先進控制技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

魏崇發(fā)

摘要：近年對先進技術(shù)和DCS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用非常普遍，并且在實際的應(yīng)用過程中也取得了非常好的效果。本文首先對先進控制技術(shù)做了簡單介紹，其中包括了DCS技術(shù)的基本概念和應(yīng)用現(xiàn)狀。隨后闡述了先進控制技術(shù)和DCS控制結(jié)合的作用，最后分析了先控制技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：先進控制技術(shù);DCS控制系統(tǒng);應(yīng)用

前言

DCS（計算機集散控制系統(tǒng)）是工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用的控制技術(shù)，對于提升工業(yè)自動化水平和企業(yè)的經(jīng)濟效益有很大幫助，但是這項技術(shù)在實際應(yīng)用過程中充滿了不確定性，隨著企業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)設(shè)備的更新，DCS控制的功能很有可能被極大削弱。針對這種情況，先進控制技術(shù)開始在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用，DCS系統(tǒng)的性能因此得到了明顯提升。

一、先進控制技術(shù)概述

（一）先進控制技術(shù)

先進控制技術(shù)是以計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，然后在動態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)的一種控制技術(shù)，這種技術(shù)和常規(guī)的PID控制不同，其在控制效果上要比PID控制更加優(yōu)秀，但先進控制技術(shù)并不是某一項技術(shù)，它是企業(yè)為了實現(xiàn)利益最大化而使用的控制技術(shù)總稱[1]。企業(yè)應(yīng)用先進控制技術(shù)的主要原因是外部環(huán)境經(jīng)常發(fā)生變化，而且變化充滿了未知性，企業(yè)無法在生產(chǎn)過程中對其進行有效預(yù)防，經(jīng)常導(dǎo)致企業(yè)在使用常規(guī)控制方式的時候無法取得良好效果，因此為了提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，先進控制技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。

（二）先進控制技術(shù)的發(fā)展

先進控制技術(shù)源于上世紀(jì)50年代興起的現(xiàn)代控制理論，現(xiàn)代控制理論中對控制過程中的狀態(tài)反饋、輸出反饋、解耦控制、自適應(yīng)控制等非常重視，在現(xiàn)代控制理論的環(huán)境下，無法直接進行測量的情形可以使用觀測器和估計器測量。上世紀(jì)70年代，Smith（史密斯）提出了史密斯預(yù)估補償器，但是由于其靈敏度太高，因此參數(shù)變化太大，為了保證參數(shù)的穩(wěn)定又對補償方法做了很多補充，由此便出現(xiàn)了大純滯后系統(tǒng)。到上世紀(jì)80年代的時候，J.Richalet（雅克·里查萊特）和C.R.Cutler（卡勒特）公布了啟發(fā)式控制和動態(tài)矩陣控制，這兩種控制分別對多變量耦合控制系統(tǒng)在實時動態(tài)環(huán)境下受到的約束做了解釋，自此以后工業(yè)生產(chǎn)對預(yù)測控制有了廣泛應(yīng)用。后來又有人提出用推斷控制系統(tǒng)來測量信息不全或者難以測量的參數(shù)，這種控制系統(tǒng)利用的已知參數(shù)，通過已知推斷未知的方式就能幫助人們獲取一些變量。以上就是控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，而先進控制技術(shù)就是在實際的生產(chǎn)過程中對這些控制技術(shù)的綜合性利用。

二、先進控制技術(shù)和DCS結(jié)合的作用

（一）提高了企業(yè)的控制水平和經(jīng)濟效益

一般工業(yè)生產(chǎn)的核心部分復(fù)雜性都非常高，如果使用先進控制技術(shù)對其進行控制能夠有效提升工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可行性。工業(yè)生產(chǎn)過程中的可行性和穩(wěn)定性提高以后，生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量、減少各種影響因素對生產(chǎn)的影響，從而達到甚至超過理想目標(biāo)。這種控制方式還能夠?qū)⒐I(yè)生產(chǎn)推向設(shè)備的臨界要求，從而在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上提升生產(chǎn)能力，同時降低生產(chǎn)成本和減少資源消耗，實現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)境的和諧共處。實現(xiàn)上述目標(biāo)之后不僅企業(yè)的控制水平得以提升，還能使企業(yè)或等更多的經(jīng)濟效益，從而增強自身的競爭力。

（二）為企業(yè)決策提供參考

在上世紀(jì)90年代，我國企業(yè)為提升經(jīng)濟效益和提高自身的競爭力，開始著手提升自動化水平，而隨著自動化通過集合常規(guī)控制、先進控制、在線優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)決策等也活獲得了更好的發(fā)展，并為當(dāng)前自動化的發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)[2]。從企業(yè)對自動化的應(yīng)用以及自動的未來發(fā)展拉看，先進技術(shù)在DCS中的應(yīng)用恰好在自動化中發(fā)揮了調(diào)和的作用，可以看到先進控制為在線優(yōu)化打下了良好基礎(chǔ)，而良好的在線優(yōu)化同樣為生產(chǎn)調(diào)度和企業(yè)決策打下基礎(chǔ)，由此也就使企業(yè)形成了控制、調(diào)度、決策的良好循環(huán)，企業(yè)的決策因此獲得了有效參考。

三、先進控制技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）智能控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)是智能控制的兩個重要組成部分，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自動化學(xué)習(xí)、可以大規(guī)模處理信息、含魯棒性強等非常明顯的優(yōu)勢，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在DCS控制系統(tǒng)中，能夠?qū)⒘頓CS系統(tǒng)的性能得到極大優(yōu)化。比如在對汽輪機的主蒸汽溫度進行控制時，可首先使用協(xié)調(diào)器對主蒸汽的實際輸出參數(shù)和值進行設(shè)定，然后計算出最符合企業(yè)生產(chǎn)需求的輸出參數(shù)。其次，當(dāng)獲得了具體的參數(shù)以后，可使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行檢測，如果參數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了響應(yīng)就表示參數(shù)是合理的，可以對主蒸汽的輸出參數(shù)進行調(diào)節(jié)。如果參數(shù)沒有和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)響應(yīng)那就整那就證明參數(shù)不合理，需要重新獲取。在DCS控制系統(tǒng)中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提升系統(tǒng)性能，但是神經(jīng)網(wǎng)路也有可能帶來錯誤的答案，但此時神網(wǎng)絡(luò)自動化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢便體現(xiàn)了出來，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會自動重新對參數(shù)進行計算，直至獲得最合理的結(jié)果。我們再來看專家系統(tǒng)，推理控制決策是專家系統(tǒng)最明顯的優(yōu)點，這種推理控制決策能力來自于各個領(lǐng)域的專家。在專家系統(tǒng)中存在一個數(shù)據(jù)庫和知識庫，數(shù)據(jù)庫儲存了大量的推理結(jié)果，知識庫中儲存著大量的專家經(jīng)驗，當(dāng)使用專家系統(tǒng)解決某一問題的時候，數(shù)據(jù)庫和知識庫會自動為問題分配答案，如果不存在問題的答案專家系統(tǒng)也可以通過推理獲取結(jié)果。在DCS控制系統(tǒng)中使用專家控制，對系統(tǒng)解覺問題的能力將有很大提升，并且如果發(fā)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的某個環(huán)節(jié)存在異常還可以利用專家控制及時推斷出現(xiàn)異常的解決辦法，從而為企業(yè)的正常運行提供保障。

（二）自適應(yīng)控制

在DCS控制系統(tǒng)中，自適應(yīng)控制主要有自校調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)和模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)兩個主要分類。首先是自校正調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)，可調(diào)控制器對象參數(shù)估計器、控制器參數(shù)計算系統(tǒng)、控制對象是其主要的構(gòu)成，參數(shù)估計器可以對處在控制中并且正在運行的控制對象進行估算，還可以將估算過后的參數(shù)向參數(shù)計算模塊進行傳輸。當(dāng)模塊接受到參數(shù)估計器的參數(shù)傳輸?shù)膮?shù)以后，會對參數(shù)就進行計算，然后就可以得出最合適的結(jié)果，這個結(jié)果可以用來對控制對象進行調(diào)控，如果控制對象在運行之后發(fā)現(xiàn)參數(shù)并不適合，那么系統(tǒng)就會重新估算和計算參數(shù)，然后重新調(diào)整控制對象，直到控制對象獲得最適合的參數(shù)，能夠自動校正和調(diào)節(jié)，這也是該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢[3]。其次是模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，反饋控制器、參考模型、調(diào)整控制器等是該系統(tǒng)的構(gòu)成，其中對影響最為直接和主要的構(gòu)成為參考模型。

（三）預(yù)測控制

在DCS控制系統(tǒng)中，通過多變量系統(tǒng)中的動態(tài)矩陣可以實現(xiàn)預(yù)測控制對系統(tǒng)的優(yōu)化，其具體的原理為，以控對象為基礎(chǔ)動態(tài)矩陣進行構(gòu)建，如果控制對象出現(xiàn)了某些變化那么與之相應(yīng)的動態(tài)矩陣就會收到信號，此時動態(tài)矩可以進行自動對控制對象校正。除此以外，利用預(yù)測模型還可以讓動態(tài)矩陣實現(xiàn)對控制對象可能出現(xiàn)變化的預(yù)測，從而控制對象處在最合理的控制狀態(tài)下。

結(jié)束語

綜上所述，先進控制是多種控制技術(shù)集合之后的產(chǎn)物，通過和DCS控制系統(tǒng)的結(jié)合，能夠讓工業(yè)生產(chǎn)保持最大的穩(wěn)定性和高效性，從而實現(xiàn)最大化的利益，更能讓企業(yè)實現(xiàn)和環(huán)境的和諧發(fā)展，因此應(yīng)進一步加深對現(xiàn)金控制技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為我國的可持續(xù)發(fā)展注入動力。

參考文獻

[1]董瑞龍.DCS系統(tǒng)設(shè)計及先進控制在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2016，6（11）：98-99.

[2]白平安.DCS系統(tǒng)設(shè)計及先進控制在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，09（31）：159-160.

[3]陳慶球.DCS控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].自動化與儀器儀表，2018，13（5）：26-28.