DCS系統設計及先進控制應用研究

王 體

（中國石化江漢油田分公司鹽化工總廠化工研究所，湖北潛江 433121）

DCS系統設計及先進控制應用研究

王 體

（中國石化江漢油田分公司鹽化工總廠化工研究所，湖北潛江 433121）

根據DCS系統的特點和設計要求，對DCS設計過程中的要點進行總結和分析，重點介紹了先進控制在DCS系統中的應用，并結合實際工作經驗，從先進控制技術的意義、特點和發展這三個方面分析了先進控制技術在DCS系統中的應用效果和前景。

DCS系統；先進控制；應用

1 DCS系統結構設計

1.1 系統現場控制站設計

現場控制站的運行主要通過計算機來實現，計算機對現場進行監控和測量。現場控制站主要由兩個部分組成，分別是機柜和電源、輸入和輸出通道。

現場控制站內部設有很多的機柜、電源和相應的模件。電源的外部通常都用金屬材料包裹起來，并與正常運行的電氣相連接。機柜和電源主要用于為電子設備提供電源屏障。為了確保現場工作人員的人身安全以及電磁屏蔽的效果，機柜必須接地，并且使其電阻盡量保持在4Ω以內。

通常，在機柜內部會安裝風扇以起到良好的散熱作用。除了這種散熱方式之外，還可以通過加強機柜內部與外部空氣的氣流交換來進行散熱，與此同時還能防止灰塵進入機柜內部。機柜一般采用正壓送風的方式將外部的低溫氣體輸送近機柜內部。當外部環境過熱或過冷時，則需要將空調裝置設置在機柜的內部，并最好選用封閉式的機柜，這樣就能保證機柜內部溫度能夠保持在一個相對恒定的范圍內。

此外，要想確保控制站的正常有效運行，需要有較為穩定高效的交流電源。雙相交流電源是較為理想的選擇，當控制站中有大功率電器時，可以采用個別變壓器先對線圈進行一定的接地處理，這樣能夠提高供電的穩定性。一些化工廠對供電的穩定性和連續性要求很高，這時可以采用可以不間斷供電的UPS電源。UPS電源主要有兩種類型，分別是后備式和在線式。

1.2 主控單元

DCS系統中的主控單元主要由兩個部分組成，分別是CPU和儲存器。當前，DCS系統中使用的CPU一般是16位的微處理器，有的系統也會使用32位的處理器。現在已經有一些新的系統開始采用浮點預算協處理器來代替傳統的處理器，從而進一步提高了處理器的運行效率，縮短了運算的時間。

存儲器由兩個部分組成，分別是ROM和RAM。計算機中有固定的程序控制著存儲器的運行，并保障其運行過程中的安全性。在DCS系統的設計過程中，組態結構的復雜性會更高，相應的其運行會更加的穩定和可靠。

2 DCS系統中先進控制技術的應用

2.1 先進控制技術的意義

在DCS系統中應用先進控制技術有利于提高系統運行的效率和穩定性，從而為企業的生產管理提供更好的保障，提升企業在市場中的競爭力。除此之外，現代控制理論和人工智能技術的出現和發展為先進控制技術的應用打下了更加扎實的基礎。先進控制技術綜合應用了數學原理和計算技術。這種控制方式與傳統的PID技術有著較大的差異，先進控制中有多種控制方式可供選擇，使得控制的策略有更大的靈活性，為企業創造更多的經濟收益。在傳統的控制方式中，外部環境的變化會影響參數的準確性，還有可能導致嚴重的誤差，在一些對參數精確性較高的工業系統中，傳統的控制方法顯然無法滿足要求。而采用先進控制技術后則能有效的避免這些問題。先進控制技術已經在很多石油化工產業中得到了應用，并且起到了良好的應用效果，為企業帶來了經濟效益。一些采用了先進控制技術的企業近年來的凈增效益持續增長，而生產成本則有所下降。

2.2 先進控制技術的特點

先進控制技術與傳統控制技術有很大的差異。首先，在控制策略方面，先進控制技術主要有兩種控制策略，分別是擁有模型的控制策略和知識控制策略。所謂的模型控制主要應用于生物識別和軟測量等方面。知識控制則主要應用于智能控制等方面。這兩種控制策略都是現今控制技術未來發展的主要方向。先進控制技術的應用能夠解決傳統控制技術下常見的問題，使控制策略能夠更好的應對多變的工業環境。在傳統的控制技術下，經常會出現不確定性、非線性、多變量耦合等問題。而一些工業環境下的模型只有在先進控制模式下才能有效的發揮出其功能和作用。先進控制技術具有較強的靈活性和環境適應性，能夠與各種控制條件和參數有效的協調和配合，更好的發揮動態生成過程的特點和要求，強化了控制的效果。

2.3 先進控制技術的發展現狀

當前，傳統的PID控制技術仍然是主流，在各種工業生產中得到了廣泛的應用，但是在一些現代化程度較高的工業生產中已經開始大量使用DCS系統。在一些工業生產過程中，會出現復雜的化學和相變的反應過程，具有很大的不確定性和非線性特征，DCS系統的優勢逐漸顯現出來。為了適應DCS系統的特點，需要采用先進控制技術來處理一些復雜的問題。

3 結束語

綜上所述，在DCS系統中應用先進控制技術可以有效的提高系統運行的安全性和穩定性。當在工業生產過程中出現無法直接測量的參數時，可以選用觀測器和估計器進行間接的測量，但是這一過程十分復雜，必須采用先進控制技術才能確保系統的合理有效運行。

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[2]徐偉華.基于PCS7的H-酸生產DCS系統的設計與開發[J].華東理工大學，2014，（1）：148-149.

[3]孫洪濤，侯余生，劉靜波.核電站安全級DCS系統接地設計研究[J].微型機與應用，2012，（2）：126-127.

DCS System Design and Advanced Control Application Research

Wang Ti

According to the characteristics and design requirements of DCS system，the main points in DCS design process are summarized and analyzed.The application of advanced control in DCS system is studied emphatically.Combined with the actual working experience，the significance and characteristics of advanced control technology And the development of these three aspects of the advanced control technology in the DCS system application effect and prospects.

DCS system；advanced control；application

TP273.5

B

1003-6490（2016）08-0051-01

2016-07-30

王體（1972—），男，河南新安人，助理工程師，主要從事石油化工設備的檢維修管理工作。