DCS集散型控制系統發展綜述

摘要：DCS集散控制系統是分散控制、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。文章綜述了DCS集散控制系統的發展歷史，闡述了DCS集散控制系統在國內外的發展現狀，并在此基礎上對DCS集散控制系統的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：DCS集散控制系統；儀表計算機控制系統；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集散控制系統是一種綜合控制系統，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。它是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統，由過程控制級和過程監控級組成，以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，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，控制集中優化的新型控制系統，由集中管理、分散控制、通信網絡三大部分組成。

1 DCS集散型控制系統的發展歷史

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，德國西門子公司推出了TELEPERM M系統，英國肯特過程控制公司推出了P 400系統等。隨著集散型控制系統硬件和軟件功能的不斷完善和發展，DCS集散型控制系統的發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集散控制系統的初創階段。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，使系統更為可靠。這一階段的DCS集散控制系統的過程控制功能比較成熟可靠，但是系統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，而且各廠商的DCS集散控制系統在通訊上自成體系，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模不同的系統，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，強化了系統信息管理。這一階段DCS集散控制系統引入局域網，使數據通信能力提高，功能不斷完善，常規控制、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。系統軟件通常釆用實時多用戶多任務的操作系統，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系統采用開放的、標準的系統管理，達到了使不同功能、種類的儀表設備、系統實現通信、數據共享的目的。

1.4 第四階段（2000～至今）

2000年以后是DCS集散控制系統的高速發展期。各DCS集散控制系統廠商采用先進的網絡通信、計算機硬件、嵌入式系統術、現場總線、各種組態軟件、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，開發出新一代DCS控制系統，使DCS系統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系統向大型化的計算機集成制造系統發展提供了有力的支持和保障。

2 DCS集散控制系統國內外的發展現狀

國外DCS集散型控制系統的主要生產廠家集中在美國、日本、德國的西方發達國家。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系統成為新一代DCS集散控制系統的代表。

我國的DCS集散控制系統在20世紀80年代末開始技術引進、自主研發并逐漸普及。經過20多年的努力，國內DCS控制系統得到不斷完善，水平接近國際同類產品。我國DCS集散控制系統主要應用于中小工業企業。我國的DCS集散控制系統廠商以國電智深、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、上海新華推出XDPF-400系統，在國內DCS集散控制系統市場中具有相當強的競爭能力，使得DCS集散控制系統在國內中小工業企業中得到普及和應用。國電智深、和利時公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥、造紙等行業的集散控制系統應用中有相當不錯的業績，浙大中控在化工控制等方面業績突出，上海新華公司在火力發電等方面取得顯著成績。國產DCS集散控制系統在綜合技術水平上和國外系統相當，但是和國外的知名大公司相比，國產DCS集散控制系統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集散控制系統在今后的發展中應該著重解決的問題。

3 DCS集散控制系統的發展方向

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展，DCS集散控制系統的信息集成和管理也提高到一定的程度。DCS集散控制系統在垂直方向上向上擴展，組成信息系統。該信息系統包括MES和ERP。MES是面向車間層的生產管理技術與實時信息系統，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，為企業決策層提供企業財務狀況，用于企業決策。DCS集散控制系統的信息化體現在各DCS集散控制系統不是一個以控制為主的控制系統，而且是一個充分發揮信息管理功能的綜合平臺系統，同時這些信息充分體現了全面性、準確性、實時性和系統性。

3.2 集成化

DCS集散控制系統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（采集發送器）、FCS、各種回路調節器、各種智能采集或控制單元等。

3.3 智能化

由于數據庫系統、推理機能的發展，專家系統、知識庫系統應用，以專家系統、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方向發展。

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展為開放系統提供可能。各DCS集散控制系統廠商競爭加劇，促進了細化分工與合作，并放棄了原來自己獨立開發的工作模式，變成集成與合作的開發模式，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操作等，使人機界面軟件系統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化設計方法、標準化機柜等，使DCS集散控制系統硬件標準化方面取得一定成績。

4 結語

DCS集散控制系統是對生產過程進行集中管理和分散控制的計算機系統。該系統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集散控制系統無法替代的優勢，所以DCS集散控制系統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。

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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）