先进控制技术在DCS控制系统中的应用
现代制造技术与装备
1582017第4期 总第245期
DCS控制系统的控制过程具有不确定性。随着企业的不断发展，企业所使用的设备型号、生产技术可能会发生一些变化。这些变化的存在一定程度上干扰了DCS控制系统的控制功能。对此，可以将先进控制技术应用在DCS控制系统中，从而有效优化DCS系统的性能。
1 先进控制技术
1.1 先进控制技术的概念
先进控制技术是指在遵循动态性原则的基础上，利用数学模型的计算能力，对各类控制对象进行控制的一种技术。与传统控制技术相比，先进控制技术的控制功能具有动态性特点。它可以根据外界环境的变化，提出不同的控制策略，以此保证相关控制对象的控制质量[1]。
1.2 先进控制技术的应用现状
随着技术的不断发展，人们对控制功能的认识也发生了一些变化。当人们发现部分参数难以被精确测量时，软测量技术应运而生。结合我国目前情况可知，先进控制技术的应用都取得了一定进展。以软测量技术为例，它在纸浆叩解度测量中的应用获得了精确的测量结果，并有效降低了这项测量工作所需的成本[2]。
2 在DCS控制系统中应用先进控制技术的必要性
2.1 信息集成方面
随着企业的不断发展，企业中的信息量显著增加。通过分析DCS控制系统可知，其控制功能的产生建立在掌控全部信息的基础上。面对企业信息的动态变化，单一利用DCS控制系统开展控制工作无法取得较好的成果。因此，可以将先进控制技术与DCS控制系统结合，将先进控制技术的动态控制特征迁移到DCS控制系统中。
2.2 过程控制质量方面
对于企业而言，DCS控制系统的过程控制质量（生产过程）直接影响企业的经济效益。随着我国经济的不断发展，企业面临的竞争压力越来越大。为了从竞争性市场中抢占一定的份额，企业需要不断提高自身产品质量。这种发展要求是融合先进控制技术与DCS控制系统的重要前提。在二者的联合控制模式下，先进控制可以利用自身的契合动态环境变化特征，提高DCS控制系统的过程控制质量，使所生产的产品更加接近企业目标。除了产品品质变化外，先进控制技术与DCS控制系统的结合，还可以帮助企业降低生产成本，实现资源利用的合理化[3]。
3 先进控制技术在DCS控制系统中的应用
这里分别从以下几方面入手，对先进控制技术在DCS 控制系统中的应用进行分析。
3.1 自适应控制
就自适应控制技术而言，它在DCS控制系统中的应用主要包含以下几种形式。第一，自校正调节器控制系统。该系统的组成要素主要包含可调控制器、对象参数估计器、控制器参数计算系统以及控制对象。在实际控制过程中，该系统可以借助对象参数估计器，将处于运行状态的控制对象当前参数估计出来，并将其传输至控制器参数计算模块中。该模块得出计算结果之后，会根据结果调整控制对象的参数。当控制对象运行一段时间后，如果调整参数并不适用，整个参数计算流程将再次循环，从而得出新的参数计算结果，然后由可调控制器记录并用于控制对象中。该系统的自动校正功能有效保证了最终控制决策的有效性。第二，模型参考自适应控制系统。该系统由反馈控制器、参考模型以及调整控制器等部分组成。其中，参考模型是影响该系统控制质量的主要因素[4]。
3.2 智能控制
典型的智能控制主要包含神经网络和专家系统等。
就神经网络而言，它的应用优势主要包含鲁棒性强、可以自动学习、可实现大规模并行处理等。为了优化DCS控制系统的性能，可以将CMAC神经网络应用在DCS控制系统中，以优化DCS控制系统的主蒸汽温度控制功能。具体原理：协调器利用预先设定值及企业中控制对象（主蒸汽温度）的实际输出参数，计算符合企业生产需求的控制对象最佳期望输出参数；得出具体计算结果后，由CMAC网络响应进行检测，若产生响应反应，则表明该数值合理，此时可以利用这一参数对控制对象的当前参数进行调节。事实上，CMAC神经网络在DCS 控制系统中的应用也有可能产生错误的控制决策。但是，这种先进控制技术可以利用自身的自主学习功能检测控制决策的合理性。当发现参数不符合要求后，会再次将参数带入循环重新计算，最终获得符合企业生产需求的参数处理结果。
就专家系统而言，它的推理控制决策功能是通过各个领域的专家经验产生的。专家系统的控制决策原理：数据库负责储存事实和相应的推理结果；而知识库通过知识获取操作从相关领域的专家身上获得相应的知识和经验（获取环节具有实时性，因此知识库与领域专家在知识维度上的一致性相对较好）。用户提出问题后，专家系统中的推理机会从知识库、数据库中调取相应信息，判断该问题是否已经存在。如果知识库和数据库中都不存在该问题，则推理机会借助相关经验和推理结果，对该问题的可能结果进行推理，并将最终推理结果反馈给用户。对于DCS控制系统而言，专家系统的应用可以显著改善问题解决能力。运行状态下，DCS控制系统识别出企业的某个部分或生产环节出现异常问题时，专家系统能够快速发挥作用，为DCS控制系统提供相应的推断结果，以此保证DCS控制系统的正常运行[5]。
3.3 预测控制
预测控制对DCS控制系统性能的优化可以通过多变量系统的动态矩阵控制来实现。作用原理：根据企业中的控制对象，构建出相应的动态矩阵；当控制对象出现变化时，具体的变动信息会被反应在动态矩阵中，由动态矩阵进行校正。除了检测功能之外，动态矩阵还可以结合预测模型对控制对象可能出现的变化作出预测，进而保证控制决策与控制对象之间的契合性。
先进控制技术在DCS控制系统中的应用
王之忠
（中海油气（泰州）石化有限公司，泰州 225300）
摘 要：本文从先进控制技术的概念入手，对先进控制技术在DCS控制系统中的应用进行分析和研究。
关键词：先进控制技术 DCS控制系统 自动化
DOI:10.16107/https://www.wendangku.net/doc/239078862.html,ki.mmte.2017.0274