浅析DCS控制系统的特点与发展趋势

浅析 DCS控制系统的特点与发展趋势

孙景秋

哈尔滨翼高智能科技有限公司 黑龙江 哈尔滨 150029

摘要：DCS控制系统可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

关键词：DCS控制系统；特点；发展趋势

一、DCS控制系统的发展

集散控制系统是1975年首先由美国霍尼威尔（Honeywell）公司推出的，当时DCS还在初创阶段，产品还是集散控制系统的雏形。随着半导体技术、显示技术、控制技术、网络技术和软件技术等高新技术的发展，集散控制系统进入了第二代集散控制系统。美国Foxboro公司在1987年推出的I/AS系统标志着集散控制系统进入了第三代。它的主要改变是在局域网络方面，在符合开放系统的各制造厂产品间可以相互连接、相互通信和进行数据交换，第三方的应用软件也能在系统中应用，从而使集散控制系统进入了更高的阶段，同时第三代集散控制系统所提供的控制功能也有了增强。

目前，我国DCS控制系统已取得了显著的发展，有众多的国产品牌，并逐步掌握从操作系统到芯片在内的全国产技术。原国产品牌DCS，其内部CPU（中央处理器）、AD/DA、MCU、 FPGA、千兆PHY芯片等核心芯片均采用进口；控制器嵌入式操作系统、上位机操作系统等多采用非开源进口操作系统。随着近年来国家政策扶持和市场优胜劣汰发展，一批优质的国产软硬件品牌已经取得长足进步。在选型调研中发现：适用于DCS系统的国产芯片、元器件、操作系统及软件，与同等级别进口产品在性能指标方面旗鼓相当。

二、DCS控制系统特点

DCS控制系统能被广泛应用的原因是它具有优良的特性。与模拟电动仪表比较，它具有连接方便、采用软连接的方法连接容易更改、显示方式灵活、显示内容多样、数据存储量大等优点；与计算机集中控制比较，它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点。因此，在各行各业各个领域得到了应用。

（1） 分级递阶控制

DCS控制系统是分级递阶控制系统。它在垂直方向和水平方向都是分级的。最简单的集散控制系统至少在垂直方向分为两级，即操作管理级和过程控制级。在水平方向上各个过程控制级之间是相互协调的分级，它们把数据向上送达操作管理级，同时接收操作管理级的指令，各个水平分级间相互也进行数据的交换，这样的系统是分级的递阶系统。集散控制系统的规模越大，系统的垂直和水平分级的范围也越广。

（2） 分散控制

DCS控制是集散控制系统的另一特点，分散是针对集中而言的。在计算机控制系统的应用初期，控制系统是集中式的，即一个计算机完成全部的操作监督和过程的控制。集中式的计算机控制系统是在中央控制室集中控制的基础上发展而来。由于在一台计算机上把所有的过程信息的显示、记录、运算、转换等功能集中在一起，也产生了一系列的问题。首先是一旦计算机发生故障，将造成过程操作的全线瘫痪，为此，危险分散的想法就提了出来，冗余的概念也产生了。但是，要采用一个同样的计算机控制系统作为原系统的后备，无论从经济上还是从技术上都是行不通的。对计算机功能的分析表明，在过程控制级进行分散，把过程控制与操作管理进行分散是可能的和可行的。

（3） 自治和协调性

集散控制系统的各组成部分是各自为政的自治系统，它们各自完成各自的功能，相互间又有联系，数据信息相互交换，各种条件互相制约，在系统的协调下工作。在集散控制系统中，分散过程控制装置是一个自治的系统，它完成数据的采集、信号处理、计算及数据输出等功能。操作管理装置完成数据的显示、操作监视和操纵信号的发送等功能。通信系统则完成操作管理装置与分散过程控制装置间的数据通信。集散控制系统的各部分是各自独立的自治系统，但是，在系统中它们又是互相协调工作的。

三、发展趋势

近年来，在DCS关联领域有许多新进展，主要表现在如下一些方面。

（1）系统功能向开放式方向发展。传统DCS的结构是封闭式的，不同制造商的DCS之间难以兼容。而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权，用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统，达到最佳的系统集成。这里不仅包括DCS与DCS的集成，更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。

（2）仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展。工业控制设备的智能化、网络化发展，可以促使过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。另外，由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高，并具备双向通信和自诊断功能等特点，致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。

（3）工控软件正向先进控制方向发展。广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向，主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。在未来，工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

（4）现场总线是集散控制系统向着全数字化系统发展的结果，也是集散控制系统向下开放的产物。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。全数字化的直接结果是可以大量减少现场接线，由于使用单个现场仪表就可实现多变量通信，且现场已经增加了控制功能，这样不仅使系统集成大为简化，维护变得十分简便，而且可明显节约仪表装置系统的投资。

参考文献：

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