DCS在控制上的最大特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態(tài),可實現(xiàn)多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要,使得在單元組合儀表實現(xiàn)起來相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡單。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求,以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng),以多變量預(yù)測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應(yīng)用之后,先進過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關(guān)注。
需要強調(diào)的是,廣泛應(yīng)用各種先進控制與優(yōu)化技術(shù)是挖掘并提升DCS綜合性能最有效、最直接、也是最具價值的發(fā)展方向。在實際過程控制系統(tǒng)中,基于PID控制技術(shù)的系統(tǒng)占80%以上,PID回路運用優(yōu)劣在實現(xiàn)裝置平穩(wěn)、高效、優(yōu)質(zhì)運行中起到舉足輕重的作用,各DCS廠商都以此作為搶占市場的有力競爭砝碼,開發(fā)出各自的PID自整定軟件。另外,根據(jù)DCS的控制功能,在基本的PID算法基礎(chǔ)上,可以開發(fā)各種改進算法,以滿足實際工業(yè)控制現(xiàn)場的各種需要,諸如帶死區(qū)的PID控制、積分分離的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有邏輯選擇功能的PID控制等等。與傳統(tǒng)的PID控制不同,基于非參數(shù)模型的預(yù)測控制算法是通過預(yù)測模型預(yù)估系統(tǒng)的未來輸出的狀態(tài),采用滾動優(yōu)化策略計算當(dāng)前控制器的輸出。
根據(jù)實施方案的不同,有各種算法,例如,內(nèi)??刂?、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制等。目前,實用預(yù)測控制算法已引入DCS,例如IDCOM控制算法軟件包已廣泛應(yīng)用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、石腦油催化重整等實際工業(yè)過程。此外,還有霍尼韋爾公司的HPC,橫河公司的PREDICTROL,山武霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN系統(tǒng)中開發(fā)的基于卡爾曼濾波器的預(yù)測控制器等等。這類預(yù)測控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往預(yù)測控制之前進行噪聲濾波,而是把卡爾曼濾波器作為最優(yōu)狀態(tài)推測器,同時進行最優(yōu)狀態(tài)推測和噪聲濾波。
先進控制算法還有很多。目前,國內(nèi)、外許多控制軟件公司和DCS廠商都在競相開發(fā)先進控制和優(yōu)化控制的工程軟件包,希望在組態(tài)軟件中嵌入先進控制和優(yōu)化控制策略。
當(dāng)大量現(xiàn)場信息由智能儀表或通過現(xiàn)場總線直接進入計算機控制系統(tǒng)后,存在著計算機內(nèi)部應(yīng)用程序?qū)ΜF(xiàn)場信息的共享與交互問題。由于缺乏統(tǒng)一的連接標準,工控軟件往往需要為硬件設(shè)備開發(fā)專用的驅(qū)動程序。這樣一旦硬件設(shè)備升級換代,就需要對相應(yīng)的驅(qū)動程序進行更改,增加了系統(tǒng)的維護成本。即使計算機中的SCADA有獨立的驅(qū)動程序,但一般也不允許同時訪問相同的設(shè)備,否則很容易造成系統(tǒng)崩潰。可見,現(xiàn)場控制層作為企業(yè)整個信息系統(tǒng)的底層部分,必然需要與過程管理層和經(jīng)營決策層進行集成,這樣也存在著監(jiān)控計算機如何與其它計算機進行信息溝通和傳遞的問題。由于控制系統(tǒng)往往是不同廠商開發(fā)的專用系統(tǒng),相互之間兼容性差,與高層的商業(yè)管理軟件之間又缺乏有效的通信接口,因此通信規(guī)范問題成為了制約控制系統(tǒng)突破“信息孤島”的瓶頸。OPC(OLE for Process Control)的出現(xiàn),建立了一套符合工業(yè)控制要求的通信接口規(guī)范,使控制軟件可以高效、穩(wěn)定地對硬件設(shè)備進行數(shù)據(jù)存取操作,應(yīng)用軟件之間也可以靈活地進行信息交互,極大提高了控制系統(tǒng)的互操作性和適應(yīng)性從軟件的角度來說,OPC可以看成是一個“軟件總線”的標準。首先,它提供了不同應(yīng)用程序間(甚至可以是通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的不同工作站上的應(yīng)用程序之間)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ罉藴?其次,它還針對過程控制的需要定義了在通道中進行傳輸和交換的格式。OPC標準的體系結(jié)構(gòu)為客戶/服務(wù)器模式,即將軟件分為OPC服務(wù)器和OPC 客戶。OPC服務(wù)器提供必要的OPC數(shù)據(jù)訪問標準接口;OPC客戶通過該標準接口來訪問OPC數(shù)據(jù)。運用OPC標準開發(fā)的軟件由于都基于共同的數(shù)據(jù)及接口標準,因此相互之間具有很強的通用性。這在工業(yè)控制領(lǐng)域中,具有十分現(xiàn)實的意義。
OPC服務(wù)器可由不同供應(yīng)商提供,其代碼決定了服務(wù)器訪問物理設(shè)備的方式、數(shù)據(jù)處理等細節(jié)。但這些對OPC客戶程序來說都是透明的,只需要遵循相同的規(guī)范或方法就能讀取服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。同樣,軟件供應(yīng)商則只需將自己的軟件加上OPC接口,即能從OPC服務(wù)器中取得數(shù)據(jù),而不需關(guān)心底層的細節(jié)。通過OPC接口,OPC客戶程序可以和一個或多個不同的OPC服務(wù)器連接。同時一個OPC服務(wù)器也可以與多個客戶程序相連,形成多對多的關(guān)系。任何支持OPC的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)與系統(tǒng)的無縫集成。由于OPC技術(shù)基于DCOM,所以客戶程序和服務(wù)器可以分布在不同的主機上,形成網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)。OPC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,無論供應(yīng)商還是最終用戶都可以從中得到巨大的益處。首先,OPC技術(shù)把硬件和應(yīng)用軟件有效地分離開,硬件廠商只需要提供一套軟件組件,所有OPC客戶程序都可以使用這些組件,無需重復(fù)開發(fā)驅(qū)動程序。一旦硬件升級,只需修改OPC服務(wù)器端I/O接口部分,無需改動客戶端程序。其次,工控軟件只要開發(fā)一套OPC接口就可采用統(tǒng)一的方式對不同硬件廠商的設(shè)備進行存取操作。這樣,軟硬件廠商可以專注于各自的核心部分,而不是兼容問題。
對于最終用戶而言,由于無需擔(dān)心互操作性,在選擇和更換軟硬件時有了更多的余地,使異構(gòu)計算機系統(tǒng)集成將變得很簡單。用戶可以將重點放在整個系統(tǒng)的功能及應(yīng)用上,這也意味著成本的降低。此外,OPC組件的使用也十分方便,用戶只需進行簡單的組態(tài)即可。OPC服務(wù)器在底層控制系統(tǒng)中采用統(tǒng)一的標準,實現(xiàn)了應(yīng)用程序與現(xiàn)場設(shè)備的有效連接,發(fā)揮著重要的橋梁作用,同時也促進了企業(yè)現(xiàn)場控制層和生產(chǎn)過程管理層、經(jīng)營決策層的集成。