集散控制系统优化方案

集（也有译为分）散控制（Distribute Control System，DCS）主要用于过程控制。它的诞生以1975年Honeywell公司推出的TDC2000系统为标志。关于过程控制，于上个世纪六七十年代占主导地位的是模拟仪表。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。

20世纪70～80年代占主导地位的变为集中式数字控制系统。用的是数字信号，克服了模拟仪表精度低的缺陷，并提高了系统的抗干扰能力。

集中式数字控制的另一优点是，易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排。不足的是，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。

于20世纪70年代中期出现了集散控制（DCS）。它的核心思想是，集中管理、分散控制。上位机集中进行监视、管理，分散到现场的下位机，实施控制。上、下位机之间用网络互连，进行信息交换。因此，这种结构减少了出现故障的风险。

同时，DCS功能多样、操作简便、系统便于扩展、维护方便、可靠性高、便于与其它计算机联用等特点，所以尽管其价格比其它控制产品要贵一些，系统的开放性远比其它产品差，但由于其可靠性和安全性及性能等方面的优点，还是获得了广泛的应用。

DCS自问世以来，大约有三次比较大的变革。20世纪70年代，它的操作员站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发，并且设有动态流程图。通信网络基本上是轮询方式的；80年代，它的通信网络较多使用令牌方式；90年代，它的操作员站出现了通用系统，90年代末，它的通信网络有的部分遵循TCP/IP协议，有的开始采用以太网。20多年以来，DCS已经广泛应用于各工业领域并趋于成熟。

发展到今天，DCS已将开放性作为一个必要的指标，虽然各生产厂商的DCS不能直接相连，但各DCS由于采用了国际标准化的网络和通用的数据库以及其它技术，因此各DCS的相连不再是件难事。另外，早期的DCS一般尽量采用成熟的计算机技术，而以技术保守著称，而今的DCS厂商为提高系统的计算性能和竞争实力争相采用最先进的计算机技术。过去的DCS最多的是为用户提供一个控制系统平台，用户通过组态实现过程控制功能，而当今的DCS几乎都增加了综合管理功能，以实现全厂综合自动化为目标。

出自石化、冶金、电力等行业的改造和新建工程的急需，于20世纪80年代，我国从国外引进了几百套DCS，其型号大约不少于60余种。这些系统投资高，中、小型企业很难承受。为此，进入90年代后，我国的一些厂家也已开发或正在开发适合我国中、小型企业使用的小型DCS。这些产品价格较低，备品、备件齐全，技术也较先进，同时，它的组态学习容易、技术支持也很得力。

DCS的基础是系统网络。因此，网络的实时性、可靠性、扩充性及重构性一定要好。

系统网络的实时性是指，必须在确定的时间内完成所需信息的传送。衡量这个性能指标，不仅仅是用网络的速率（波特率），而是要看是否能在要求的时间内，确保所需信息的传输。

系统网络可靠性是指，无论在任何情况下，网络通信都不能中断。因此多数DCS是采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。

系统的扩充性是指，可接入的最大节点数量，应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行，处于较轻的负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。

系统网络重构性是指，在系统实际运行过程中，各个节点可任意地上网、下网，而不影响系统的正常运行。(www.xing528.com)

DCS通过现场网络节点实施对I/O控制或数据采集。一般在一套DCS中，要设置多个现场I/O控制站，以分担整个系统的I/O控制功能与数据采集功能。

此外，DCS还有操作员站，它是人机界面（Human Machine Interface，HMI或Operator Interface）的网络节点。操作员可使用它处理与操作有关的事务。

再者，DCS还有工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。其功能是对DCS进行配置、组态；并在线监视DCS网络上各个节点的运行情况，调整系统配置及一些系统设定参数，使DCS处在最佳的工作状态下工作。

DCS的控制及数据处理能力是很强的，网络速度是很高的。由于它可进行完全冗余配置，故可靠性也是很高的。同时，它可设立较多的工程师站、操作员站、服务器站，并可配备相应软件，故系统配置及实际操作也都很方便。这些多是PLC所不及的。

但是，在集散控制系统中，分布式控制的实现得益于网络技术的发展和应用。遗憾的是，目前这个通信网络都是各自专用的，封闭的，不同厂家的DCS系统之间难以实现网络互连和信息共享。

此外，DCS还有以下一些不足：

首先是其一对一结构，即一台仪表，一对传输线，单向传输1个信号。这种一对一结构造成接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难。而模拟信号传输不仅精度低，且易受干扰。为此采用各种措施进行提高抗干扰性和传输精度，其结果是增加了成本。

其次，是失控状态。操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作状况，也不能对其进行参数调整，更不能预测事故，导致操作员对其处于失控状态。由于操作员不能及时发现现场仪表的故障，而发生的事故已屡见不鲜。

再次，互操作性差。尽管模拟仪表统一了4～20mA的信号标准，可大部分技术参数仍由制造商自定，致使不同品牌的仪表无法互换。因此导致了用户依赖制造厂，无法使用性能价格比最优的配套仪表，甚至出现个别制造商垄断市场的局面。

最后，DCS的组成系统庞大，价格昂贵。开关量控制功能差，故只适用于系统较大、主要为过程控制、工作可靠要求较高，而投资实力又较雄厚的场合。

随着技术发展，DCS技术也在发展：正向综合方向发展，正将各种单（多）回路调节器、PLC、工业PC、NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放式的大趋势；正向智能化方向发展，正使用以微处理器为基础的各种智能设备，如智能I/O、智能PID控制器、智能传感器、变送器、执行器、智能人机接口、可编程调节器等等；正向工业PC化发展，IPC成为DCS的硬件平台；正向专业化发展，正形成如核电DCS，变电站DCS、玻璃DCS、水泥DCS等。

PLC与DCS相比，其功能、可靠性、控制能力及使用方便，特别在软件的配套上差距是不小的。但PLC开关量控制方便，价格低，可从别的领域，包括DCS，吸收长处，发展很快。DCS有的技术，它也逐步有了如网络化、冗余配置、配套软件，现也已越来越多样，也越来越完善了。