DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用探討

1、    dcs系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制應(yīng)用探討    王興勤摘  要：dcs系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，隨著工業(yè)控制對(duì)象的日益復(fù)雜，對(duì)控制技術(shù)提出了更高的要求。本文對(duì)dcs 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的分析，并對(duì)如何把先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用到dcs系統(tǒng)展開(kāi)了探討。關(guān)鍵詞：dcs控制系統(tǒng);先進(jìn)控制技術(shù);控制算法dcs是分布式控制系統(tǒng)的英語(yǔ)簡(jiǎn)稱，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)，可以對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行分散式控制和集中管理，最早由美國(guó)在上世紀(jì)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(yīng)用，可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)通信，控制主站功能控制模塊分布于每個(gè)數(shù)字儀

2、表中，通過(guò)組態(tài)而形成完整的控制回路，可以更好地實(shí)現(xiàn)分散控制。隨著dcs控制系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，需要把先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用到dcs系統(tǒng)中來(lái)，從而對(duì)控制功能進(jìn)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(jì)1.1現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)控制站是可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)控制功能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，現(xiàn)場(chǎng)控制場(chǎng)主要由機(jī)柜、供電電源、模擬量通道及主控單元構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)站的機(jī)柜采用多層機(jī)架結(jié)構(gòu)方式，可以用來(lái)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(jī)柜的接地電阻不得于大于4歐。柜體的設(shè)備運(yùn)行功率較大，

3、需要進(jìn)行通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)，為了避免灰塵進(jìn)入，需要采用正壓送風(fēng)方式。供電電源可能保證現(xiàn)場(chǎng)控制站正常運(yùn)行，需要要用冗余設(shè)計(jì)，采用雙相交流電進(jìn)行供電，如果附近有大功率用電設(shè)備，還應(yīng)該應(yīng)用隔離變壓器，避免出現(xiàn)共模干擾問(wèn)題。如果電壓波動(dòng)較大，可以配置電子調(diào)壓器，如果對(duì)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(kāi)關(guān)量和脈沖信號(hào)的通道。模擬量輸入通道可以把生產(chǎn)裝置的運(yùn)行信號(hào)，比如，溫度、壓力、流量和液位等信號(hào)采集進(jìn)行來(lái)，通過(guò)模擬量處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂葡到y(tǒng)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。輸入的模擬量信號(hào)有0-5v、0-10v電壓、0-20ma、4-20ma電流信號(hào)。模擬量輸入通道主要由

4、接線端子、信號(hào)調(diào)理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等構(gòu)成，具體的原理見(jiàn)圖1所示。模擬量輸出通道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇輸出信號(hào)的種類，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。輸入出信號(hào)有4-20ma、0-5v和0-10v等。輸入的信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程或運(yùn)轉(zhuǎn)角度，模擬量輸出模塊的原理如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)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(guò)集成電路來(lái)形成控制信號(hào)，利用數(shù)字鎖存的方式來(lái)保證輸出值，避免隨著時(shí)間的變化而出現(xiàn)衰減。而開(kāi)關(guān)量輸入通道主要用來(lái)監(jiān)測(cè)限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)的開(kāi)斷狀態(tài)，輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)會(huì)存儲(chǔ)到數(shù)字寄存器內(nèi)，控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序來(lái)獲取到具

5、體的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸出信號(hào)主要用于控制啟動(dòng)、停止，驅(qū)動(dòng)閥門進(jìn)行動(dòng)作，或者生成報(bào)警信號(hào)。1.2主控單元現(xiàn)場(chǎng)控制器的主控單元主要由cpu控制器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(lái)選擇位數(shù)，現(xiàn)在最高的cpu位數(shù)達(dá)到64位，可以有效地提升運(yùn)算速度和處理效率，可以把各種控制程序下載到存儲(chǔ)器中，通過(guò)cpu運(yùn)算輸入控制信號(hào)。存儲(chǔ)器主要用于保存生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，ram存儲(chǔ)器可以為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)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(chǔ)于ram中。2先進(jìn)控制技術(shù)在dcs中的應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)把數(shù)學(xué)分析模型作為基礎(chǔ)，充分利用微處理器的運(yùn)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(lái)處理復(fù)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(yīng)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(kāi)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(shí)間，根據(jù)控制對(duì)象的特性，使控制性能和控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)很好的配合，從而實(shí)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(wú)論怎樣先進(jìn)，也無(wú)法達(dá)到理想的控制效果。工業(yè)控制過(guò)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(lái)所設(shè)定的參數(shù)無(wú)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(wèn)題。把bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與pid控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以發(fā)揮出bp網(wǎng)絡(luò)非線性映射的能力，可以實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)和整定，實(shí)現(xiàn)并行分布處理，并具備很好的容錯(cuò)特性，可用到復(fù)雜非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型組建及控制。2. 2基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)上世紀(jì)90年代提出了多層前向的網(wǎng)絡(luò)反向算法，人們把其稱之為bp網(wǎng)絡(luò)算法，具有一個(gè)輸入層、一個(gè)輸出層以及多個(gè)隱含層，相同層的神經(jīng)元并沒(méi)有太多關(guān)聯(lián)，不同的層級(jí)神經(jīng)元會(huì)向前國(guó)，具備非線性活動(dòng)函數(shù)的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)輸入到輸出空間的函數(shù)映射。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備自學(xué)習(xí)能力，可以在離線條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的識(shí)別，建立起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器來(lái)不斷修正權(quán)值，從而適應(yīng)識(shí)別對(duì)象的特征，達(dá)到與被控對(duì)象相同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器便可以進(jìn)行在線控制。通過(guò)神經(jīng)元自學(xué)習(xí)能力的不斷調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)在線自適應(yīng)整定，從而提高了控制精度，與傳統(tǒng)的pid控制方法進(jìn)行比較來(lái)看，可以起到更好的控制效果。3結(jié)束語(yǔ)綜上所述，dcs控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合工業(yè)控制的具體需要，來(lái)對(duì)不同的功能單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性高的元器件，還需要把先進(jìn)控制技術(shù)引入到dcs系統(tǒng)中來(lái)，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)與pid控制進(jìn)行結(jié)合，使控制系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)能力，可以實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的在線自修正，從而達(dá)到理想的控制效果。參考文獻(xiàn)：1閔紅利. dcs系統(tǒng)設(shè)計(jì)及先進(jìn)控制在dcs系統(tǒng)中運(yùn)用j. 電子技術(shù)與軟件工