先进过程控制

在控制理论中，先进过程控制（Advanced process control，简称APC）是指许多工业过程控制系统中会用到的技术及技巧。先进过程控制一般是在“基本”的过程控制以外，选择性布署的部分。基本的过程控制是根据过程本身所设计及建构，方便基本的操作、控制以及自动化的需求。先进过程控制一般是循序增加的，可能是在几年以后增加，目的是希望此程序中达到性能或是经济上的提升。

此处的过程控制一般是指连续流制程制造业（process industries），包括化工业、石化业、石油和矿物精炼、食品加工、制药业、电厂等。这些产业的特点是连续性的加工程序以及流体处理，和分立零件制造（如汽车业及电子业）不同。过程自动化（英语：Process automation system）和过程控制在本质上是类似的。

过程控制会布置在过程控制系统内，过程控制系统可能是分散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、或监督控制用的电脑。所用的DCS及PLC是针对工业应用进行强化的，且有容错的特性。监督控制电脑多半没有工业上的强化的，也没有容错，不过可以加强系统的运算能力，可以处理重要（但非关键性的）先进控制应用。依应用的不同，先进控制可能会在DCS内，也可能在监督控制电脑内。而基本控制会在DCS及PLC内。

先进过程控制的分类

以下是几个先进过程控制的类别：

• 先进监管控制（Advanced regulatory control、简称ARC）是指一些已证实有效的先进控制技术，例如覆写增益或是适应性增益。先进监管控制也是一泛用式的词，可以指任何客制化的技术，或是较复杂，无法放在其他分类中的技术。先进监管控制一般会用分散控制系统层级的功能方块或是客制编程能力来实现。有时先进监管控制会在监控电脑的层级实现。
• 先进过程控制（Advanced process control、简称APC）是指一些已证实有效的先进控制技术，例如前馈、解耦、以及推论控制（inferential control），先进过程控制也可能包括以下提到的先进过程控制。先进过程控制一般会用分散控制系统层级的功能方块或是客制编程能力来实现。有时先进过程控制会在监控电脑的层级实现。
• 多变数模型预测控制（MPC）是广为使用的技术，一般会布署在监控电脑中，会识别重要的独立过程变数以及应变过程变数，以及其中的动态关系（模型），多半会用以矩阵数学为基础的控制和最佳化算法，以便同时控制多个变数。应用模型预测控制的一个条件是在控制器运作范围内，这些变数的关系需要是线性的。自从1980年代起，监控电脑已有可以运作MPC的运算能力，自此模型预测控制就是先进过程控制的主流之一。
• 非线性模型预测控制，和多变数模型预测控制一样应用了动态模型以及矩阵数学为基础的控制。不过不要求模型一定要线性。非线性模型预测控制适用于一些过程增益或是动态会变化的过程（例如存在死区或是时间延迟）。
• 推论控制（inferential control）：在推论之后的概念是用已有的过程量测（例如温度和压力）来计算一些直接量测太过花时间，或是成本太高的性质。推论的准确性可以用定期的实验分析来做交叉比对。推论可以用来取代实际的线上分析装置，提供作业员资讯、和底层的过程控制器或是多目标控制器串接。
• 顺序控制（Sequential control）是指连续过程下使用的离散时间、以事件为基础的自动化程序。可以用许多时间和逻辑相关的功能方块、客制的算法、或是用形式化的的顺序功能流程图来实现。
• 智能控制是使用各种人工智能运算技术的控制理论，使用的人工智能有人工神经网络、贝叶斯概率、模糊逻辑、机器学习、进化计算和遗传算法。

相关技术

以下是一些和先进过程控制相关的技术，其中也有不少会归类在先进过程控制里。

• 统计过程控制（SPC）比较常用在个别零件的制造以及批次过程控制。统计过程控制中的“过程”是指工件和品质的控制过程，不是连续的过程控制。
• 批次过程控制（参考ANSI/ISA-88）会用在非连续性的批次过程中，像是制药、化学品以及食物等。
• 以模拟为基础的最佳化会整合以电脑为基础的动态或是稳态模拟模型，以此来即时决定运作目标的最佳值，此最佳化会定时进行，可能是每小时执行，也可能是每天执行。这有时会视为是先进过程控制的一部分，不过这个属于新兴技术，而且常常也视为是制造规划和最佳化（MPO）的一部分。
• 制造规划和最佳化（MPO）是指用正在进行的商业活动来达到组织所规划的最佳运作目标，运作目标可能是人工决定，也可能是过程控制系统先提出，再经讨论后决定的。
• 安全仪表系统是指一个独立于过程控制系统的安全系统，在实体和管理上都独立，目的是确保过程的基本安全。

APC业务和专家

APC专家（APC Professional）也称为APC工程师（APC Engineers）或控制应用工程师，负责设计、实现以及维护先进过程控制系统。所受的训练会和其应用领域有关，例如在过程产业（process industries）中，许多APC工程师会有化工的背景，有过程控制以及化学流程的专业。

许多大型的工厂（例如炼油厂）会有许多的控制工程技师和专业人员，负责内容包括现场的仪表、管理控制系统（DCS和PLC）、先进过程控制、控制系统网络以及安全。依照工厂大小和环境的不同，这些人可能会负责多个厂区的设备，或是每个厂区有专人负责。也可能会有一个或多个流程控制服务公司来支援这些服务。

人工智能与过程控制

在过程控制中应用人工智能、机器学习以及深度学习也是先进过程控制中的一种，利用人工智能来让运行的参数最佳化。

石化过程控制系统中的运作和逻辑，以往只依照决定参数的物理方程以及操作人员根据经验和操作手册的人工介入。人工智能以及机器学习算法可以深入动态运作条件、进行分析并且建议最佳化参数，可能是直接调整逻辑，也可能是告知操作人员。这类智慧模型的介入在成本、产量以及安全性上都可以优化^[1]。

词语

• APC：先进过程控制，包括前馈、解耦合以及客制算法，一般会在DCS为基础的系统上实现。
• ARC: 先进监管控制，包括适应性增益、覆写、逻辑、模糊逻辑、顺序控制、设备控制以及客制算法，一般会在DCS为基础的系统上实现。
• Base-Layer：包括DCS、SIS、现场设备、其他DCS子系统（例如分析器、设备健康系统）以及PLC。
• BPCS：基本过程控制系统（Basic process control system）
• DCS：分散控制系统，常常也是基本过程控制系统的同义词。
• MPO：制造计划及最佳化（Manufacturing planning and optimization）
• MPC：多变数模型预测控制
• SIS：安全仪表系统
• SME: 领域专家（英语：subject matter expert）