好處包括及時性、一致性和更少的報警。

普及ARC知識

很多參與項目的人可能會處于一頭霧水之中，他們常常在并不完全了解目標、利益、影響和成功率的情況下，驗收APC項目。而且，這種情況讓業界不得不再一次依賴APC工程師，來解釋APC許多意想不到的不足之處，例如高成本、短生命周期和較高的維護成本，而在大多數情況下，這些不足并未得到令人滿意的解釋。

隨著近40年多變量控制經驗的積累，人們對多變量控制及其在工業運營中的作用有了更直觀和定性的認識。這可能對APC和過程自動化產生若干有益的影響，包括更簡單、更強大的軟件工具，定義更好的應用以及讓所有利益相關者更多的參與進來。

什么是多變量控制？

可以將多變量控制定義為：單回路控制器設定值和輸出調整的自動化，否則的話，這些任務將留給運營團隊手動執行。如果運營人員在當值過程中進行設定值和輸出的調整，這就是手動多變量控制。自動多變量控制技術（例如模型預測控制（MPC）或無模型多變量控制），可自動執行此任務。

自動多變量控制（或閉環多變量）與單個閉環控制具有一樣的好處，包括更具及時性和一致性、更少的報警和超越限值，以及更好的優化。它通常會帶來顯著的運營改善和經濟利益。

在過程運營中的作用

多變量控制在工業運營中的作用，可以理解為自動化多變量控制和手動多變量控制之間的差異。在工業領域，一直存在手動多變量控制，因為幾乎每個過程運營都是一個多變量控制命題。只需問問任何一個運營人員，您就知道了。

自動多變量控制可自動執行或接管為相關控制器組進行設定值和輸出調整的任務。這通常會導致更一致、更及時的調整、更少的報警和超越限值，以及更多的優化。這些好處也可以理解為閉環與開環控制的內在好處。在單回路控制領域，這些好處一直很容易理解，其實這也同樣適用于多變量控制。

傳統的約束圖（圖1）說明了它們的差異。通過手動多變量控制，運營人員可以在進行中的運營和限值之間，保留適量的緩沖區或錯誤余量，以防過程中發生意外變化或干擾。相對于完全優化的運營，緩沖區通常會轉化為經濟損失。

圖1：傳統約束圖顯示了手動和自動多變量控制之間的區別。在手冊中，如果發生意外的過程更改或干擾，運營人員會在正在進行的運營和約束限值之間保留緩沖區或誤差余量。相對于完全優化的運營，緩沖區通常會轉化為經濟損失。圖片來源：APC Performance

利用自動或閉環多變量控制，可以將運營保持在更接近實際限值的位置，并且可以將緩沖區域作為先進控制優勢。這是可能的，因為多變量控制意味著在過程條件發生變化時，可以依靠自動響應來采取措施。同樣，多變量控制可以自動退回到約束限值內，從而可以獲取更大的效益，因為它可以雙向運行。

多變量控制應用仍處于常規大矩陣MPC范例的“雷達之下”，因為尚未成功證明MPC的高成本是合理的，并且對于高級監管控制（ARC）的局限性來講，成本也太大。

圖2是一個“低空雷達”示例，它顯示了一直處于MPC“雷達之下”的多變量控制應用。它顯示了在給定時間段內，運營人員在控制臺上根據設定值、輸出或模式更改所進行的干預次數。它顯示了25個最差的“角色”，即那些需要最多運營人員干預的控制器。這是對任何現代控制系統控制臺都能輕松繪制的圖表。

圖2：有效的指標提供了有意義的度量，直觀的反映在某一段時間內的進度。業界是否一直在忽視可以證明自動多變量控件合理性的指標？可以為任何現代控制系統控制臺輕松繪制出25個最差的控制器（需要最多運營人員干預的控制器）的圖表。

微管理APC

可以肯定的是，這些干預措施中的大多數都代表手動多變量控制方案，在這種情況下，運營團隊會疲于應付相關控制器組的微管理。

多變量控制的目標是實現手動多變量控制方案的自動化，并實現多變量的閉環，同時減少變量的數量。

缺失的APC指標

圖2看起來很熟悉。最近，業界至少兩次采用了類似的最佳實踐——手動管理回路（除了我們現在正在討論的手動多變量回路）和管理“壞角色”的報警（除了現在我們正在談論的需要運營人員頻繁干預的壞角色）。

手動多變量回路以及頻繁的運營人員干預會帶來一些不良后果，包括更多的報警和超越限值、運營人員對更高級別任務的更少關注和優化。手動干預通常是不一致、不及時且是次優的。

有效的指標可提供有意義的度量，直觀的反映一段時間內的進展。圖2符合這些標準，并反映了成功的過程自動化和控制臺運營質量的基本方面。工業界是否忽略了這一自然而潛在的重要指標？ （作者：Allan Kern）
編輯：hfy