DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用研究

王 體

（中國(guó)石化江漢油田分公司鹽化工總廠化工研究所，湖北潛江 433121）

DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用研究

王 體

（中國(guó)石化江漢油田分公司鹽化工總廠化工研究所，湖北潛江 433121）

根據(jù)DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)DCS設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和分析，重點(diǎn)介紹了先進(jìn)控制在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從先進(jìn)控制技術(shù)的意義、特點(diǎn)和發(fā)展這三個(gè)方面分析了先進(jìn)控制技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用效果和前景。

DCS系統(tǒng)；先進(jìn)控制；應(yīng)用

1 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)控制站的運(yùn)行主要通過計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)量。現(xiàn)場(chǎng)控制站主要由兩個(gè)部分組成，分別是機(jī)柜和電源、輸入和輸出通道。

現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部設(shè)有很多的機(jī)柜、電源和相應(yīng)的模件。電源的外部通常都用金屬材料包裹起來(lái)，并與正常運(yùn)行的電氣相連接。機(jī)柜和電源主要用于為電子設(shè)備提供電源屏障。為了確保現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全以及電磁屏蔽的效果，機(jī)柜必須接地，并且使其電阻盡量保持在4Ω以內(nèi)。

通常，在機(jī)柜內(nèi)部會(huì)安裝風(fēng)扇以起到良好的散熱作用。除了這種散熱方式之外，還可以通過加強(qiáng)機(jī)柜內(nèi)部與外部空氣的氣流交換來(lái)進(jìn)行散熱，與此同時(shí)還能防止灰塵進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部。機(jī)柜一般采用正壓送風(fēng)的方式將外部的低溫氣體輸送近機(jī)柜內(nèi)部。當(dāng)外部環(huán)境過熱或過冷時(shí)，則需要將空調(diào)裝置設(shè)置在機(jī)柜的內(nèi)部，并最好選用封閉式的機(jī)柜，這樣就能保證機(jī)柜內(nèi)部溫度能夠保持在一個(gè)相對(duì)恒定的范圍內(nèi)。

此外，要想確保控制站的正常有效運(yùn)行，需要有較為穩(wěn)定高效的交流電源。雙相交流電源是較為理想的選擇，當(dāng)控制站中有大功率電器時(shí)，可以采用個(gè)別變壓器先對(duì)線圈進(jìn)行一定的接地處理，這樣能夠提高供電的穩(wěn)定性。一些化工廠對(duì)供電的穩(wěn)定性和連續(xù)性要求很高，這時(shí)可以采用可以不間斷供電的UPS電源。UPS電源主要有兩種類型，分別是后備式和在線式。

1.2 主控單元

DCS系統(tǒng)中的主控單元主要由兩個(gè)部分組成，分別是CPU和儲(chǔ)存器。當(dāng)前，DCS系統(tǒng)中使用的CPU一般是16位的微處理器，有的系統(tǒng)也會(huì)使用32位的處理器。現(xiàn)在已經(jīng)有一些新的系統(tǒng)開始采用浮點(diǎn)預(yù)算協(xié)處理器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的處理器，從而進(jìn)一步提高了處理器的運(yùn)行效率，縮短了運(yùn)算的時(shí)間。

存儲(chǔ)器由兩個(gè)部分組成，分別是ROM和RAM。計(jì)算機(jī)中有固定的程序控制著存儲(chǔ)器的運(yùn)行，并保障其運(yùn)行過程中的安全性。在DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，組態(tài)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性會(huì)更高，相應(yīng)的其運(yùn)行會(huì)更加的穩(wěn)定和可靠。

2 DCS系統(tǒng)中先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 先進(jìn)控制技術(shù)的意義

在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性，從而為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供更好的保障，提升企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。除此之外，現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用打下了更加扎實(shí)的基礎(chǔ)。先進(jìn)控制技術(shù)綜合應(yīng)用了數(shù)學(xué)原理和計(jì)算技術(shù)。這種控制方式與傳統(tǒng)的PID技術(shù)有著較大的差異，先進(jìn)控制中有多種控制方式可供選擇，使得控制的策略有更大的靈活性，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收益。在傳統(tǒng)的控制方式中，外部環(huán)境的變化會(huì)影響參數(shù)的準(zhǔn)確性，還有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差，在一些對(duì)參數(shù)精確性較高的工業(yè)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法顯然無(wú)法滿足要求。而采用先進(jìn)控制技術(shù)后則能有效的避免這些問題。先進(jìn)控制技術(shù)已經(jīng)在很多石油化工產(chǎn)業(yè)中得到了應(yīng)用，并且起到了良好的應(yīng)用效果，為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。一些采用了先進(jìn)控制技術(shù)的企業(yè)近年來(lái)的凈增效益持續(xù)增長(zhǎng)，而生產(chǎn)成本則有所下降。

2.2 先進(jìn)控制技術(shù)的特點(diǎn)

先進(jìn)控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)有很大的差異。首先，在控制策略方面，先進(jìn)控制技術(shù)主要有兩種控制策略，分別是擁有模型的控制策略和知識(shí)控制策略。所謂的模型控制主要應(yīng)用于生物識(shí)別和軟測(cè)量等方面。知識(shí)控制則主要應(yīng)用于智能控制等方面。這兩種控制策略都是現(xiàn)今控制技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用能夠解決傳統(tǒng)控制技術(shù)下常見的問題，使控制策略能夠更好的應(yīng)對(duì)多變的工業(yè)環(huán)境。在傳統(tǒng)的控制技術(shù)下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不確定性、非線性、多變量耦合等問題。而一些工業(yè)環(huán)境下的模型只有在先進(jìn)控制模式下才能有效的發(fā)揮出其功能和作用。先進(jìn)控制技術(shù)具有較強(qiáng)的靈活性和環(huán)境適應(yīng)性，能夠與各種控制條件和參數(shù)有效的協(xié)調(diào)和配合，更好的發(fā)揮動(dòng)態(tài)生成過程的特點(diǎn)和要求，強(qiáng)化了控制的效果。

2.3 先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)仍然是主流，在各種工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是在一些現(xiàn)代化程度較高的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)開始大量使用DCS系統(tǒng)。在一些工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的化學(xué)和相變的反應(yīng)過程，具有很大的不確定性和非線性特征，DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。為了適應(yīng)DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，需要采用先進(jìn)控制技術(shù)來(lái)處理一些復(fù)雜的問題。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)可以有效的提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)無(wú)法直接測(cè)量的參數(shù)時(shí)，可以選用觀測(cè)器和估計(jì)器進(jìn)行間接的測(cè)量，但是這一過程十分復(fù)雜，必須采用先進(jìn)控制技術(shù)才能確保系統(tǒng)的合理有效運(yùn)行。

[1]金玉.一種DCS系統(tǒng)I/O模塊自動(dòng)化測(cè)試的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].上海交通大學(xué)，2012，（10）：157-158.

[2]徐偉華.基于PCS7的H-酸生產(chǎn)DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].華東理工大學(xué)，2014，（1）：148-149.

[3]孫洪濤，侯余生，劉靜波.核電站安全級(jí)DCS系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012，（2）：126-127.

DCS System Design and Advanced Control Application Research

Wang Ti

According to the characteristics and design requirements of DCS system，the main points in DCS design process are summarized and analyzed.The application of advanced control in DCS system is studied emphatically.Combined with the actual working experience，the significance and characteristics of advanced control technology And the development of these three aspects of the advanced control technology in the DCS system application effect and prospects.

DCS system；advanced control；application

TP273.5

B

1003-6490（2016）08-0051-01

2016-07-30

王體（1972—），男，河南新安人，助理工程師，主要從事石油化工設(shè)備的檢維修管理工作。