DCS控制系统及其应用

王赞赞 杨光

摘 要：集散控制系统（Total Distributed Control System，DSC）是20世纪70年代中期发展起来的以微处理器为基础的分散型计算机控制系统。它是控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）、阴极射线管（CRT）图形显示技术和网络技术相结合的产物。该装置时利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。

关键词：集散控制系统;DSC;优缺点;计算机控制系统

0引言

集散控制系统（Total Distributed Control System，DSC）是20世纪70年代中期发展起来的以微处理器为基础的分散型计算机控制系统。它是控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通信技术（Communication）、阴极射线管（CRT）图形显示技术和网络技术相结合的产物。该装置时利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。

1、DCS发展历程

1.1第一代DCS（初创期）

是指从其诞生的1975～1980年间所出现的第一批系统，以Honeywell的TDC-2000为代表，还有Yokogawa（即横河）公司的Yawpark系统、Foxboro公司的Spectrum系统、Bailey公司Netwook90系统等。第一代DCS是由过程控制单元、数据采集单元、CRT操作站、上位管理计算机及连接各个单元和计算机的高速数据通道等五个部分组成，奠定了DCS的基础体系结构。这个时期的系统的特点是：比较注重控制功能的实现，系统的设计重点是现场控制站;系统的人机界面功能则相对较弱，在实际中只用CRT操作站进行现场工况的监视，使得提供的信息也有一定的局限;在功能上更接近仪表控制系统;各个厂家的系统均由专有产品构成，包括高速数据通道、现场控制站、人机界面工作站及各类功能性的工作站等，不仅系统的购买价格高，系统的维护运行成本也高。可以说DCS的这个时期是超利润时期，其应用范围也受到一定的限制。

1.2第二代DCS（成熟期）

是在1980～1985年推出的各种系统，其中包括Honeywell公司的TDGC-3000、Fisher公司的PROVOX、Taylor公司的MOD300及Westinghouse公司的WDPF等。第二代DCS的最大特点是引入了局域网（LAN）作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统管理站及网关，使得系统的规模、容量进一步增加，系统的扩充有更大的余地，也更加方便。在功能上，这个时期的DCS逐步走向完善，除回路控制外，还增加了顺序控制、逻辑控制等功能，加强了系统管理站的功能，可实现一些优化控制和生产管理功能。

1.3第三代DCS（扩展期）

以1987年Foxboro公司推出的I/ASeries为代表，该系统采用了ISO标准MAP（制造自动化规约）网络。这一时期代表产品还有Honeywell公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-XL/μXL、Bailey公司的INFI-90、Westinghouse公司的WDPFⅡ等。这个时期的DCS在功能上实现了进一步的扩展，增加了上层网络，将生产的管理功能纳入到系统中，形成了直接控制、监督控制和协调优化、上层管理三层功能结构;在网络方面，各个厂家已普遍采用了标准的网络产品;由IEC61131-3所定义的五种组态语言为大多数DCS厂家所采纳;在构成系统的产品方面，除现场控制站基本上还是各个DCS厂家的专有产品外，人机界面工作站、服务器和各种功能站的硬件和基础软件，如操作系统等，已全部采用了市场采购的商品，使系统的成本大大降低，DCS已逐步成为一种大众产品，在越来越多的应用中取代了仪表控制系统而成为控制系统的主流。

1.4新一代DCS

其技术特点包括全数字化、信息化和集成化。DCS发展到第三代，尽管采用了一系列新技术，但是生产现场层仍然没有摆脱沿用了几十年的常规模拟仪表。生产现场层的模拟仪表与DCS各层形成极大的反差和不协调，并制约了DCS的发展。因此，将现场模拟仪表改为现场数字仪表，并用现场总线（fieldbus）互联。由此带来的DCS控制站的变革，即将控制站内的软件功能模块分散的分布在各台现场数字仪表中，并可统一组态构成控制回路，实现彻底的分散控制。

2、DCS优缺点

2.1优点

DCS有一系列特点和优点，主要表现在以下六个方面：分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性、先进性和继承性、可靠性和适应性、友好性和新颖性。

DCS分散性的含义是广义的，不但是分散控制，还有地域分散、设备分散、功能分散和危险分散的含义。分散的目的是为了使危险分散，进而提高系统的可靠性和安全性。

DCS的集中性是指集中监视、集中操作和集中管理。DCS通信网络和分布式数据库是集中性的具体体现，用通信网络把屋里分散的设备构成统一的整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享。因此，可以同时在多台操作员站上实现集中监视、集中操作和集中管理。

DCS的自治性是指系统中的各台计算机均可独立的工作，例如，过程控制站能自主的进行信号输入、运算、控制和输出;操作员站能自主的实现监视、操作和管理;工程师站的组态功能更为独立，既可在线组态，也可离线组态。

DCS的协调性是指系统中的各台计算机用通信网络互联在一起，相互传送信息，相互协调工作，以实现系统的总体功能。

DCS的灵活性和扩展性表现在DCS采用模块式结构，提供各类功能模块，可灵活的组态构成简单、复杂各类控制系统。另外，还可根据生产工艺和流程的改变，随时修改控制方案，在系统容量允许范围内，只需通过组态就可以构成新的控制方案。

DCS采用了一系列冗余技术，如控制站主机、IO板、通信网络和电源等均可双重化，而且采用热备份工作方式，自动检查故障， 一旦出现故障立即自动切换。同时，通过故障诊断与维护软件，实施检查系统的硬件和软件故障，并采用故障屏蔽技术，使故障影响尽可能地小。

2.2缺点（与FCS比较）

（1）浪费一次性投资

由于現场总线的投资门槛低，可扩展性好，用户可根据使用的需要灵活调整投资方案，逐步投入，滚动发展，因此一次性投资较节省，投资风险性较小。此外，现场总线控制系统中分散在现场的智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能，因此可以变送器的数量，不再需要单独的调节器和计算单元等，也不再需要传统控制系统中的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线。还可以用工控机作为操作站，从而节省了大量硬件投资，控制室的占地面积也可以大大减少。所以，传统控制系统比现场总线控制系统浪费了大量投资资源。

（2）控制准确度与可靠性不高

由于现场总线设备的智能化和数字化，可将传送过程的误差降至最低。因此，控制准确度只取决于传感器的灵敏度和执行器的准确度，系统控制准确度大大提高。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，使系统工作可靠性大大提高。与之相比，传统控制系统的控制准确度与可靠性就大打折扣了。

（3）用户的选择性不多

由于现场总线的开放性，使用户可以对各设备厂商的产品任意进行选择并组成系统，不必考虑接口是否匹配的问题，从而使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。所以，传统控制系统不能给用户更多的选择空间。

3、结束语

DCS系统发展迅猛，可靠性高、维护方便、操作方便、组态灵活方便、强大的数据处理能力、开放的体系结构，提高了工作效率，应该大力推广。

参考文献：

[1] 陈瑞军.DCS在电厂中的应用及发展方向探讨[J].内蒙古电力技术，2007，（6）.

[2] 王常力.最新DCS的体系结构和技术特点[J].自动化博览，2005.