DCS集散型控制系統(tǒng)發(fā)展綜述

摘要：DCS集散控制系統(tǒng)是分散控制、集中管理的共用控制、共用顯示的開放的儀表計算機控制系統(tǒng)。文章綜述了DCS集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，闡述了DCS集散控制系統(tǒng)在國內外的發(fā)展現狀，并在此基礎上對DCS集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行了展望。

關鍵詞：DCS集散控制系統(tǒng)；儀表計算機控制系統(tǒng)；集中管理；分散控制；通信網絡 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）10-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0898

DCS集散控制系統(tǒng)是一種綜合控制系統(tǒng)，是分散控制、集中管理的共用控制、共用顯示的開放的儀表計算機控制系統(tǒng)。它是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統(tǒng)，由過程控制級和過程監(jiān)控級組成，以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等4C技術，可提供窗口友好的人機界面和強大的通訊功能。DCS集散控制系統(tǒng)融合了計算機技術、網絡技術、通訊技術和自動控制技術，是一種把危險分散，控制集中優(yōu)化的新型控制系統(tǒng)，由集中管理、分散控制、通信網絡三大部分組成。

1 DCS集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史

1975年美國霍尼韋爾（Honey Well）推出了第一套集散型控制系統(tǒng)TDCS-2000，同期日本橫河株式會社推出了CENTUM，美國泰勒儀器公司推出了MOD Ⅲ系統(tǒng)，德國西門子公司推出了TELEPERM M系統(tǒng)，英國肯特過程控制公司推出了P 400系統(tǒng)等。隨著集散型控制系統(tǒng)硬件和軟件功能的不斷完善和發(fā)展，DCS集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展大致經歷了四個階段，具體如下：

1.1 第一階段（1975～1980年）

1975～1980年為DCS集散控制系統(tǒng)的初創(chuàng)階段。該階段以微處理器為基礎的過程控制單元，操作站與過程控制單元相分離，實現分散控制和集中管理的功能；系統(tǒng)在完成具有各種控制功能算法功能的同時，還具備自診斷功能；在硬件制造和軟件設計中采取了抗干擾措施等可靠技術，對數據進行處理；采用先進的冗余通信技術，使系統(tǒng)更為可靠。這一階段的DCS集散控制系統(tǒng)的過程控制功能比較成熟可靠，但是系統(tǒng)的人機界面功能相對較弱，提供的信息量也較小，在功能上接近儀表控制系統(tǒng)，而且各廠商的DCS集散控制系統(tǒng)在通訊上自成體系，未形成相互數據通信的標準。

1.2 第二階段（1980～1985年）

1980～1985年是DCS集散控制系統(tǒng)的成熟期。該階段的操作站及過程控制單元采用16位微處理器，CRT顯示器分辨率提高，并通過軟件擴展和組織規(guī)模不同的系統(tǒng)，在局部控制網絡上掛接歷史模件、應用模件和計算機模件，強化了模塊化系統(tǒng)，強化了系統(tǒng)信息管理。這一階段DCS集散控制系統(tǒng)引入局域網，使數據通信能力提高，功能不斷完善，常規(guī)控制、邏輯控制和批量控制相結合，數據通信范圍擴大，數據傳輸效率提高，數據通信質量改善等。

1.3 第三階段（1985～1999年）

1985～1999年是DCS集散控制系統(tǒng)的擴展期。該階段的操作站采用32位微處理器，使用觸摸屏幕或鼠標，并且運用窗口技術及智能顯示技術，使操作完全圖形化，內容豐富、直觀，畫面顯示的速度加快。系統(tǒng)軟件通常釆用實時多用戶多任務的操作系統(tǒng)，符合國際上的通用標準，支持多種語言以及梯形邏輯語言和一些編程語言。該階段DCS系統(tǒng)采用開放的、標準的系統(tǒng)管理，達到了使不同功能、種類的儀表設備、系統(tǒng)實現通信、數據共享的目的。

1.4 第四階段（2000～至今）

2000年以后是DCS集散控制系統(tǒng)的高速發(fā)展期。各DCS集散控制系統(tǒng)廠商采用先進的網絡通信、計算機硬件、嵌入式系統(tǒng)術、現場總線、各種組態(tài)軟件、數據庫等技術，并根據用戶對先進控制功能和管理功能需求的增加，開發(fā)出新一代DCS控制系統(tǒng)，使DCS系統(tǒng)功能得到進一步提升，并不斷豐富其內容。在該階段實現了組態(tài)技術和軟件的標準化，引入了可編程序控制器技術、現場總線技術、先進過程控制等技術，為DCS系統(tǒng)向大型化的計算機集成制造系統(tǒng)發(fā)展提供了有力的支持和保障。

2 DCS集散控制系統(tǒng)國內外的發(fā)展現狀

國外DCS集散型控制系統(tǒng)的主要生產廠家集中在美國、日本、德國的西方發(fā)達國家。如美國Honeywell的TDC3000＼MICRO、TDC3000、TDC3000X等；Foxboro的I/AS；Westing House的WDPF；WsileyY的NETWORK90、INF90；日本橫河的CENTUM、CS；Yewpark的MARK Ⅱ；德國Siemens的TELEPERM；ABB公司的MOD300、SIPAOS200等。以Honeywell公司最新推出的Experion PKS、Emerson公司的PlantWeb、Foxboro公司的A2、橫河公司的R3、ABB公司的Industrial IT系統(tǒng)成為新一代DCS集散控制系統(tǒng)的代表。

我國的DCS集散控制系統(tǒng)在20世紀80年代末開始技術引進、自主研發(fā)并逐漸普及。經過20多年的努力，國內DCS控制系統(tǒng)得到不斷完善，水平接近國際同類產品。我國DCS集散控制系統(tǒng)主要應用于中小工業(yè)企業(yè)。我國的DCS集散控制系統(tǒng)廠商以國電智深、和利時、浙大中控、上海新華為代表。其中國電智深推出EDPF-NT、和利時推出MACS-Smartpro、浙大中控推出Webfield（ECS）系統(tǒng)、上海新華推出XDPF-400系統(tǒng)，在國內DCS集散控制系統(tǒng)市場中具有相當強的競爭能力，使得DCS集散控制系統(tǒng)在國內中小工業(yè)企業(yè)中得到普及和應用。國電智深、和利時公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥、造紙等行業(yè)的集散控制系統(tǒng)應用中有相當不錯的業(yè)績，浙大中控在化工控制等方面業(yè)績突出，上海新華公司在火力發(fā)電等方面取得顯著成績。國產DCS集散控制系統(tǒng)在綜合技術水平上和國外系統(tǒng)相當，但是和國外的知名大公司相比，國產DCS集散控制系統(tǒng)在生產管理和質量管理上存在經驗不足的問題，這是國產DCS集散控制系統(tǒng)在今后的發(fā)展中應該著重解決的問題。

3 DCS集散控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

3.1 信息化

隨著計算機技術、網絡通訊技術、數據存儲和壓縮技術的發(fā)展，DCS集散控制系統(tǒng)的信息集成和管理也提高到一定的程度。DCS集散控制系統(tǒng)在垂直方向上向上擴展，組成信息系統(tǒng)。該信息系統(tǒng)包括MES和ERP。MES是面向車間層的生產管理技術與實時信息系統(tǒng)，其核心是信息集成，它為經營計劃管理層與底層控制之間架起橋梁。ERP包括財務管理、生產控制、物流管理和人力資源等基本功能，為企業(yè)決策層提供企業(yè)財務狀況，用于企業(yè)決策。DCS集散控制系統(tǒng)的信息化體現在各DCS集散控制系統(tǒng)不是一個以控制為主的控制系統(tǒng)，而且是一個充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺系統(tǒng)，同時這些信息充分體現了全面性、準確性、實時性和系統(tǒng)性。

3.2 集成化

DCS集散控制系統(tǒng)的集成化主要體現在功能的集成和產品的集成兩個方面。DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實現的過程控制功能之外，還集成了PLC（可編程邏輯控制器）、RTU（采集發(fā)送器）、FCS、各種回路調節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。

3.3 智能化

由于數據庫系統(tǒng)、推理機能的發(fā)展，專家系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)應用，以專家系統(tǒng)、模糊邏輯、人工神經網絡為代表的人工智能技術在DCS集散控制系統(tǒng)的各級得到實現，并推動包括DCS在內的自動控制向著基于知識的智能控制系統(tǒng)方向發(fā)展。

3.4 DCS平臺的開放化

隨著數據庫技術、網絡技術、軟件技術及現場總線技術的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供可能。各DCS集散控制系統(tǒng)廠商競爭加劇，促進了細化分工與合作，并放棄了原來自己獨立開發(fā)的工作模式，變成集成與合作的開發(fā)模式，有力地推動了DCS平臺的開放化。

3.5 標準化

IEC61131-3可編程控制器編程語言標準的制定為DCS集散控制系統(tǒng)的編程提供了基礎，IEC61499標準進一步完善了編程語言標準，可采用標準功能模塊實施很復雜的控制問題。采用標準化圖形庫、標準化圖形符號、標準化數據庫和標準化組態(tài)操作等，使人機界面軟件系統(tǒng)的標準化取得一定進展。采用標準化集成芯片、標準化電路設計和優(yōu)化設計方法、標準化機柜等，使DCS集散控制系統(tǒng)硬件標準化方面取得一定成績。

4 結語

DCS集散控制系統(tǒng)是對生產過程進行集中管理和分散控制的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的結構可擴展性以及高度的可靠性，但現場總線控制系統(tǒng)在控制精度、控制速度以及控制分散程度上具有DCS集散控制系統(tǒng)無法替代的優(yōu)勢，所以DCS集散控制系統(tǒng)只有不斷吸收新技術、開辟新途徑，才能提高自身的競爭力，使自己在市場上有更強的競爭力。

參考文獻

[1] 付揚.集散控制系統(tǒng)組態(tài)然間的設計與實現[J].基礎自動化，2001，8（2）.

[2] 黃步余.分散控制系統(tǒng)在工業(yè)過程中的應用[M].北京：中國石化出版社，1994.

[3] 奚家成，董景辰.DCS的發(fā)展趨勢[J].期刊自動化博覽，2006，6（3）.

[4] 何衍慶，黃海燕，黎冰.集散控制系統(tǒng)原理及應用[M].北京：化工出版社，2009.

[5] 王常力.分布式控制系統(tǒng)的現狀與發(fā)展[J].電氣時代，2004，（1）.

[6] 潘氏永，鄭萍，李英.集散控制系統(tǒng)（DCS）的發(fā)展及展望[J].自動化與儀器儀表，2003，（4）.

[7] 郭瑞芳.淺談現場總線控制系統(tǒng)與集散控制系統(tǒng)[J].現代電子技術，2003，（14）.

[8] 林建勇，王琦.DCS發(fā)展特點初探[J].電力學報，2002，17（2）.

作者簡介：胡嘉偉（1973-），男，湖北武漢人，貴州開磷集團礦肥有限公司工程師，研究方向：電子技術。

（責任編輯：黃銀芳）