!7,江苏省市场监督管理局 发布中 国 标 准 出 版 社 出版PID 回路性能评估与优化实施技术规范Implementation technical specification for performance evaluation and optimization of PID loop2 0 2 4-0 7-0 8 发布 2 0 2 4-0 8-0 8 实施CCS N 1 0DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4ICS 3 5.2 4 0.5 0DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4前 言 1 范 围 12 规 范 性 引 用 文 件 13 术 语 和 定 义 14 缩 略 语 25 总 体 要 求 26 实 施 技 术 流 程 27 系 统 功 能 要 求 58 考 核 要 求 5附 录 A（资 料 性）企 业 实 施 建 议 7附 录 B（资 料 性）控 制 回 路 评 估 与 诊 断 明 细 结 果 表 8目 次DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4前 言本 文 件 按 照 GB/T 1.12020 标 准 化 工 作 导 则 第 1 部 分：标 准 化 文 件 的 结 构 和 起 草 规 则 的 规 定起 草。请 注 意 本 文 件 的 某 些 内 容 可 能 涉 及 专 利。本 文 件 的 发 布 机 构 不 承 担 识 别 专 利 的 责 任。本 文 件 由 江 苏 省 应 急 管 理 厅 提 出 并 组 织 实 施。本 文 件 由 江 苏 省 安 全 生 产 标 准 化 技 术 委 员 会 归 口。本 文 件 起 草 单 位：江 苏 省 化 工 本 质 安 全 研 究 院、南 京 工 业 大 学、中 控 技 术 股 份 有 限 公 司。本 文 件 主 要 起 草 人：姜 岷、张 泉 灵、薄 翠 梅、李 俊、张 登 峰、朱 桂 明、费 兆 阳、张 宁、王 家 栋、童 不 凡、朱 倩、张 奎 奎、周 通、刘 灿 灿、王 梦 丹、王 村 松、常 璐 璐、魏 翠、刘 蕴 文、喻 果、赵 涛、何 文 敏、朱 明。DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4PID 回路性能评估与优化实施技术规范1 范围本 文 件 规 定 了 单 回 路 PID 性 能 评 估 与 优 化 实 施 的 总 体 要 求、实 施 技 术 流 程、系 统 功 能 要 求 和 考 核要 求。本 文 件 适 用 于 已 采 用 DCS 控 制 系 统 实 施 生 产 过 程 控 制 的 化 工 连 续 生 产 过 程。2 规范性引用文件下 列 文 件 中 的 内 容 通 过 文 中 的 规 范 性 引 用 而 构 成 本 文 件 必 不 可 少 的 条 款。其 中，注 日 期 的 引 用 文件，仅 该 日 期 对 应 的 版 本 适 用 于 本 文 件；不 注 日 期 的 引 用 文 件，其 最 新 版 本（包 括 所 有 的 修 改 单）适 用 于 本文 件。GB/T 32854.1 工 业 自 动 化 系 统 与 集 成 制 造 系 统 先 进 控 制 与 优 化 软 件 集 成 第 1 部 分：总 述、概念 及 术 语GB/T 32854.2 自 动 化 系 统 与 集 成 制 造 系 统 先 进 控 制 与 优 化 软 件 集 成 第 2 部 分：架 构 和 功 能3 术语和定义下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件。3.1 控制回路 control loop通 过 测 量 和 调 节 关 键 参 数 来 实 现 对 生 产 过 程 控 制 的 闭 环 系 统。注：包 括 但 不 限 于 传 感 器、执 行 机 构、控 制 器 和 被 控 对 象。3.2 PID 回路 PID loop采 用 PID 算 法 的 负 反 馈 闭 环 控 制 回 路。3.3 装置自控率 device automatic control rate装 置 实 际 投 用 自 控 回 路 数 与 在 用 回 路 数 的 比 值。注：以%表 示。3.4 回路自控率 loop automatic control rate评 估 时 段 内 回 路 处 于 自 控 状 态 的 总 时 长 与 投 用 总 时 长 的 比 值。注：以%表 示。3.5 平稳状态 steady state被 控 参 数 的 测 量 值 与 设 定 值 的 偏 差 满 足 工 艺 要 求。1DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 43.6 装置平稳率 device stable rate装 置 满 足 平 稳 状 态 的 控 制 回 路 数 与 参 与 统 计 的 控 制 回 路 数 比 值。注：以%表 示。3.7 回路平稳率 loop stable rate评 估 时 段 内 回 路 处 于 平 稳 状 态 的 总 时 长 与 投 用 总 时 长 的 比 值。注：以%表 示。3.8 参数优化 control parameter optimization通 过 优 化 改 变 控 制 单 元 参 数，以 改 善 控 制 回 路 的 动 态、静 态 特 性，求 取 较 佳 的 控 制 效 果 的 过 程。4 缩略语下 列 缩 略 语 适 用 于 本 文 件。APC：先 进 过 程 控 制（Advanced Process Control）DCS：集 散 控 制 系 统（Distributed Control System）OLE：对 象 链 接 和 嵌 入（Object Linking and Embedding）OPC：过 程 控 制 的 对 象 链 接 与 嵌 入（OLE for Process Control）OPC AE：基 于 OLE 技 术 的 报 警 和 事 件 管 理 规 范（OPC Alarms and Events）OPC DA：基 于 OLE 技 术 的 数 据 访 问 规 范（OPC Data Access）PID：比 例 积 分 微 分（ProportionalIntegralDerivative）5 总体要求5.1 实施目标5.1.1 搭 建 企 业 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统。企 业 实 施 建 议 见 附 录 A。5.1.2 评 估 PID 回 路 的 性 能，包 括 但 不 限 于 自 控 率、平 稳 率。5.1.3 诊 断 PID 回 路 性 能 不 达 标 的 原 因，形 成“控 制 回 路 评 估 与 诊 断 明 细 结 果 表”（见 附 录 B），确 定 参 数可 优 化 的 PID 回 路。5.1.4 优 化 PID 回 路 的 参 数。5.2 优化目标5.2.1 装 置 自 控 率95%，装 置 平 稳 率95%。5.2.2 回 路 自 控 率95%，回 路 平 稳 率95%。6 实施技术流程6.1 通则PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 实 施 过 程，如 图 1 所 示，包 括 系 统 部 署、性 能 评 估、问 题 诊 断 和 参 数 优 化。2DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4图 1PID 回路性能评估与优化实施技术流程图6.2 系统部署系 统 软 硬 件 宜 按 照 如 下 过 程 进 行 安 装、配 置：a）安 装 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统 的 硬 件 设 备，采 用 如 图 2 中 架 构；b）在 PID 工 作 站 内 安 装 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统 的 软 件；c）配 置 OPC 服 务 器 及 防 火 墙，实 现 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统 的 软 件 与 DCS 系 统 通 信，并 禁止 从 PID 工 作 站 向 DCS 自 动 下 写 数 据；3DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4d）配 置 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统 的 组 态，采 集 DCS 系 统 中 所 需 的 运 行 数 据。图 2PID 回路性能评估与优化系统网络架构图6.3 性能评估6.3.1 概述性 能 评 估 包 括 装 置 评 估 与 回 路 评 估。6.3.2 装置评估每 个 周 期 内 对 待 评 估 装 置 计 算 装 置 自 控 率、装 置 平 稳 率、装 置 周 期 自 控 率 和 装 置 周 期 平 稳 率。a）实 时 统 计 PID 回 路 总 数（nm）、投 自 动 的 PID 回 路 总 数（na）（不 包 括 不 参 与 统 计 但 是 处 于 自 动 状态 的 PID 回 路）、不 参 与 统 计 的 PID 回 路 数（ne），实 时 计 算 装 置 自 控 率 1，如 式（1）所 示。1=nanm-ne 100%（1）b）实 时 统 计 处 于 平 稳 状 态 的 PID 回 路 数（ns）（不 包 括 不 参 与 统 计 的 PID 回 路），实 时 计 算 装 置 平稳 率 2，如 式（2）所 示。2=nsnm-ne 100%（2）c）统 计 评 估 时 段 内 回 路 自 控 率 不 低 于 95%的 回 路 数(na95%)，计 算 装 置 周 期 自 控 率 3，如 式（3）所 示。3=na95%nm-ne 100%（3）d）统 计 评 估 时 段 内 回 路 平 稳 率 不 低 于 95%的 回 路 数(ns95%)，计 算 装 置 周 期 平 稳 率 4计 算，如 式（4）所 示。4=ns95%nm-ne 100%（4）6.3.3 回路评估每 个 周 期 内 对 所 有 待 评 估 回 路 依 次 计 算 回 路 自 控 率 与 回 路 平 稳 率：a）确 定 回 路 评 估 时 段（Tt），统 计 在 Tt时 段 内 回 路 处 于 自 控 状 态 的 时 长（Ta），实 时 计 算 回 路 自 控 率5，如 式（5）所 示。4DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 45=TaTt 100%（5）b）统 计 在 Tt时 段 内 回 路 处 于 平 稳 状 态 的 时 长（Ts），实 时 计 算 回 路 平 稳 率 6，如 式（6）所 示。6=TsTt 100%（6）6.4 问题诊断根 据 评 估 结 果、手/自 动 状 态 并 结 合 工 艺 需 求 给 出 回 路 诊 断 结 果，包 括“可 优 化”“无 需 优 化”和“不 计入 统 计”，依 据 上 述 诊 断 结 果 更 新 回 路 组 态 信 息，给 出 执 行 机 构、仪 表 维 护 及 PID 参 数 优 化 的 性 能 提 升建 议。6.5 参数优化6.5.1 对 诊 断 结 果 为 可 优 化 的 PID 回 路，采 用 PID 参 数 优 化 整 定 功 能 开 展 参 数 优 化，给 出 优 化 后 的 PID参 数 值。经 工 艺 工 程 师 和 仪 表 控 制 工 程 师 确 认 后，由 仪 表 控 制 工 程 师 手 动 更 新 到 DCS 系 统 中。6.5.2 参 数 优 化 过 程 中 应 考 虑 安 全 性 问 题，包 括 但 不 限 于 对 PID 回 路 进 行 短 时 间 执 行 机 构 安 全 限 位，修改 PID 参 数 后 至 少 观 察 2 个 振 荡 周 期 以 上。7 系统功能要求7.1 系统部署系 统 部 署 时 应 保 证 系 统 的 完 整 性、实 用 性 和 可 靠 性。硬 件 应 包 括 但 不 限 于 OPC 服 务 器、防 火 墙、PID 工 作 站，应 满 足 用 户 数 据 至 少 存 储 5 年 的 时 间 要 求，应 支 持 包 括 但 不 限 于 OPC DA、OPC AE 行 业主 流 的 通 信 协 议。7.2 性能评估功能性 能 评 估 功 能 应 包 括 自 动 识 别 PID 回 路 组 态 信 息，实 时 统 计 各 类 指 标 信 息 并 形 成 报 表，包 括 但 不 限于 装 置 平 稳 率、装 置 自 控 率、回 路 平 稳 率、回 路 自 控 率、装 置 周 期 自 控 率 和 装 置 周 期 平 稳 率。7.3 问题诊断功能问 题 诊 断 功 能 应 包 括 但 不 限 于 对 PID 回 路 的 执 行 机 构、变 送 器 的 故 障 诊 断，回 路 之 间 的 耦 合 情 况，控 制 偏 差 和 过 程 闭 环 响 应 频 谱 分 析，定 位 控 制 性 能 下 降 的 原 因。7.4 参数优化功能参 数 优 化 功 能 应 包 括 基 于 历 史 数 据 和 实 时 数 据 的 离 线、在 线 参 数 优 化 整 定，应 支 持 根 据 不 同 控 制 对象 的 被 控 要 求，选 择 不 同 的 整 定 类 型 进 行 PID 参 数 优 化 整 定，整 定 类 型 在 默 认 配 置 下 可 手 工 更 改，不 应使 用 批 处 理 方 式 自 动 更 新 PID 参 数，应 采 用 经 审 核 后 的 人 工 更 新 方 式。8 考核要求8.1 一般考核要求8.1.1 通 过 性 能 评 估 功 能，企 业 应 定 期 核 查 不 参 与 统 计 的 PID 回 路 情 况，在 一 定 统 计 周 期 内 非 工 艺 原 因不 能 修 改 不 参 与 统 计 的 PID 回 路，分 析 存 在 的 问 题 并 制 定 解 决 方 案。5DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 48.1.2 应 明 确 统 计 和 评 估 周 期，且 在 该 周 期 内 不 更 改 回 路 组 态 信 息。在 统 计 和 评 估 周 期 内，如 因 工 艺 原因，组 态 信 息 更 改 的 PID 回 路，应 从 统 计 中 去 除。8.1.3 企 业 宜 根 据 统 计 数 据 定 期 发 布 评 估 报 告，包 括 但 不 限 于 装 置 周 期 自 控 率、装 置 周 期 平 稳 率，不 达 标的 装 置 限 期 整 改。8.1.4 重 点 企 业 应 组 建 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 系 统 运 维 的 专 门 机 构 开 展 运 维 服 务，一 般 企 业 可 委 托运 营 商 提 供 运 维 服 务。8.2 特殊情况说明以 下 几 类 情 况 的 PID 回 路 可 不 参 与 统 计：a）具 有 报 废 手 续 的 管 线、单 元 或 装 置 上 的 回 路；b）随 开 停 工、物 料 或 季 节 变 化、生 产 计 划 安 排 而 间 歇 性 停 运 的 回 路；c）按 GB/T 32854.1 和 GB/T 32854.2 的 要 求 执 行 了 APC 或 顺 序 控 制 的 回 路；d）控 制 阀 等 执 行 机 构 长 期 全 开 或 者 全 关 的 回 路。6DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4附 录 A（资料性）企业实施建议A.1 企 业 应 建 立 包 括 但 不 限 于 工 艺、仪 表、电 气、设 备 部 门 参 与 的 专 门 机 构，开 展 PID 回 路 性 能 评 估 与 优化，并 具 备：a）项 目 实 施 人 员 应 熟 悉 化 工 工 艺 流 程、现 场 仪 表，以 及 主 流 DCS 系 统 组 态；b）项 目 实 施 经 理 宜 具 有 高 级 职 称 或 同 等 资 格 证 书，丰 富 的 PID 性 能 评 估 与 优 化 项 目 管 理 与 实 施 经验，有 较 强 的 沟 通 协 调 能 力，具 备 预 见 项 目 风 险 及 应 对 能 力，至 少 具 有 担 任 过 类 似 项 目 的 实 际经 验。A.2 运 营 商 宜 具 备 至 少 3 年 化 工 企 业 PID 回 路 性 能 评 估 与 优 化 项 目 经 历，且 具 有 良 好 的 服 务 和 长 期 维护 能 力。7DB 3 2/T 4 8 2 2 2 0 2 4附 录 B（资料性）控制回路评估与诊断明细结果表表 B.1 给 出 了 控 制 回 路 评 估 与 诊 断 明 细 结 果 表。表 B.1控制回路评估与诊断明细结果表序 号12345678910注：评 估 与 诊 断 结 果 项 在“可 优 化”“无 需 优 化”和“不 计 入 统 计”中 选 择 其 一。回 路 名 称 手/自 动 状 态 评 估 与 诊 断 结 果8