以下技術(shù)討論是一個偶爾展示 ISA導(dǎo)師計劃的系列的一部分，該計劃由 行業(yè)顧問Greg McMillan撰寫，許多過程控制書籍的作者，2010 ISA Life Achievement Award獲獎?wù)咭约癝olutia，Inc.（現(xiàn)為Eastman）退休的高級研究員。化學(xué)）。Greg將發(fā)布ISA Mentor計劃的問題和回應(yīng)，并由計劃參與者提供幫助。
Danaca Jordan是ISA Mentor計劃的創(chuàng)始成員，并擔任ISA專業(yè)發(fā)展部副總裁。在ISA之外，Danaca是一家大型特種化學(xué)品公司的數(shù)字制造卓越中心工程師，在該公司她負責推動針對制造數(shù)據(jù)的企業(yè)范圍的數(shù)字化轉(zhuǎn)換實施。
達納卡·喬丹的問題
隨著我們的控制器變得越來越復(fù)雜，有什么選擇可以將幕后發(fā)生的事情傳達給必須信任控制器的操作員？
丹·沃倫的答案
有趣的問題。而我有很多經(jīng)驗。對我來說，這是簡單的教育。但是教育和例子必須遵循人們會理解的路線。試圖解釋復(fù)雜的算法或數(shù)學(xué)是沒有用的，但是有時我們卻很容易陷入困境。
我聽到的關(guān)于煙霧，鏡子或黑匣子系統(tǒng)的參考文獻遠遠超出您的想象。因此，我會盡力使用日常生活中的示例-例如說開車。另外，盡管大多數(shù)機構(gòu)都喜歡進行小組培訓(xùn)，但我發(fā)現(xiàn)一對一的培訓(xùn)更為有效。這樣，個人就可以集中注意力，提出問題，而不會對提出問題或澄清陳述感到尷尬或?qū)擂�。另外，我會盡可能多地在工廠現(xiàn)場發(fā)言。這樣，我使自己盡可能地平易近人。但是在解釋時，我還要確保我們在安全的位置。
另外，非常好不要使事情變得太復(fù)雜。保持簡單，并一次選擇一個方案。
米歇爾·魯爾的答案
一些基本原則：
說明目的和目標；不是引擎蓋下的東西，而是它的作用
與運營商合作；總是為您的項目增加額外的時間進行一對一培訓(xùn)
日常生活中的使用示例：空調(diào)，汽車駕駛等
用上面的方法訓(xùn)練教練員
設(shè)計用戶界面，并提供提示，以解釋違反直覺的行為的目的
例如，如果您向操作員添加了一個不尋常的功能，請在人機界面（HMI）上對其進行解釋或添加一個額外的元素來對其進行解釋
（2）例如，如果調(diào)整了液位回路以吸收變化，則將顯示SP的箭頭替換為允許范圍
花時間與操作員一起玩耍
彼得·摩根的答案
在提供控制解決方案時，將操作員既視為合作伙伴又是客戶，這一點很重要-因為他們可以分享對過程行為的見解；畢竟是說了算，做完了之后，操作員必須接受解決方案。
從事運營商提供解決方案-尤其是對于操作界面和其他HMI規(guī)定-雖然具有實際的好處，可以增加運營商在自動化系統(tǒng)和有助于建立一個信任信賴關(guān)系的經(jīng)營者和控制專家之間。
尼克·桑德的答案
首先要花時間與運營商建立關(guān)系。在我們的內(nèi)部培訓(xùn)班中，本節(jié)的標題為“甜甜圈的力量”。例行地與他們共度時光，只是為了登記入住。
對于現(xiàn)有的控制回路，請監(jiān)視和評估性能。如果操作員不信任控制器，則可能有充分的理由（例如調(diào)整或調(diào)整閥門尺寸）。與運營商聯(lián)系，以找出他們認為的問題以及可能提出的解決方案。
對于新的控制回路，請將回路功能與操作員如何手動執(zhí)行操作相關(guān)聯(lián)。良好的控制回路使操作員的生活更輕松。如果他們看到了，他們將有動力去接受它。跟蹤循環(huán)的性能和效用并跟蹤問題。
并遵循調(diào)優(yōu)和其他修改的非常高規(guī)則-除非您計劃在星期六工作，否則請不要在星期五進行更改。
帕特·迪克森的答案
當某事不起作用或不符合期望時，信任就會喪失。我們知道，不幸的是，有很多循環(huán)從未得到很好的調(diào)整或沒有得到維護。非常好的解決方案是修復(fù)它們。在其他情況下，某些操作可能會達到控制工程師的期望，而不是操作員的期望。這是交流的一種情況，以了解操作員所看到的內(nèi)容，他們?nèi)绾慰创で蠊餐c。
該問題詢問控制器變得越來越復(fù)雜。并沒有專門說PID控制更為復(fù)雜。它應(yīng)該沒有過去那么復(fù)雜。當然，增加了新功能，可以使控制工程師的配置更加復(fù)雜，但是對于操作員而言，PID的復(fù)雜性應(yīng)該不會更高。與過去相比，他們實際上應(yīng)該能夠更好地可視化面板和趨勢。
我懷疑所引用的更復(fù)雜的控制器是具有前饋，級聯(lián)或預(yù)測控制的高級循環(huán)。如果在多輸入多輸出（MIMO）控制器中具有大型矩陣，那么為什么它更復(fù)雜是可以理解的。特別是當優(yōu)化器根據(jù)操作員可能不理解的標準來移動事物時，這可能會變得充滿挑戰(zhàn)。在這種情況下，從控制器中獲得良好的性能，同時花費時間與操作員達成共識，比單循環(huán)執(zhí)行的任務(wù)要艱巨得多，但是相同的補救措施也可以。
非常后，需要對運營商應(yīng)該知道的內(nèi)容有合理的期望。解釋算法和配置可能沒有幫助。因此，我認為操作員無需了解幕后情況。他們的場景需要對他們有意義。
格雷格·麥克米蘭的答案
由于對過程動力學(xué)的基本了解很少，并且隨著形式和結(jié)構(gòu)的變化，比例，積分和微分模式的基本作用也很少，因此這是一個挑戰(zhàn)。非常重要的是，我們還有設(shè)定權(quán)重因子和超前滯后的許多其他功能，以及級聯(lián)，前饋，比率和倍率控制等策略。ISA 5.9技術(shù)報告“ PID算法和性能”有一個粗略的草稿，自動化工程師可以使用它來提高自己的速度，這是至關(guān)重要的一步，因為大多數(shù)PID控制器的調(diào)節(jié)和需求都不理想， PID未充分利用。
所有這些導(dǎo)致對PID的合理缺乏信心。具有簡單動態(tài)過程仿真的數(shù)字孿生系統(tǒng)可以幫助自動化工程師建立其知識基礎(chǔ)并改進現(xiàn)有的PID控制器。一些簡單的場景可用于提供一些動手學(xué)習，以增加對PID控制的知識和欣賞。通過啟動過程和基于狀態(tài)的控制，PID模式，輸出和設(shè)定值的變化可以使操作員在啟動和過渡期間需要什么以及如何處理異常操作方面進行大量輸入，以使他們的非常佳操作和知識自動化。“控制對話”列“持續(xù)改進流程”描述了這些機會。
這些概念和操作類似于補料分批控制中需要執(zhí)行的操作。測試和培訓(xùn)對于確保PID控制器可以處理所有類型的情況至關(guān)重要。通過再次尋求操作員輸入，獲得的可重復(fù)性可以實現(xiàn)持續(xù)改進。我們可以將操作員的角色提升為監(jiān)督控制中的一員，并且可以作為可以隨著實踐而加速發(fā)展的持續(xù)改進的源泉。數(shù)字雙胞胎在培訓(xùn)和嵌入操作員知識方面的優(yōu)勢已廣為人知。我們只需要睜開雙眼，開闊思路，將仿真視為在自動化系統(tǒng)成功中扮演重要角色的每個人的持續(xù)學(xué)習經(jīng)驗。我們不應(yīng)該小看 操作員學(xué)習概念的能力以及他們對自動化系統(tǒng)和過程正在做的事情的更好理解的欣賞。
顯示過程效率和容量的在線過程度量標準可以幫助操作員實現(xiàn)過程控制改進所帶來的好處，即PID不在非常高模式下的后果。要確保輸入與輸出同步，沒有反向響應(yīng)以及信噪比良好，將面臨一些挑戰(zhàn)。移動平均線有助于解決這些問題。這些指標通常應(yīng)通過用于操作員培訓(xùn)的模型在數(shù)字孿生系統(tǒng)中開發(fā)和測試。
在控制室中花費盡可能多的時間并與操作員成為好朋友對建立關(guān)系和互惠互利的對話有很大幫助。帶來食物幫助（例如，po'boys在路易斯安那州工作良好）。如果他們共享廚房里的一些菜，您就會知道自己“很好”。我特別喜歡美國印第安人的食物。
人們很難意識到，直到一個完整的循環(huán)停滯時間之后，才能在流程響應(yīng)中看到現(xiàn)在完成的動作，而且變化速度可能非常慢，尤其是對于接近真實的流程而言。這在操作員試圖手動控制過程以及他們對PID正在做什么的擔憂中起著重要作用。
在兩個控制室中，我曾讓操作員說PID出現(xiàn)問題，因為在采用分段范圍控制的反應(yīng)堆加熱中，當溫度低于設(shè)定值時冷卻劑閥打開。如果操作員可以看到趨勢并意識到由于停滯時間而需要打開冷卻液閥，他們將不會抱怨。積分動作直到溫度升至設(shè)定點以上才打開冷卻劑閥，但這太遲了，可能會導(dǎo)致有害的潛在的不安全超調(diào)。比例動作和派生動作提供了所需的預(yù)期動作。由于這個和其他原因，復(fù)位動作通常太大，而獲得動作太小。面板上的數(shù)字顯示加劇了對所需預(yù)期動作的了解。
我認為，一個特別有效的信心構(gòu)建者將是由自動化工程師建立的明智趨勢，該趨勢將清楚顯示斜率，并通過一個停滯時間塊包括預(yù)測值，這些預(yù)測值將從當前值發(fā)展到至少一個停滯時間，直至未來。預(yù)測值只是一個斜率乘以添加到當前值的時間增量。斜率是死區(qū)時間塊的輸入減去輸出除以塊死區(qū)時間。塊死區(qū)時間可以從總環(huán)路死區(qū)時間開始增加，以提供更好的信噪比和斜率識別，以實現(xiàn)緩慢的變化速率。設(shè)定值微小變化的響應(yīng)中的死區(qū)時間很容易識別，準確的值對于斜率和預(yù)測值并不重要。
可以檢測到振蕩，并確定可能的來源，以糾正問題并減少混亂，信心不足和虛構(gòu)的解決方案，這會分散精力，浪費時間。從一些簡單的觀察中，可以得到自動化工程師的一些修復(fù)和指導(dǎo)。
如果手動發(fā)生振蕩，則是由于另一個環(huán)路振蕩或噪音引起的
如果自動振蕩的振幅是恒定的，則它們是極限周期，很可能是由閥或變頻器的死區(qū)或分辨率引起的
如果汽車中的振蕩正在衰減，則很可能是由于調(diào)諧
如果振蕩周期接近死區(qū)時間的四倍，則振蕩很可能是由于比例作用過多
如果振蕩周期是空載時間的5到10倍，則很可能是由于積分作用過多
如果該周期遠大于死區(qū)時間的10倍，而死區(qū)時間是在四個停滯時間內(nèi)沒有減速的斜坡過程，則比例作用太小，積分作用太大；在許多情況下，只需嘗試大幅減少積分作用即可確認問題
對于前饋或比率控制，對這些控制動作的響應(yīng)發(fā)生在試圖糾正的過程響應(yīng)之前或之后，與之相反，前饋或比率控制動作分別來得太早或太晚。解決此問題可增強操作員的信心。
覆蓋控制會使操作員和工程師感到困惑。一些計算會有所幫助。在非常后一次批次或非常后一次班次中選擇每個控制器的時間可以顯示控制器及其過程變量，這些變量極大地限制了過程性能，可能會導(dǎo)致一些更好的設(shè)定值或更好的設(shè)備或操作條件。同樣，可以顯示一個預(yù)測的PV，此時每個超控控制器都將被懷疑接管。
如果您有一個具有高保真實時仿真的數(shù)字孿生，并與實際工廠的相同設(shè)定值同步運行，則可以選擇暫時運行比實時運行更快的速度，以查看將要發(fā)生的情況。這也可以脫機使用，以便對PID控制器在不同情況下的工作方式以及操作員如何花更多的時間思考改進而不是處理瞬間變化而獲得更大的信心。
