工业物联网实践：如何通过多用途动态仿真避免控制设计陷阱？

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年5月刊，原标题为：如何通过动态仿真避免控制设计陷阱？

采用多用途动态仿真（MPDS）解决方案，并将其作为一种设计标准，有助于实现交互控制和预先调整的控制可视化，并且更容易应对项目后期各个阶段的挑战，包括启动运行等。

多用途动态仿真（MPDS）的使用已经帮助好几家大公司实现了控制交互的可视化。它不仅有助于控制器的预先调整，并且更容易应对启动挑战以及后续的更新，这促进了将应用MPDS作为一种设计标准。仿真是工业物联网（IIoT）的一部分。

动态仿真模型可以在工厂设计的过程中进行研发，并在项目执行的过程中发展，对于从设计到生产的每一个阶段都有帮助：

1.设计：最初建造一个模型的目的是为了测试可行性以及设计的可操作性。传统使用在这个阶段上的静态仿真提供了基本信息，不过遗漏了重要的操作和控制细节。

2.分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）配置：对实施在用户选择的平台上的控制逻辑进行测试，要借助动态仿真。在这一点上，所设计的提供控制功能的模型具有所需要的输入和输出。

3.启动运行：一旦控制配置已经通过验证，就可以在动态仿真中测试启动运行的场景。这样既没有造成生产损失的风险，也没有增加停产时间的风险，却可以确保工厂正常运行。操作员可以在工厂施工完成之前就培训合格。

4.操作：在这一点上，模型是对工厂的成熟的、精确的体现，并且可以用作培训工具以及工厂改造的试验台。

动态仿真对于控制设计的价值

传统意义上，控制逻辑的测试是通过简单的回路测试进行的，这会涉及到将控制回路的输出链接到其输入上，通常会加上一些公式来代表过程滞后以及变化的方向。控制回路是单独测试的，因此对于实际中运行两个控制回路的过程来说，很难定义出可以代表这样过程的公式来。

在一个项目中，通常可以通过加入动态仿真来解决简单回路测试的极限问题。在PLC或DCS中已经创建的控制逻辑会与动态仿真模型连接，这会为控制系统生成输入信息，并评估控制的响应情况。实践证明，这种方式对于在调试之前进行控制测试是非常有效的，通常会使调试和运行启动所需要的时间缩短。

通常来说，将动态仿真应用在控制检出上会有三种方式（回接、媒介保真度以及严格仿真），每一种方式都有其优缺点。

在控制设计阶段使用动态仿真，可以作为概念验证手段来验证控制策略，通过控制代码实现的控制策略可以在随后的控制检出阶段进行测试。这种方式，可以避免昂贵的控制代码复写、逻辑图修改以及记录工作。

使用一个动态仿真器

任何一个可以在动态仿真器中进行精确建模的工艺过程都可以成为这样分析功能的候选。唯一的要求是仿真器需要具备为工艺过程和控制建模的完整信息库，以及它可以使用足够的精度来解决问题，进而生成一套合理的数据。用于控制验证的动态仿真已经成功应用在许多行业中，包括上游油气、液化天然气、蒸汽和公用系统、矿山生产、炼油厂以及火炬系统等。