本文將探討過程控制方案中的四個原理：工藝原理、設備原理、操作原理和控制原理。理解并確保這四個原理的一致性，對于實現整個控制方案的合理性、有效性、穩定性和安全性具有決定性作用。
1、工藝原理是核心
首先，讓我們來明確工藝原理。工藝原理是整個過程的起點和核心，它確定了我們最原初的生產目的。例如，用蒸汽通過再沸器加熱塔底物料，工藝原理就是利用蒸汽熱量釋放，將塔釜物料加熱到所要求的溫度并保持穩定。這一目標是整個操作的基礎，也是我們后續設計和實施的指引。
2、設備原理的關鍵性
再看設備原理。設備原理關乎設備的結構和工作機制。對于上述例子中的再沸器，其可能是管式換熱器，通過蒸汽在管內流動進行換熱；也可能是浸沒式的，依靠換熱面積的改變以及蒸汽的冷凝相變熱來實現熱量傳遞。不同的結構和工作機制決定了設備的性能特點和適用范圍。只有充分了解設備原理，我們才能理解并確保其能夠高效、穩定地運行。
3、操作原理的重要性
操作原理則聚焦于操作人員如何運行設備以達成設備的功能和效率，從而完成工藝的目的要求。在加熱塔底物料的場景中，操作工需要決定是通過改變蒸汽流量閥位來調節熱量輸入，還是變動冷凝水閥以改變換熱面積來實現熱量傳遞的控制。正確的操作方式不僅能夠保證工藝目標的實現，還能延長設備的使用壽命，降低能耗和維護成本。
4、控制原理的適配性
最后是控制原理。控制原理旨在將人的正確操作設備方式，借助DCS或其他自控儀表系統進行固化，實現自動操作，原則上是一個服從工藝目的工具。在我們的例子中，關鍵是要搞清楚哪個閥或單元對目標變量存在單值因果關系，并將這種關系嵌入到控制儀表系統中。同時，還需要考慮參數的配合問題，確保符合閉環穩定性條件，保證因果的單值性以及對不同干擾的適應能力。
5、工藝、設備、操作和控制的一致性
為了更清晰地理解這四個原理的一致性，我們再以一個塔分離不同組分的過程為例。工藝原理確定了我們要實現不同組分的有效分離；設備原理則涉及到塔的類型、內部結構和填料等；操作原理包括如何調整進料量、溫度-壓力、回流比等操作參數；控制原理則是通過自動化系統精準控制這些參數，以應對各種干擾，保證分離效果的穩定和優化。
6、三類問題
常見的問題有三類：
①設備原理和工藝原理不一致
這一般出現于新工藝裝置開車后才發現的。比如結晶器大小和結構不合理，造成產品質量出問題。這類問題往往需要做技術改造。最近幾年在企業中新材料生產中，特別是很多工藝，在從中試放大到生產規模化后，質量問題大多是這類問題。
②操作原理和設備原理不一致
這種情況大多出現于缺乏對設備原理不了解，特別是對設備優化條件沒有進行研究和測試，長期處于高能耗運行和亞健康運行，新裝置加上缺乏有經驗的操作工和工程師，在新企業里問題比較嚴重。也有的老企業，很少和外界交流，多年都自以為是地運行在非優化狀態，也不少見。
③控制策略和操作原理不一致
長期不能投入自控，不懂得從控制方案分析和改正問題，或者把問題歸于儀表和工藝，長期運行于手動狀態，習以為常。能耗、安全、質量問題都是常態。這類問題很普遍，在老裝置和新裝置都很常見。
7、總結與展望
綜上所述，工藝原理、設備原理、操作原理和控制原理相互關聯、相互影響，缺一不可。只有當這四個原理保持高度的一致性，我們才能設計出合理、高效、穩定且安全的過程控制方案。在實際工作中，大家需要不斷積累經驗，深入研究每個環節，加強同業技術交流，互相學習。積極學習數據分析方法，大膽嘗試新技術，以先進理念指導精益運行，使我們的工藝過程始終處于最佳運行狀態。
作者：馮恩波博士
