DCS系統(tǒng)設(shè)計及先進控制應用探討

1、    dcs系統(tǒng)設(shè)計及先進控制應用探討    王興勤摘  要：dcs系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)控制領(lǐng)域，隨著工業(yè)控制對象的日益復雜，對控制技術(shù)提出了更高的要求。本文對dcs 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深入的分析，并對如何把先進控制技術(shù)應用到dcs系統(tǒng)展開了探討。關(guān)鍵詞：dcs控制系統(tǒng);先進控制技術(shù);控制算法dcs是分布式控制系統(tǒng)的英語簡稱，結(jié)合計算機控制技術(shù)和通信技術(shù)，可以對生產(chǎn)裝置進行分散式控制和集中管理，最早由美國在上世紀70年代提出。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化儀表得到了廣泛的應用，可以采用現(xiàn)場總線技術(shù)進行互聯(lián)通信，控制主站功能控制模塊分布于每個數(shù)字儀

2、表中，通過組態(tài)而形成完整的控制回路，可以更好地實現(xiàn)分散控制。隨著dcs控制系統(tǒng)的不斷應用，需要把先進控制技術(shù)應用到dcs系統(tǒng)中來，從而對控制功能進行完善，建立起pid自整定控制模塊，充分發(fā)揮出dcs控制系統(tǒng)的作用。1 dcs 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1現(xiàn)場控制站設(shè)計現(xiàn)場控制站是可以獨立實現(xiàn)控制功能的計算機控制系統(tǒng) ，可以實現(xiàn)過程控制，現(xiàn)場控制場主要由機柜、供電電源、模擬量通道及主控單元構(gòu)成?，F(xiàn)場站的機柜采用多層機架結(jié)構(gòu)方式，可以用來安裝電源和控制模塊，柜體外殼體采用金屬材料制成，柜體需要具備良好的接地，從而保證柜體內(nèi)設(shè)備可以避免受到外部電磁干擾，機柜的接地電阻不得于大于4歐。柜體的設(shè)備運行功率較大，

3、需要進行通風散熱設(shè)計，為了避免灰塵進入，需要采用正壓送風方式。供電電源可能保證現(xiàn)場控制站正常運行，需要要用冗余設(shè)計，采用雙相交流電進行供電，如果附近有大功率用電設(shè)備，還應該應用隔離變壓器，避免出現(xiàn)共模干擾問題。如果電壓波動較大，可以配置電子調(diào)壓器，如果對于供電可靠性要求較高，可以采用不間斷供電電源。輸入輸出接口需要控制系統(tǒng)建立起模擬量、開關(guān)量和脈沖信號的通道。模擬量輸入通道可以把生產(chǎn)裝置的運行信號，比如，溫度、壓力、流量和液位等信號采集進行來，通過模擬量處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂葡到y(tǒng)可以識別的數(shù)字信號。輸入的模擬量信號有0-5v、0-10v電壓、0-20ma、4-20ma電流信號。模擬量輸入通道主要由

4、接線端子、信號調(diào)理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等構(gòu)成，具體的原理見圖1所示。模擬量輸出通道，根據(jù)設(shè)計要求來選擇輸出信號的種類，從而控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。輸入出信號有4-20ma、0-5v和0-10v等。輸入的信號用來驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、執(zhí)行機構(gòu)的行程或運轉(zhuǎn)角度，模擬量輸出模塊的原理如圖2所示?，F(xiàn)場控制總站的模擬量輸出通道主要數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、輸出接電端子等構(gòu)成，隨著集成電子技術(shù)的發(fā)展，輸出模塊通道通過集成電路來形成控制信號，利用數(shù)字鎖存的方式來保證輸出值，避免隨著時間的變化而出現(xiàn)衰減。而開關(guān)量輸入通道主要用來監(jiān)測限位開關(guān)、繼電器觸點的開斷狀態(tài)，輸入的開關(guān)量信號會存儲到數(shù)字寄存器內(nèi)，控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集程序來獲取到具

5、體的開關(guān)狀態(tài)。輸出信號主要用于控制啟動、停止，驅(qū)動閥門進行動作，或者生成報警信號。1.2主控單元現(xiàn)場控制器的主控單元主要由cpu控制器和數(shù)據(jù)存儲器構(gòu)成，cpu控制器可以根據(jù)控制規(guī)模的大小和精度要求來選擇位數(shù)，現(xiàn)在最高的cpu位數(shù)達到64位，可以有效地提升運算速度和處理效率，可以把各種控制程序下載到存儲器中，通過cpu運算輸入控制信號。存儲器主要用于保存生產(chǎn)現(xiàn)場的運行數(shù)據(jù)，ram存儲器可以為實時數(shù)據(jù)存儲和計算的中間變量提供空間，用戶在組態(tài)界面中修改的參數(shù)出存儲于ram中。2先進控制技術(shù)在dcs中的應用先進控制技術(shù)把數(shù)學分析模型作為基礎(chǔ)，充分利用微處理器的運算能力，是一種比傳統(tǒng)pid控制效果好的技

6、術(shù)，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，可以用來處理復雜的工業(yè)控制要求。2.1傳統(tǒng)pid控制方法和結(jié)構(gòu)pid控制器是工控領(lǐng)域應用最為可靠的技術(shù)，數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，很多控制程序和算法都離不開pid控制技術(shù)，還具備著較高的生命力。為了取得理想的控制效果，需要設(shè)定好比例常數(shù)、微分和積分時間，根據(jù)控制對象的特性，使控制性能和控制對象實現(xiàn)很好的配合，從而實現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。但控制參數(shù)設(shè)定的不合理，處理器性能無論怎樣先進，也無法達到理想的控制效果。工業(yè)控制過程中存在著很多不確定性，可能使控制模型產(chǎn)生變化，原來所設(shè)定的參數(shù)無法滿足控制要求，這就需要pid控制具備在線自整定能力，這是pid控制技術(shù)的發(fā)展方向和需要解決的

7、問題。把bp神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)與pid控制技術(shù)進行結(jié)合，可以發(fā)揮出bp網(wǎng)絡非線性映射的能力，可以實現(xiàn)自學習和整定，實現(xiàn)并行分布處理，并具備很好的容錯特性，可用到復雜非線性系統(tǒng)的數(shù)學模型組建及控制。2. 2基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡的控制技術(shù)上世紀90年代提出了多層前向的網(wǎng)絡反向算法，人們把其稱之為bp網(wǎng)絡算法，具有一個輸入層、一個輸出層以及多個隱含層，相同層的神經(jīng)元并沒有太多關(guān)聯(lián)，不同的層級神經(jīng)元會向前國，具備非線性活動函數(shù)的三層神經(jīng)網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)輸入到輸出空間的函數(shù)映射。神經(jīng)網(wǎng)絡具備自學習能力，可以在離線條件下實現(xiàn)對控制對象的識別，建立起神經(jīng)網(wǎng)絡識別器來不斷修正權(quán)值，從而適應識別對象的特征，達到與被控對象相同時，神經(jīng)網(wǎng)絡控制器便可以進行在線控制。通過神經(jīng)元自學習能力的不斷調(diào)整，可以實現(xiàn)在線自適應整定，從而提高了控制精度，與傳統(tǒng)的pid控制方法進行比較來看，可以起到更好的控制效果。3結(jié)束語綜上所述，dcs控制系統(tǒng)設(shè)計應該結(jié)合工業(yè)控制的具體需要，來對不同的功能單元進行設(shè)計，選用技術(shù)經(jīng)濟性高的元器件，還需要把先進控制技術(shù)引入到dcs系統(tǒng)中來，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡的控制技術(shù)與pid控制進行結(jié)合，使控制系統(tǒng)具備自學習能力，可以實現(xiàn)控制參數(shù)的在線自修正，從而達到理想的控制效果。參考文獻：1閔紅利. dcs系統(tǒng)設(shè)計及先進控制在dcs系統(tǒng)中運用j. 電子技術(shù)與軟件工