DCS系统中DCS系统设计及先进控制应用

【摘要】本文对DCS系统设计和先进控制在DCS系统中的应用进行分析，以某石油公司的天然气净化厂为例，阐述DCS系统的设计过程，然后从先进控制技术的意义、特点和发展三方面，诠释先进控制技术在DCS系统中的应用效果，希望本文相关内容能为相关人员提供参考。

【关键词】DCS系统;DCS系统设计;先进控制

DCS系统属于分布式控制系统，还可以进行集散控制，这种系统融合了计算机、通讯、控制技术，在显示技术中体现。相关人员要集中管理生产装置和分散控制层面，通过系统成形、功能扩大和规模扩大阶段，系统保留了数字控制中部分功能，并应用到实际应用中，保证信息和数据的流动性，集散系统结构。在现场控制时，还要注意CPU的位数过渡，加强控制站功能。要想扩大系统功能，就要开发出更加优秀的图形显示技术和实时操作系统，并完善实时操作系统和通信协议，加快数据传输速度。在规模扩大和功能不断完善的过程中，要引进更多管理信息，确保其自动化系统能够有效运行，通过这种发展趋势，逐渐出现了一些功能更强的集散系统，拥有更加强大的功能。

一、DCS系统结构设计

（一）系统现场控制站设计

现场控制站能通过计算机独立运行进行检测和控制，通用测控和设计，然后由以下部分组成：

1.机柜和电源

内部设有多层机架是现场控制站的机柜结构，然后可以用于电源和模件的安装，外部选用金属材料包裹，良好的电气连接在活动部分之间，并提供完善的电磁屏障为内部电子设备服务。要想保证电磁屏蔽效果和操作人员的安全，要求机柜接地，电阻最好小于4欧姆。

一般讲风扇装在机柜内部，能够起到散热降温的作用，以提高强制冷气流。还可以通过和外部空气交换，有效避免灰尘侵入，正压送风是较好的方式，柜内低温气体能够通过过滤网进入柜内[1]。在特别热和冷的环境下，应将空调装置设置在封闭式机柜内部，确保机柜内部温度在正常的范围内。

控制站要想正常工作，要确保交流供电系统高效、稳定，而保证现场控制站交流电源稳定可靠是前提条件。应采用双相交流电源对现场控制站进行供电，若附近有大型功率设备，要选取超级隔离变压器，然后对初级和次级线圈进行接地处理，并形成共模干扰。在石油化工要求连续性很高的环境下，应装置不间断电源UPS，并有两种分类，后备式和在线式。

图1 模拟量输入通道的原理

2.输入和输出通道

在计算机控制中，输入和输出端口拥有很多种类和数量，属于I/O接口模式，在DCS系统设计中，一般这种通道有以下几种方式。

（1）模拟量输入通道

如图1所示，生产过程各种连续性的化学量和物理量，能够通过线路检测转换为相应电信号，然后送入输入通道。

（2）脉冲量输入通道

在现场仪表中，一些机械计算装置、涡轮计量器和转速计等装置输出的信号都为脉冲信号，测量信号是脉冲量输入通道的设置依据。在PI板上，可以设置国歌标称定时计算装置和标准电路，并计算相关工程量[2]。

（二）主控单元

1.CPU

目前DCS系统中应用的是高性能16位的微处理器，也有运用32位的处理器，浮点预算协处理器，也会提高处理能力，工作周期会有算缩短。

2.存储器

存储器一般有ROM和RAM两部分，通过计算机的固定程序的运行，能够有效提供工作的安全性能。在DCS系统设计中，要将组态修改复杂一些，使运行更加方便、可靠。

二、DCS系统中先进控制技术的应用

（一）先进控制技术的意义

我国经济的发展为DCS系统发展，提供了有利的发展平台。对先进控制技术进行优化和提供，能够提高企业的经济效益，增加市场竞争力，而现代控制理论的出现和人工智能的运用，为先进控制技术的发展提供了良好的基础。先进控制技术在动态环境中，通过数学原理，并运用计算能力。先进控制与常规PID控制不同，其能够获取较大的利润并有控制策略，并不是仅有一种算法控制。外界环境的变化，在一定程度上会模糊参数的准确性，还会使其发生突变，在变化快的工业系统中，一般都无法预测[3]。所以常规的控制技术无法较好的处理这种复杂的工业系统，选用先进控制技术能更好的对工业过程进行控制。

先进控制技术的应用能带来较大的经济利益，根据相关资料，在很多石油化工企业中，通过运用先进控制技术，近几年的净增效益不断增加，而所需支出的成本十分低廉，进展实际效益的很小部分。

（二）先进控制技术的特点

先进控制技术与传统的PID控制技术不同，拥有模型的控制策略和知识的控制策略两种类型，其中模型的控制是指预测控制、生物识别和软测量技术等方面;知识的控制时指模糊和智能专家控制。以上这两方面都是先进控制技术发展的重要方向。先进控制能够解决复杂多变工业环境中常出现的控制问题，例如不确定性问题、非线性问题、多变量耦合问题以及控制变量与被控变量之间的各种关系。工业环境的一些模型在先进控制中能够发挥较好的作用，先进控制能够使过程和环境具有不确定性，并能良好的进行适应、控制约束和协调，让控制系统与实际工业生产更加相配，并将动态生产过程的特点和操作要求体现出来，改善了控制效果[4]。

（三）先进控制技术的发展现状

针对一个施工单位或对象运用PID控制规律的单向输出的简单反馈控制时过程控制的主要内容，并以经典理论为其控制基础。PID控制在各种流程的生产中广泛应用，及其在现代工业生产中大量应用了DCS系统，这种控制系统仍然能够达到一半以上，所以工业过程的平稳运行和操作可以通过PID控制加以维护，这种方式十分简单，并比较容易被理解和接受。随着发展的不断深入，控制技术在结构和应用上有所改进，并不断进行应用和完善。

在工业生产中，经常会出现很多化学、生化、相变反应过程，能够传递和转化物质和能量，工业生产是一个巨大和复杂的过程，会涉及到很多方面，并有着不确定性特征，信息不完整特征，以及非线性特征，这些特征经常有着严格的制约条件，并且是工业生产的核心方面，会影响到生产产品的质量问题，生产速率以及能量消耗等指标。工业生产逐渐大型和连续化的改变，会使生产过程的整体性和实时性有所提高，所以从总体上来讲，为了协调DCS系统，以及对工业生产过程进行完善，应采用先进控制技术，来处理装置复杂等问题。

三、结束语

通过现代控制理论的变化，过程控制出现了状态、输出以及自适应控制等反馈情况，这也是多变量控制系统的设计方式。通过上文对DCS系统中DCS设计和先进控制应用的分析可以得知，若工业生产中不能直接测量，可以选用估计器和观测器。过程控制的内在机理十分复杂，并且难以从机理中找出其内在规则，并且在一定程度上，参数会根据时间而出现变化，这些都造成工作人员无法建立起数学模型。所以这种DCS系统在工业生产应用时，会出现困难，所以相关学者应对这种技术进行充分研究，改善这种现状。

参考文献

[1]金玉.一种DCS系统I/O模块自动化测试的设计与实现[J].上海交通大学，2012（10）：157-158.

[2]徐伟华.基于PCS7的H-酸生产DCS系统的设计与开发[J].华东理工大学，2014（1）：148-149.

[3]孙洪涛，侯余生，刘静波.核电站安全级DCS系统接地设计研究[J].微型机与应用，2012（2）：126-127.

[4]王荣丽，赵祖明DCS系统的设备报警服务器的设计与实现[J].可编程控制器与工厂自动化，2014（2）：197-198.