生产过程自动化APC先控与DCS的控制融合

生产过程自动化 APC先控与 DCS的控制融合

王海江

新疆天业 (集团 )有限公司 832000

摘要：

在工业生产环节中应用自动化控制设备逐渐成为现代工业生产企业的共识，针对不同类型的生产流程与工艺环节如何选择自动化控制系统成为企业普遍关注的问题。自动化APC与DCS系统作为两种先进系统，其各自的优势借助于融合控制可以得到进一步的发展。本文首先介绍了APC与DCS控制系统的定义与特征，其次分析了自动化生产中APC与DCS系统的控制融合结构基础，最后则重点阐述了两者的控制融合设计方案与控制融合应用策略，希望可以为改善现代化控制管理工作提供新的思路与见解。

关键词：自动化APC控制；DCS控制；融合

引言

随着集散式控制系统与先进控制系统在工业生产中的应用规模不断扩大，如何协调两者的应用比例，满足融合控制的要求逐渐成为行业普遍关心的问题。为了进一步探讨集散式控制系统与先进控制系统融合应用的策略，现就集散式控制系统的定义与先进控制系统的定义分析介绍如下。

一、APC与DCS控制系统概述

APC系统又称为先进控制系统，该系统是一种基于现代控制理论诞生的控制系统。在该系统应用过程中，可以实现被控对象的多变量协调控制，很好的满足了控制的要求。被控变量主要包括有压力、流量、液位、温度以及其他类型，同时也可以添加一些复合类型的变量，如产品质量、设备负荷等，可以很好的解决自动化生产中经济效益不好监控的问题，另外，由于先进控制系统本身具有关键指标的一体化管理，所以很少会出现关键指标的波动，这也为进一步优化工艺创造了条件。

集散控制系统是基于中单回路、前馈控制、比值控制等多种控制方法的控制系统，该控制系统的一些控制模式建立较早且符合当时的设定，但是随着时代的发展，已经无法单独满足现代化生产的自动控制需求，需要借助于先进控制系统的参与才能够满足生产需要。

二、生产过程自动化APC先控与DCS控制融合的结构基础

集散式控制系统与先进控制系统的控制融合需要一定的结构基础。从客观上来看，两者的单位阶跃构建模型有序优化条件下，能够在不影响工艺操作的情况下实现操作区域经济效益的最大化。一般来说，两者的融合可以将DCS当中的操作站作为服务器，随后添加APC系统，通过OPC协议来实现数据的互通，此过程会在DCS系统显示屏当中得以展示。在两者的通讯建立完成后，可以对系统的控制环节进行分析，将结果输出到DCS控制回路当中。通过串级回路的外部定值进行判断，系统控制基础条件上继续实施常规控制。在此条件下，APC的控制器能够继续运行，不会对控制回路产生干扰。为了最大限度的保证设备运行的稳定性，在集散式控制系统与先进控制系统中的通讯设备出现故障或者问题时，系统会自动停止APC控制系统的接入，通过DCS独立完成控制任务，以此来解决写入错误数据导致的系统波动问题，确保生产安全与效率。

三、生产过程自动化APC先控与DCS控制融合的设计与应用

集散式控制系统与先进控制系统的融合应用离不开合理的设计工作，现就设计应用的相关内容介绍如下。

1.投用标志

在进行集散式控制系统与先进控制系统融合时，需要对APC系统的控制器进行设置。APC系统共有4个主要控制器，不同类型的控制器控制变量与控制回路各自存在差异。而在DCS系统当中，控制器与控制回路的设计采取独立投用开关与标志的方式。结合这个特征进行融合设计，可以采取投用开关来作为DCS向着APC方向的反馈，投用状态为APC控制器到DCS反馈系统，投用开关主要由主操作人员控制并操作。

2.控制器通讯保护

控制器通讯保护主要包括前期测试工作来完成。APC的控制器运行周期选择一分钟，通过看门狗系统程序能够完成通讯状态的判断。一般来说，通讯使用上限需要设置在2分钟~2分半，通过系统控制器周期发送复位信号的方式来完成通信状态的判断。一旦数据归零，可以判断APC控制系统中断，此时可以去除掉APC控制器并发出提醒，能够引导操作人员及时了解情况并作出判断，引导回路控制恢复到DCS独立控制的模式当中。

3.安全模式切换逻辑

安全模式切换逻辑影响到融合系统的应用稳定性，所以需要特别做好设定工作。系统回路控制程序主要经过功能模块的编写来实现，针对控制源实施控制分析，具有时间顺序方面的要求。操作人员的切换控制主要经历5个环节，第一个部分是对操作参数进行确认，第二个是控制回路处于自动控制状态，第三个是APC控制器处于正常运行状态，第四个是控制回路完成切换，最后一个是周期确认满足要求。

根据手操器的回路设置需要，做好烟道的挡板、变频器控制管理，在APC模式当中，APC控制器的手动控制与操作功能会得到稳定的输出值，此时单回路PID作为最为广泛的系统类型，操作人员借助于回路控制模板来实现系统值的设定，满足系统控制以及功能模块的控制需求。串级回路PID主要用于滞后严重、感干扰作用较强的环境当中，在DCS的使用过程中，操作人员可以结合实际的使用环境进行PID功能模块切换。可以通过PID功能模块的设定与管理来满足安全切换逻辑的组态策略。APC控制器的操控变量对应的串级PID回路串级给定值为CSV，如果两个值相当，那么说明系统正在通过APC控制器进行回路控制，结合现场设备的输出情况来进行程序切换即可达到预期的要求。在逻辑切换的过程中，需要考虑到切换条件的问题，如果切换条件当中存在不满足的情况，就不能够进行控制模式的切换，以此来最大限度保护生产的安全性。

总结

综上所述，先进控制系统与集散控制系统各自具有不同的优势，在工业生产中通过明确两者的应用模式与优势类型，可以对其进行控制融合。通过合理分析两者的结构基础后进行方案设计，重点做好投用标志管理，控制器通讯保护等应用工作，以此来解决安全模式的切换逻辑问题，最终满足工业生产需要，促进工业生产的效率与自动化控制水平。

参考文献：

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作者简介：王海江，1986.10，男，汉族，新疆天业(集团)有限公司，电工技师，助理工程师，DCS维护工程师，主要从事生产仪表自动化维护管理及项目升级技术改造等工作.