DCS集散型控制系统发展综述

摘要：DCS集散控制系统是分散控制、集中管理的共用控制、共用显示的开放的仪表计算机控制系统。文章综述了DCS集散控制系统的发展历史，阐述了DCS集散控制系统在国内外的发展现状，并在此基础上对DCS集散控制系统的发展趋势进行了展望。

关键词：DCS集散控制系统；仪表计算机控制系统；集中管理；分散控制；通信网络 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）10-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0898

DCS集散控制系统是一种综合控制系统，是分散控制、集中管理的共用控制、共用显示的开放的仪表计算机控制系统。它是以微处理器为基础的集中分散型控制系统，由过程控制级和过程监控级组成，以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。DCS集散控制系统融合了计算机技术、网络技术、通讯技术和自动控制技术，是一种把危险分散，控制集中优化的新型控制系统，由集中管理、分散控制、通信网络三大部分组成。

1 DCS集散型控制系统的发展历史

1975年美国霍尼韦尔（Honey Well）推出了第一套集散型控制系统TDCS-2000，同期日本横河株式会社推出了CENTUM，美国泰勒仪器公司推出了MOD Ⅲ系统，德国西门子公司推出了TELEPERM M系统，英国肯特过程控制公司推出了P 400系统等。随着集散型控制系统硬件和软件功能的不断完善和发展，DCS集散型控制系统的发展大致经历了四个阶段，具体如下：

1.1 第一阶段（1975～1980年）

1975～1980年为DCS集散控制系统的初创阶段。该阶段以微处理器为基础的过程控制单元，操作站与过程控制单元相分离，实现分散控制和集中管理的功能；系统在完成具有各种控制功能算法功能的同时，还具备自诊断功能；在硬件制造和软件设计中采取了抗干扰措施等可靠技术，对数据进行处理；采用先进的冗余通信技术，使系统更为可靠。这一阶段的DCS集散控制系统的过程控制功能比较成熟可靠，但是系统的人机界面功能相对较弱，提供的信息量也较小，在功能上接近仪表控制系统，而且各厂商的DCS集散控制系统在通讯上自成体系，未形成相互数据通信的标准。

1.2 第二阶段（1980～1985年）

1980～1985年是DCS集散控制系统的成熟期。该阶段的操作站及过程控制单元采用16位微处理器，CRT显示器分辨率提高，并通过软件扩展和组织规模不同的系统，在局部控制网络上挂接历史模件、应用模件和计算机模件，强化了模块化系统，强化了系统信息管理。这一阶段DCS集散控制系统引入局域网，使数据通信能力提高，功能不断完善，常规控制、逻辑控制和批量控制相结合，数据通信范围扩大，数据传输效率提高，数据通信质量改善等。

1.3 第三阶段（1985～1999年）

1985～1999年是DCS集散控制系统的扩展期。该阶段的操作站采用32位微处理器，使用触摸屏幕或鼠标，并且运用窗口技术及智能显示技术，使操作完全图形化，内容丰富、直观，画面显示的速度加快。系统软件通常釆用实时多用户多任务的操作系统，符合国际上的通用标准，支持多种语言以及梯形逻辑语言和一些编程语言。该阶段DCS系统采用开放的、标准的系统管理，达到了使不同功能、种类的仪表设备、系统实现通信、数据共享的目的。

1.4 第四阶段（2000～至今）

2000年以后是DCS集散控制系统的高速发展期。各DCS集散控制系统厂商采用先进的网络通信、计算机硬件、嵌入式系统术、现场总线、各种组态软件、数据库等技术，并根据用户对先进控制功能和管理功能需求的增加，开发出新一代DCS控制系统，使DCS系统功能得到进一步提升，并不断丰富其内容。在该阶段实现了组态技术和软件的标准化，引入了可编程序控制器技术、现场总线技术、先进过程控制等技术，为DCS系统向大型化的计算机集成制造系统发展提供了有力的支持和保障。

2 DCS集散控制系统国内外的发展现状

国外DCS集散型控制系统的主要生产厂家集中在美国、日本、德国的西方发达国家。如美国Honeywell的TDC3000＼MICRO、TDC3000、TDC3000X等；Foxboro的I/AS；Westing House的WDPF；WsileyY的NETWORK90、INF90；日本横河的CENTUM、CS；Yewpark的MARK Ⅱ；德国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、横河公司的R3、ABB公司的Industrial IT系统成为新一代DCS集散控制系统的代表。

我国的DCS集散控制系统在20世纪80年代末开始技术引进、自主研发并逐渐普及。经过20多年的努力，国内DCS控制系统得到不断完善，水平接近国际同类产品。我国DCS集散控制系统主要应用于中小工业企业。我国的DCS集散控制系统厂商以国电智深、和利时、浙大中控、上海新华为代表。其中国电智深推出EDPF-NT、和利时推出MACS-Smartpro、浙大中控推出Webfield（ECS）系统、上海新华推出XDPF-400系统，在国内DCS集散控制系统市场中具有相当强的竞争能力，使得DCS集散控制系统在国内中小工业企业中得到普及和应用。国电智深、和利时公司在核电、热电、化工、水泥、制药、造纸等行业的集散控制系统应用中有相当不错的业绩，浙大中控在化工控制等方面业绩突出，上海新华公司在火力发电等方面取得显著成绩。国产DCS集散控制系统在综合技术水平上和国外系统相当，但是和国外的知名大公司相比，国产DCS集散控制系统在生产管理和质量管理上存在经验不足的问题，这是国产DCS集散控制系统在今后的发展中应该着重解决的问题。

3 DCS集散控制系统的发展方向

3.1 信息化

随着计算机技术、网络通讯技术、数据存储和压缩技术的发展，DCS集散控制系统的信息集成和管理也提高到一定的程度。DCS集散控制系统在垂直方向上向上扩展，组成信息系统。该信息系统包括MES和ERP。MES是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，其核心是信息集成，它为经营计划管理层与底层控制之间架起桥梁。ERP包括财务管理、生产控制、物流管理和人力资源等基本功能，为企业决策层提供企业财务状况，用于企业决策。DCS集散控制系统的信息化体现在各DCS集散控制系统不是一个以控制为主的控制系统，而且是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统，同时这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。

3.2 集成化

DCS集散控制系统的集成化主要体现在功能的集成和产品的集成两个方面。DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（采集发送器）、FCS、各种回路调节器、各种智能采集或控制单元等。

3.3 智能化

由于数据库系统、推理机能的发展，专家系统、知识库系统应用，以专家系统、模糊逻辑、人工神经网络为代表的人工智能技术在DCS集散控制系统的各级得到实现，并推动包括DCS在内的自动控制向着基于知识的智能控制系统方向发展。

3.4 DCS平台的开放化

随着数据库技术、网络技术、软件技术及现场总线技术的发展为开放系统提供可能。各DCS集散控制系统厂商竞争加剧，促进了细化分工与合作，并放弃了原来自己独立开发的工作模式，变成集成与合作的开发模式，有力地推动了DCS平台的开放化。

3.5 标准化

IEC61131-3可编程控制器编程语言标准的制定为DCS集散控制系统的编程提供了基础，IEC61499标准进一步完善了编程语言标准，可采用标准功能模块实施很复杂的控制问题。采用标准化图形库、标准化图形符号、标准化数据库和标准化组态操作等，使人机界面软件系统的标准化取得一定进展。采用标准化集成芯片、标准化电路设计和优化设计方法、标准化机柜等，使DCS集散控制系统硬件标准化方面取得一定成绩。

4 结语

DCS集散控制系统是对生产过程进行集中管理和分散控制的计算机系统。该系统具有良好的结构可扩展性以及高度的可靠性，但现场总线控制系统在控制精度、控制速度以及控制分散程度上具有DCS集散控制系统无法替代的优势，所以DCS集散控制系统只有不断吸收新技术、开辟新途径，才能提高自身的竞争力，使自己在市场上有更强的竞争力。

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作者简介：胡嘉伟（1973-），男，湖北武汉人，贵州开磷集团矿肥有限公司工程师，研究方向：电子技术。

（责任编辑：黄银芳）