先进控制技术在DCS控制系统中的应用研究

魏崇发

摘要：近年对先进技术和DCS技术的结合应用非常普遍，并且在实际的应用过程中也取得了非常好的效果。本文首先对先进控制技术做了简单介绍，其中包括了DCS技术的基本概念和应用现状。随后阐述了先进控制技术和DCS控制结合的作用，最后分析了先控制技术在DCS控制系统中的具体应用。

关键词：先进控制技术;DCS控制系统;应用

前言

DCS（计算机集散控制系统）是工业生产中被广泛使用的控制技术，对于提升工业自动化水平和企业的经济效益有很大帮助，但是这项技术在实际应用过程中充满了不确定性，随着企业的发展和生产设备的更新，DCS控制的功能很有可能被极大削弱。针对这种情况，先进控制技术开始在DCS系统中应用，DCS系统的性能因此得到了明显提升。

一、先进控制技术概述

（一）先进控制技术

先进控制技术是以计算机技术和数学模型为基础，然后在动态环境下实现的一种控制技术，这种技术和常规的PID控制不同，其在控制效果上要比PID控制更加优秀，但先进控制技术并不是某一项技术，它是企业为了实现利益最大化而使用的控制技术总称[1]。企业应用先进控制技术的主要原因是外部环境经常发生变化，而且变化充满了未知性，企业无法在生产过程中对其进行有效预防，经常导致企业在使用常规控制方式的时候无法取得良好效果，因此为了提升企业的经济效益，先进控制技术得到了非常广泛的应用。

（二）先进控制技术的发展

先进控制技术源于上世纪50年代兴起的现代控制理论，现代控制理论中对控制过程中的状态反馈、输出反馈、解耦控制、自适应控制等非常重视，在现代控制理论的环境下，无法直接进行测量的情形可以使用观测器和估计器测量。上世纪70年代，Smith（史密斯）提出了史密斯预估补偿器，但是由于其灵敏度太高，因此参数变化太大，为了保证参数的稳定又对补偿方法做了很多补充，由此便出现了大纯滞后系统。到上世纪80年代的时候，J.Richalet（雅克·里查莱特）和C.R.Cutler（卡勒特）公布了启发式控制和动态矩阵控制，这两种控制分别对多变量耦合控制系统在实时动态环境下受到的约束做了解释，自此以后工业生产对预测控制有了广泛应用。后来又有人提出用推断控制系统来测量信息不全或者难以测量的参数，这种控制系统利用的已知参数，通过已知推断未知的方式就能帮助人们获取一些变量。以上就是控制系统的发展历程，而先进控制技术就是在实际的生产过程中对这些控制技术的综合性利用。

二、先进控制技术和DCS结合的作用

（一）提高了企业的控制水平和经济效益

一般工业生产的核心部分复杂性都非常高，如果使用先进控制技术对其进行控制能够有效提升工业生产的稳定性和可行性。工业生产过程中的可行性和稳定性提高以后，生产过程中控制质量、减少各种影响因素对生产的影响，从而达到甚至超过理想目标。这种控制方式还能够将工业生产推向设备的临界要求，从而在保证质量的基础上提升生产能力，同时降低生产成本和减少资源消耗，实现生产和环境的和谐共处。实现上述目标之后不仅企业的控制水平得以提升，还能使企业或等更多的经济效益，从而增强自身的竞争力。

（二）为企业决策提供参考

在上世纪90年代，我国企业为提升经济效益和提高自身的竞争力，开始着手提升自动化水平，而随着自动化通过集合常规控制、先进控制、在线优化、生产调度、企业决策等也活获得了更好的发展，并为当前自动化的发展打下了良好基础[2]。从企业对自动化的应用以及自动的未来发展拉看，先进技术在DCS中的应用恰好在自动化中发挥了调和的作用，可以看到先进控制为在线优化打下了良好基础，而良好的在线优化同样为生产调度和企业决策打下基础，由此也就使企业形成了控制、调度、决策的良好循环，企业的决策因此获得了有效参考。

三、先进控制技术在DCS控制系统中的应用

（一）智能控制

神经网络和专家系统是智能控制的两个重要组成部分，其中神经网络具有自动化学习、可以大规模处理信息、含鲁棒性强等非常明显的优势，将神经网络应用在DCS控制系统中，能够将令DCS系统的性能得到极大优化。比如在对汽轮机的主蒸汽温度进行控制时，可首先使用协调器对主蒸汽的实际输出参数和值进行设定，然后计算出最符合企业生产需求的输出参数。其次，当获得了具体的参数以后，可使用神经网络参数进行检测，如果参数和神经网络出现了响应就表示参数是合理的，可以对主蒸汽的输出参数进行调节。如果参数没有和神经网络出现响应那就整那就证明参数不合理，需要重新获取。在DCS控制系统中应用神经网络可以提升系统性能，但是神经网路也有可能带来错误的答案，但此时神网络自动化学习的优势便体现了出来，一旦发现错误神经网络会自动重新对参数进行计算，直至获得最合理的结果。我们再来看专家系统，推理控制决策是专家系统最明显的优点，这种推理控制决策能力来自于各个领域的专家。在专家系统中存在一个数据库和知识库，数据库储存了大量的推理结果，知识库中储存着大量的专家经验，当使用专家系统解决某一问题的时候，数据库和知识库会自动为问题分配答案，如果不存在问题的答案专家系统也可以通过推理获取结果。在DCS控制系统中使用专家控制，对系统解觉问题的能力将有很大提升，并且如果发现工业生产中的某个环节存在异常还可以利用专家控制及时推断出现异常的解决办法，从而为企业的正常运行提供保障。

（二）自适应控制

在DCS控制系统中，自适应控制主要有自校调节器控制系统和模型参考自适应控制系统两个主要分类。首先是自校正调节器控制系统，可调控制器对象参数估计器、控制器参数计算系统、控制对象是其主要的构成，参数估计器可以对处在控制中并且正在运行的控制对象进行估算，还可以将估算过后的参数向参数计算模块进行传输。当模块接受到参数估计器的参数传输的参数以后，会对参数就进行计算，然后就可以得出最合适的结果，这个结果可以用来对控制对象进行调控，如果控制对象在运行之后发现参数并不适合，那么系统就会重新估算和计算参数，然后重新调整控制对象，直到控制对象获得最适合的参数，能够自动校正和调节，这也是该系统最大的优势[3]。其次是模型参考自适应控制系统，反馈控制器、参考模型、调整控制器等是该系统的构成，其中对影响最为直接和主要的构成为参考模型。

（三）预测控制

在DCS控制系統中，通过多变量系统中的动态矩阵可以实现预测控制对系统的优化，其具体的原理为，以控对象为基础动态矩阵进行构建，如果控制对象出现了某些变化那么与之相应的动态矩阵就会收到信号，此时动态矩可以进行自动对控制对象校正。除此以外，利用预测模型还可以让动态矩阵实现对控制对象可能出现变化的预测，从而控制对象处在最合理的控制状态下。

结束语

综上所述，先进控制是多种控制技术集合之后的产物，通过和DCS控制系统的结合，能够让工业生产保持最大的稳定性和高效性，从而实现最大化的利益，更能让企业实现和环境的和谐发展，因此应进一步加深对现金控制技术在DCS控制系统中的应用，为我国的可持续发展注入动力。

参考文献

[1]董瑞龙.DCS系统设计及先进控制在DCS系统中的应用探讨[J].现代工业经济和信息化，2016，6（11）：98-99.

[2]白平安.DCS系统设计及先进控制在DCS系统中的应用[J].科技创新与应用，2017，09（31）：159-160.

[3]陈庆球.DCS控制系统在化工生产中的应用研究[J].自动化与仪器仪表，2018，13（5）：26-28.