DCS控制系統(tǒng)中先進控制技術的應用分析

王春涵

摘要：DCS系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)，是一種以計算機為核心的自動化控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用。而目前高速發(fā)展的社會對于工業(yè)生產(chǎn)水平也提出了更高的需求，因此將先進控制技術應用到DCS系統(tǒng)中，以提升DCS系統(tǒng)的自動化控制能力，對于提升工業(yè)生產(chǎn)水平有著至關重要的作用?；诖耍疚膶τ贒CS系統(tǒng)中先進控制技術的應用進行了研究。

關鍵詞：DCS系統(tǒng);先進控制技術;應用

引言：先進控制技術是一種基于動態(tài)性原則的控制技術。先進控制技術以數(shù)學模型為理論基礎，通過對數(shù)學模型的模擬和控制實現(xiàn)對控制對象的實際控制。先進控制技術最大的優(yōu)勢就是其動態(tài)性，先進控制技術可根據(jù)外界環(huán)境的變化實時的對控制對象進行適應性調(diào)整，以保證控制對象始終處于高效運行的狀態(tài)。目前我國的工業(yè)生產(chǎn)DCS系統(tǒng)中先進控制技術已有一定的應用規(guī)模，并取得了一定的成效，降低了控制成本，提升了控制效率。

1.DCS系統(tǒng)中應用先進控制技術的必要性

1.1 信息集成

現(xiàn)代社會是信息化的社會，信息化的時代對于工業(yè)生產(chǎn)也造成了一定程度的影響，工業(yè)生產(chǎn)中的信息量大幅飆升，對于信息處理水平和信息處理效率的要求也隨之水漲船高。以往的DCS系統(tǒng)的單一化的信息處理能力已無法適應現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對于信息處理的需求，而先進控制技術中的動態(tài)化控制則可以較好的處理實時變化的大量信息，因此，將先進控制技術引入DCS系統(tǒng)中，對于強化DCS系統(tǒng)的信息處理能力和提升工業(yè)生產(chǎn)效率有著至關重要的作用。

1.2過程控制質(zhì)量

DCS系統(tǒng)的過程控制質(zhì)量是非常重要的一個指標，對于企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益有著直接的影響。對于企業(yè)來說，提升生產(chǎn)過程中的過程控制質(zhì)量指標，對于企業(yè)的生存發(fā)展有著至關重要的作用。而先進控制技術中的動態(tài)控制可以根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的變化對DCS系統(tǒng)進行動態(tài)調(diào)整，這種方式可以提升DCS的過程控制質(zhì)量標準，因此在DCS系統(tǒng)中引入先進控制技術是提升企業(yè)在市場中的生存和競爭能力的關鍵所在。

2.先進控制技術在DCS系統(tǒng)中的應用方式

2.1自適應控制

自適應控制的核心是自校正調(diào)節(jié)器，自校正調(diào)節(jié)器由可調(diào)控制器、參數(shù)估計器、參數(shù)計算系統(tǒng)和控制對象四部分構成。在對DCS系統(tǒng)進行實時控制時，參數(shù)估計器用于估計所控制對象的運行參數(shù)，并通過參數(shù)計算系統(tǒng)將結果計算出來，再由可調(diào)控制器根據(jù)計算的結果對控制對象的運行狀態(tài)進行控制。以上是一個控制循環(huán)過程，這個循環(huán)過程會每隔一段時間循環(huán)一次，檢查所得參數(shù)是否符合控制對象的運行過程，當所得參數(shù)不適用于控制對象當前的運行過程時，將重新執(zhí)行上述的運算——控制步驟，實現(xiàn)對控制對象運行過程的重新控制，這也是先進控制技術的動態(tài)性控制的原理。

3.智能控制

通常來說，智能控制共有兩層，分別為神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)。

3.1神經(jīng)網(wǎng)絡

先進控制技術中的神經(jīng)網(wǎng)絡具有非常多的優(yōu)點，如開放型強、自我學習能力強、并行計算能力強等，下面介紹一種使用CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡的DCS控制系統(tǒng)控制蒸汽室溫度的實現(xiàn)方式：首先根據(jù)預先設定的指和蒸汽輸出裝置實際的輸出溫度來計算符合工業(yè)生產(chǎn)輔導最佳蒸汽溫度;其次使用CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡中的傳感器對蒸汽室內(nèi)的溫度進行檢測通過對檢測結果和預期結果的比對實現(xiàn)對蒸汽室溫度的調(diào)節(jié)。有時這種調(diào)節(jié)方式也會出現(xiàn)錯誤，但神經(jīng)網(wǎng)絡的優(yōu)勢在于自我學習能力，通過對錯誤參數(shù)的收集核對自身計算流程的優(yōu)化實現(xiàn)對參數(shù)控制準確率的提升，從而保證所計算的參數(shù)符合工業(yè)生產(chǎn)的預期需求。

3.2專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一種由存儲在數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)知識庫中的已知的經(jīng)驗進行判斷的方式，數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)知識庫中存儲的經(jīng)驗和判斷方式是經(jīng)過反復驗證的正確結論，基于這些正確的結論，先進控制技術在進行判斷時也可以得出準確率較高的結果。這種搭載有專家控制系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對用戶咨詢的解答，當用戶對搭載有專家系統(tǒng)的DCS提出問題時，DCS會檢索數(shù)據(jù)庫中是否有現(xiàn)有問題，如果沒有則可以連接到互聯(lián)網(wǎng)，從互連網(wǎng)的知識庫中獲取相關的問題，如果互聯(lián)網(wǎng)知識庫中也不存在，則DCS的推理系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)庫和知識庫中對用戶問題匹配度最高的問題和結論對用戶的問題進行推理，并將結果反饋給用戶，這種工作方式也因此得名專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)不僅可以用于解答用戶的問題，當工業(yè)生產(chǎn)的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，搭載有專家系統(tǒng)的DCS可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的結論或推理系統(tǒng)推理出應對方案，并實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中問題的自動處理和自動修復，在保障工業(yè)生產(chǎn)順利進行的同時解放人力勞動。

3.3預測控制

預測控制是根據(jù)已有的控制對象的運行參數(shù)等條件，對控制對象在未來一段時間內(nèi)的運行狀態(tài)進行預測，從而實現(xiàn)提前控制和問題預防，避免生產(chǎn)環(huán)節(jié)中問題的發(fā)生。預測控制的核心是動態(tài)矩陣，控制對象的各種運行參數(shù)都會存儲在動態(tài)矩陣中，動態(tài)矩陣通過所存儲的數(shù)據(jù)對控制對象未來的運行狀態(tài)進行預測，同時動態(tài)矩陣還具備自我矯正能力，可以保證所預測的結果與真實的結果的一致性。

4.軟測量控制

軟測量控制是指通過收集控制對象的各種運行物理參數(shù)，如溫度、壓力等，通過這些參數(shù)制定出與控制對象相符合的數(shù)學模型，通過對數(shù)學模型的模擬控制得到控制對象實際的控制結果。在測量一些難以測量的參數(shù)時，這種軟測量技術便可以發(fā)揮作用，而對于容易測量的參數(shù)，軟測量也可以保證測量結果的準確性。

5.結論

將先進控制技術應用于DCS控制系統(tǒng)中，對于提升企業(yè)的生產(chǎn)效率有著非常大的幫助，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程肥高效化、自動化和智能化。本文對先進控制技術在DCS中的應用進行了研究，在DCS系統(tǒng)中應用先進控制技術，對于提升工業(yè)生產(chǎn)中的信息處理效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升都有很大幫助。先進控制技術在DCS中的應用方式有自適應控制、智能控制、預測控制和軟測量控制四種。實際上先進控制技術在DCS中的應用非常復雜，本文受篇幅限制，難以進行充分的研究，期待本文的研究成果能夠為后續(xù)的研究提供參考。

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