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(jì)算機(jī)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(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上對DCS集散控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：DCS集散控制系統(tǒng)；儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；集中管理；分散控制；通信網(wǎng)絡(luò) 文獻(xiàn)標(biāo)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是以微處理器為基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等4C技術(shù)，可提供窗口友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的通訊功能。DCS集散控制系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)和自動控制技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)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(jīng)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(chǔ)的過程控制單元，操作站與過程控制單元相分離，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)中采取了抗干擾措施等可靠技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；采用先進(jìn)的冗余通信技術(shù)，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(jī)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(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)。

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(kuò)展和組織規(guī)模不同的系統(tǒng)，在局部控制網(wǎng)絡(luò)上掛接歷史模件、應(yīng)用模件和計(jì)算機(jī)模件，強(qiáng)化了模塊化系統(tǒng)，強(qiáng)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(wǎng)，使數(shù)據(jù)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(jié)合，數(shù)據(jù)通信范圍擴(kuò)大，數(shù)據(jù)傳輸效率提高，數(shù)據(jù)通信質(zhì)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(kuò)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(biāo)，并且運(yùn)用窗口技術(shù)及智能顯示技術(shù)，使操作完全圖形化，內(nèi)容豐富、直觀，畫面顯示的速度加快。系統(tǒng)軟件通常釆用實(shí)時多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)，符合國際上的通用標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)管理，達(dá)到了使不同功能、種類的儀表設(shè)備、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信、數(shù)據(jù)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(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)硬件、嵌入式系統(tǒng)術(shù)、現(xiàn)場總線、各種組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，并根據(jù)用戶對先進(jìn)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(jìn)一步提升，并不斷豐富其內(nèi)容。在該階段實(shí)現(xiàn)了組態(tài)技術(shù)和軟件的標(biāo)準(zhǔn)化，引入了可編程序控制器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、先進(jìn)過程控制等技術(shù)，為DCS系統(tǒng)向大型化的計(jì)算機(jī)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(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

國外DCS集散型控制系統(tǒng)的主要生產(chǎn)廠家集中在美國、日本、德國的西方發(fā)達(dá)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(jì)80年代末開始技術(shù)引進(jìn)、自主研發(fā)并逐漸普及。經(jīng)過20多年的努力，國內(nèi)DCS控制系統(tǒng)得到不斷完善，水平接近國際同類產(chǎn)品。我國DCS集散控制系統(tǒng)主要應(yīng)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(nèi)DCS集散控制系統(tǒng)市場中具有相當(dāng)強(qiáng)的競爭能力，使得DCS集散控制系統(tǒng)在國內(nèi)中小工業(yè)企業(yè)中得到普及和應(yīng)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(yīng)用中有相當(dāng)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(chǎn)DCS集散控制系統(tǒng)在綜合技術(shù)水平上和國外系統(tǒng)相當(dāng)，但是和國外的知名大公司相比，國產(chǎn)DCS集散控制系統(tǒng)在生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理上存在經(jīng)驗(yàn)不足的問題，這是國產(chǎn)DCS集散控制系統(tǒng)在今后的發(fā)展中應(yīng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲和壓縮技術(shù)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(kuò)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(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時信息系統(tǒng)，其核心是信息集成，它為經(jīng)營計(jì)劃管理層與底層控制之間架起橋梁。ERP包括財務(wù)管理、生產(chǎn)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(wù)狀況，用于企業(yè)決策。DCS集散控制系統(tǒng)的信息化體現(xiàn)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(xiàn)了全面性、準(zhǔn)確性、實(shí)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(xiàn)在功能的集成和產(chǎn)品的集成兩個方面。DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。

3.3 智能化

由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、推理機(jī)能的發(fā)展，專家系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)應(yīng)用，以專家系統(tǒng)、模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的人工智能技術(shù)在DCS集散控制系統(tǒng)的各級得到實(shí)現(xiàn)，并推動包括DCS在內(nèi)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(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)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(jìn)了細(xì)化分工與合作，并放棄了原來自己獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)化

IEC61131-3可編程控制器編程語言標(biāo)準(zhǔn)的制定為DCS集散控制系統(tǒng)的編程提供了基礎(chǔ)，IEC61499標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善了編程語言標(biāo)準(zhǔn)，可采用標(biāo)準(zhǔn)功能模塊實(shí)施很復(fù)雜的控制問題。采用標(biāo)準(zhǔn)化圖形庫、標(biāo)準(zhǔn)化圖形符號、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)化組態(tài)操作等，使人機(jī)界面軟件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化取得一定進(jìn)展。采用標(biāo)準(zhǔn)化集成芯片、標(biāo)準(zhǔn)化電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)柜等，使DCS集散控制系統(tǒng)硬件標(biāo)準(zhǔn)化方面取得一定成績。

4 結(jié)語

DCS集散控制系統(tǒng)是對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性以及高度的可靠性，但現(xiàn)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(shù)、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(qiáng)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(tuán)礦肥有限公司工程師，研究方向：電子技術(shù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）