DCS控制系統(tǒng)中先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)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(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。而目前高速發(fā)展的社會(huì)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)水平也提出了更高的需求，因此將先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用到DCS系統(tǒng)中，以提升DCS系統(tǒng)的自動(dòng)化控制能力，對(duì)于提升工業(yè)生產(chǎn)水平有著至關(guān)重要的作用。基于此，本文對(duì)于DCS系統(tǒng)中先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

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

引言：先進(jìn)控制技術(shù)是一種基于動(dòng)態(tài)性原則的控制技術(shù)。先進(jìn)控制技術(shù)以數(shù)學(xué)模型為理論基礎(chǔ)，通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的模擬和控制實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的實(shí)際控制。先進(jìn)控制技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是其動(dòng)態(tài)性，先進(jìn)控制技術(shù)可根據(jù)外界環(huán)境的變化實(shí)時(shí)的對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以保證控制對(duì)象始終處于高效運(yùn)行的狀態(tài)。目前我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)DCS系統(tǒng)中先進(jìn)控制技術(shù)已有一定的應(yīng)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(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)的必要性

1.1 信息集成

現(xiàn)代社會(huì)是信息化的社會(huì)，信息化的時(shí)代對(duì)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(duì)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(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于信息處理的需求，而先進(jìn)控制技術(shù)中的動(dòng)態(tài)化控制則可以較好的處理實(shí)時(shí)變化的大量信息，因此，將先進(jìn)控制技術(shù)引入DCS系統(tǒng)中，對(duì)于強(qiáng)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(guān)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(gè)指標(biāo)，對(duì)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(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，提升生產(chǎn)過程中的過程控制質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)于企業(yè)的生存發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。而先進(jìn)控制技術(shù)中的動(dòng)態(tài)控制可以根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的變化對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，這種方式可以提升DCS的過程控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此在DCS系統(tǒng)中引入先進(jìn)控制技術(shù)是提升企業(yè)在市場(chǎng)中的生存和競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵所在。

2.先進(jìn)控制技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用方式

2.1自適應(yīng)控制

自適應(yīng)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(jì)器、參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)和控制對(duì)象四部分構(gòu)成。在對(duì)DCS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，參數(shù)估計(jì)器用于估計(jì)所控制對(duì)象的運(yùn)行參數(shù)，并通過參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)將結(jié)果計(jì)算出來(lái)，再由可調(diào)控制器根據(jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)控制對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。以上是一個(gè)控制循環(huán)過程，這個(gè)循環(huán)過程會(huì)每隔一段時(shí)間循環(huán)一次，檢查所得參數(shù)是否符合控制對(duì)象的運(yùn)行過程，當(dāng)所得參數(shù)不適用于控制對(duì)象當(dāng)前的運(yùn)行過程時(shí)，將重新執(zhí)行上述的運(yùn)算——控制步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象運(yùn)行過程的重新控制，這也是先進(jìn)控制技術(shù)的動(dòng)態(tài)性控制的原理。

3.智能控制

通常來(lái)說(shuō)，智能控制共有兩層，分別為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)。

3.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

先進(jìn)控制技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，如開放型強(qiáng)、自我學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、并行計(jì)算能力強(qiáng)等，下面介紹一種使用CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DCS控制系統(tǒng)控制蒸汽室溫度的實(shí)現(xiàn)方式：首先根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指和蒸汽輸出裝置實(shí)際的輸出溫度來(lái)計(jì)算符合工業(yè)生產(chǎn)輔導(dǎo)最佳蒸汽溫度;其次使用CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器對(duì)蒸汽室內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測(cè)通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果和預(yù)期結(jié)果的比對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽室溫度的調(diào)節(jié)。有時(shí)這種調(diào)節(jié)方式也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于自我學(xué)習(xí)能力，通過對(duì)錯(cuò)誤參數(shù)的收集核對(duì)自身計(jì)算流程的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)控制準(zhǔn)確率的提升，從而保證所計(jì)算的參數(shù)符合工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)期需求。

3.2專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一種由存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)和互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)庫(kù)中的已知的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷的方式，數(shù)據(jù)庫(kù)和互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)和判斷方式是經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證的正確結(jié)論，基于這些正確的結(jié)論，先進(jìn)控制技術(shù)在進(jìn)行判斷時(shí)也可以得出準(zhǔn)確率較高的結(jié)果。這種搭載有專家控制系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶咨詢的解答，當(dāng)用戶對(duì)搭載有專家系統(tǒng)的DCS提出問題時(shí)，DCS會(huì)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)庫(kù)中獲取相關(guān)的問題，如果互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)庫(kù)中也不存在，則DCS的推理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)中對(duì)用戶問題匹配度最高的問題和結(jié)論對(duì)用戶的問題進(jìn)行推理，并將結(jié)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(dāng)工業(yè)生產(chǎn)的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)，搭載有專家系統(tǒng)的DCS可根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的結(jié)論或推理系統(tǒng)推理出應(yīng)對(duì)方案，并實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中問題的自動(dòng)處理和自動(dòng)修復(fù)，在保障工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行的同時(shí)解放人力勞動(dòng)。

3.3預(yù)測(cè)控制

預(yù)測(cè)控制是根據(jù)已有的控制對(duì)象的運(yùn)行參數(shù)等條件，對(duì)控制對(duì)象在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)提前控制和問題預(yù)防，避免生產(chǎn)環(huán)節(jié)中問題的發(fā)生。預(yù)測(cè)控制的核心是動(dòng)態(tài)矩陣，控制對(duì)象的各種運(yùn)行參數(shù)都會(huì)存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)矩陣中，動(dòng)態(tài)矩陣通過所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)控制對(duì)象未來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)動(dòng)態(tài)矩陣還具備自我矯正能力，可以保證所預(yù)測(cè)的結(jié)果與真實(shí)的結(jié)果的一致性。

4.軟測(cè)量控制

軟測(cè)量控制是指通過收集控制對(duì)象的各種運(yùn)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(duì)象相符合的數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的模擬控制得到控制對(duì)象實(shí)際的控制結(jié)果。在測(cè)量一些難以測(cè)量的參數(shù)時(shí)，這種軟測(cè)量技術(shù)便可以發(fā)揮作用，而對(duì)于容易測(cè)量的參數(shù)，軟測(cè)量也可以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5.結(jié)論

將先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于DCS控制系統(tǒng)中，對(duì)于提升企業(yè)的生產(chǎn)效率有著非常大的幫助，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程肥高效化、自動(dòng)化和智能化。本文對(duì)先進(jìn)控制技術(shù)在DCS中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)，對(duì)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(jìn)控制技術(shù)在DCS中的應(yīng)用方式有自適應(yīng)控制、智能控制、預(yù)測(cè)控制和軟測(cè)量控制四種。實(shí)際上先進(jìn)控制技術(shù)在DCS中的應(yīng)用非常復(fù)雜，本文受篇幅限制，難以進(jìn)行充分的研究，期待本文的研究成果能夠?yàn)楹罄m(xù)的研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉良驥.DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制在DCS系統(tǒng)中的運(yùn)用分析[J].電子世界，2019（12）：92-93.

[2]王體.DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（08）：51.

[3]王江玉.淺析DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用[J].石河子科技，2015（04）：29-30.

[4]王艷麗.DCS先進(jìn)控制方案工藝安全性分析[J].儀器儀表用戶，2017，24（01）：95-98.