先進控制技術在DCS控制系統中的應用研究

魏崇發

摘要：近年對先進技術和DCS技術的結合應用非常普遍，并且在實際的應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做了簡單介紹，其中包括了DCS技術的基本概念和應用現狀。隨后闡述了先進控制技術和DCS控制結合的作用，最后分析了先控制技術在DCS控制系統中的具體應用。

關鍵詞：先進控制技術;DCS控制系統;應用

前言

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

一、先進控制技術概述

（一）先進控制技術

先進控制技術是以計算機技術和數學模型為基礎，然后在動態環境下實現的一種控制技術，這種技術和常規的PID控制不同，其在控制效果上要比PID控制更加優秀，但先進控制技術并不是某一項技術，它是企業為了實現利益最大化而使用的控制技術總稱[1]。企業應用先進控制技術的主要原因是外部環境經常發生變化，而且變化充滿了未知性，企業無法在生產過程中對其進行有效預防，經常導致企業在使用常規控制方式的時候無法取得良好效果，因此為了提升企業的經濟效益，先進控制技術得到了非常廣泛的應用。

（二）先進控制技術的發展

先進控制技術源于上世紀50年代興起的現代控制理論，現代控制理論中對控制過程中的狀態反饋、輸出反饋、解耦控制、自適應控制等非常重視，在現代控制理論的環境下，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70年代，Smith（史密斯）提出了史密斯預估補償器，但是由于其靈敏度太高，因此參數變化太大，為了保證參數的穩定又對補償方法做了很多補充，由此便出現了大純滯后系統。到上世紀80年代的時候，J.Richalet（雅克·里查萊特）和C.R.Cutler（卡勒特）公布了啟發式控制和動態矩陣控制，這兩種控制分別對多變量耦合控制系統在實時動態環境下受到的約束做了解釋，自此以后工業生產對預測控制有了廣泛應用。后來又有人提出用推斷控制系統來測量信息不全或者難以測量的參數，這種控制系統利用的已知參數，通過已知推斷未知的方式就能幫助人們獲取一些變量。以上就是控制系統的發展歷程，而先進控制技術就是在實際的生產過程中對這些控制技術的綜合性利用。

二、先進控制技術和DCS結合的作用

（一）提高了企業的控制水平和經濟效益

一般工業生產的核心部分復雜性都非常高，如果使用先進控制技術對其進行控制能夠有效提升工業生產的穩定性和可行性。工業生產過程中的可行性和穩定性提高以后，生產過程中控制質量、減少各種影響因素對生產的影響，從而達到甚至超過理想目標。這種控制方式還能夠將工業生產推向設備的臨界要求，從而在保證質量的基礎上提升生產能力，同時降低生產成本和減少資源消耗，實現生產和環境的和諧共處。實現上述目標之后不僅企業的控制水平得以提升，還能使企業或等更多的經濟效益，從而增強自身的競爭力。

（二）為企業決策提供參考

在上世紀90年代，我國企業為提升經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控制、先進控制、在線優化、生產調度、企業決策等也活獲得了更好的發展，并為當前自動化的發展打下了良好基礎[2]。從企業對自動化的應用以及自動的未來發展拉看，先進技術在DCS中的應用恰好在自動化中發揮了調和的作用，可以看到先進控制為在線優化打下了良好基礎，而良好的在線優化同樣為生產調度和企業決策打下基礎，由此也就使企業形成了控制、調度、決策的良好循環，企業的決策因此獲得了有效參考。

三、先進控制技術在DCS控制系統中的應用

（一）智能控制

神經網絡和專家系統是智能控制的兩個重要組成部分，其中神經網絡具有自動化學習、可以大規模處理信息、含魯棒性強等非常明顯的優勢，將神經網絡應用在DCS控制系統中，能夠將令DCS系統的性能得到極大優化。比如在對汽輪機的主蒸汽溫度進行控制時，可首先使用協調器對主蒸汽的實際輸出參數和值進行設定，然后計算出最符合企業生產需求的輸出參數。其次，當獲得了具體的參數以后，可使用神經網絡參數進行檢測，如果參數和神經網絡出現了響應就表示參數是合理的，可以對主蒸汽的輸出參數進行調節。如果參數沒有和神經網絡出現響應那就整那就證明參數不合理，需要重新獲取。在DCS控制系統中應用神經網絡可以提升系統性能，但是神經網路也有可能帶來錯誤的答案，但此時神網絡自動化學習的優勢便體現了出來，一旦發現錯誤神經網絡會自動重新對參數進行計算，直至獲得最合理的結果。我們再來看專家系統，推理控制決策是專家系統最明顯的優點，這種推理控制決策能力來自于各個領域的專家。在專家系統中存在一個數據庫和知識庫，數據庫儲存了大量的推理結果，知識庫中儲存著大量的專家經驗，當使用專家系統解決某一問題的時候，數據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也可以通過推理獲取結果。在DCS控制系統中使用專家控制，對系統解覺問題的能力將有很大提升，并且如果發現工業生產中的某個環節存在異常還可以利用專家控制及時推斷出現異常的解決辦法，從而為企業的正常運行提供保障。

（二）自適應控制

在DCS控制系統中，自適應控制主要有自校調節器控制系統和模型參考自適應控制系統兩個主要分類。首先是自校正調節器控制系統，可調控制器對象參數估計器、控制器參數計算系統、控制對象是其主要的構成，參數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向參數計算模塊進行傳輸。當模塊接受到參數估計器的參數傳輸的參數以后，會對參數就進行計算，然后就可以得出最合適的結果，這個結果可以用來對控制對象進行調控，如果控制對象在運行之后發現參數并不適合，那么系統就會重新估算和計算參數，然后重新調整控制對象，直到控制對象獲得最適合的參數，能夠自動校正和調節，這也是該系統最大的優勢[3]。其次是模型參考自適應控制系統，反饋控制器、參考模型、調整控制器等是該系統的構成，其中對影響最為直接和主要的構成為參考模型。

（三）預測控制

在DCS控制系統中，通過多變量系統中的動態矩陣可以實現預測控制對系統的優化，其具體的原理為，以控對象為基礎動態矩陣進行構建，如果控制對象出現了某些變化那么與之相應的動態矩陣就會收到信號，此時動態矩可以進行自動對控制對象校正。除此以外，利用預測模型還可以讓動態矩陣實現對控制對象可能出現變化的預測，從而控制對象處在最合理的控制狀態下。

結束語

綜上所述，先進控制是多種控制技術集合之后的產物，通過和DCS控制系統的結合，能夠讓工業生產保持最大的穩定性和高效性，從而實現最大化的利益，更能讓企業實現和環境的和諧發展，因此應進一步加深對現金控制技術在DCS控制系統中的應用，為我國的可持續發展注入動力。

參考文獻

[1]董瑞龍.DCS系統設計及先進控制在DCS系統中的應用探討[J].現代工業經濟和信息化，2016，6（11）：98-99.

[2]白平安.DCS系統設計及先進控制在DCS系統中的應用[J].科技創新與應用，2017，09（31）：159-160.

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