在工業(yè)企業(yè)中，應用效益最直接、最明顯的系統(tǒng)應當是工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是DCS（分布式控制系統(tǒng)）。

在工業(yè)企業(yè)中，應用效益最直接、最明顯的系統(tǒng)應當是工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是DCS（分布式控制系統(tǒng)）。盡管若干年以前，就有人判定DCS即將被FCS（現場總線控制系統(tǒng)）所取代，然而直至今日，DCS仍然具有相當的生命力。

ARC咨詢機構2003年發(fā)布了世界DCS市場預測報告。該報告預測，世界DCS市場從2002年至2007年將保持2.5％的增長，從2003年的91億美元增長到103億美元。DCS的發(fā)展速度之所以不高，主要原因是美國等發(fā)達國家的經濟增長速度減慢所造成。而中國近幾年的DCS的增長速度應該在10％以上。當今的DCS與十年前的DCS相比，發(fā)生了根本性的變化。

DCS已經進入第四代

受信息技術（網絡通信技術、計算機硬件技術、嵌入式系統(tǒng)技術、現場總線技術、各種組態(tài)軟件技術、數據庫技術等）發(fā)展的影響，以及用戶對先進的控制功能與管理功能需求的增加，各DCS廠商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、橫河、ABB為代表）紛紛提升DCS系統(tǒng)的技術水平，并不斷地豐富其內容。可以說，以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS（過程知識系統(tǒng)）、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的A2、橫河公司的R3（PRM-工廠資源管理系統(tǒng)）和ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)為標志的新一代DCS已經形成。

如果我們把當年Foxboro公司的IASeries看作第三代DCS系統(tǒng)里程碑的話，那么以上幾家的最新DCS可以劃為第四代。第四代DCS的最主要標志是兩個“I”開頭的單詞：Information(信息)和Integration（集成）。

第四代DCS的技術特點

第四代DCS的體系結構主要分為四層結構：現場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）層和層。一般DCS廠商主要提供除企業(yè)管理層之外的三層功能，而企業(yè)管理層則通過提供開放的數據庫接口，連接第三方的管理軟件平臺（ERP、、SCM等）。所以說，當今DCS主要提供工廠（車間）級的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能。

DCS充分體現信息化和集成化

信息和集成基本描述了當今DCS系統(tǒng)正在發(fā)生的變化。用戶已經可以采集整個工廠車間和過程的信息數據，但是用戶希望這些大量的數據能夠以合適的方式體現，并幫助決策過程，讓用戶以他明白的方式，在方便的地方得到真正需要的數據。

信息化體現在各DCS系統(tǒng)已經不是一個以控制功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺系統(tǒng)。DCS提供了從現場到設備，從設備到車間，從車間到工廠，從工廠到企業(yè)集團整個信息通道。這些信息充分體現了全面性、準確性、實時性和系統(tǒng)性。

大部分DCS提供了過去常規(guī)DCS功能、SCADA（監(jiān)控和數據采集）功能以及MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的大部分功能。與ERP不同，ＭＥＳ匯集了車間中用以管理和優(yōu)化、從下訂單到產成品的生產活動全過程的相關硬件或軟件組件，它控制和利用實時準確的制造信息來指導、傳授、響應并報告車間發(fā)生的各項活動,同時向企業(yè)決策支持過程提供有關生產活動的任務評價信息。ＭＥＳ的功能包括車間的資源分配、過程管理、質量控制、維護管理、數據采集、性能分析和物料管理等功能模型，與DCS相關的各功能模塊有資源配置與狀態(tài)(ResourceAllocationandStatus)、派遣生產單元(DispatchingProductionUnits)、文檔控制(DocumentControl)、數據收集獲取(DataCollectionAcquisition)、勞工管理(LaborManagement)、(QualityManagement)、維護管理(MaintenanceManagement)、產品跟蹤(ProductTracking)、性能分析(PerformanceAnalysis)。

DCS的集成性則體現在兩個方面：功能的集成和產品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當今的DCS廠商更強調的系統(tǒng)集成性和方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實現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、各種多回路調節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。此外，各DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術，而是紛紛把DCS的各個組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數DCS廠商自己不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺，而轉入采用兄弟公司（如Foxboro用Wonderware軟件為基礎）的通用組態(tài)軟件平臺，或其它公司提供的軟件平臺（Emerson用Intellution的軟件平臺做基礎）。此外，許多DCS廠家甚至IO組件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的IO模塊，橫河的R3采用富士電機的Processio作為IO單元基礎,Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockweell公司的PLC單元作為現場控制站。

DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)

過去DCS和PLC主要通過被控對象的特點（過程控制和邏輯控制）來進行劃分。但是，第四代的DCS已經將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現混合控制。這也是為了適應用戶的真正控制需求。因為多數的工業(yè)企業(yè)絕不能簡單地劃分為單一的過程控制和邏輯控制需求，而是由過程控制為主或邏輯控制為主的分過程組成的。我們要實現整個生產過程的優(yōu)化，提高整個工廠的效率，就必須把整個生產過程納入統(tǒng)一的分布式集成信息系統(tǒng)。例如，典型的冶金系統(tǒng)、造紙過程、水泥生產過程、制藥生產過程和食品加工過程、發(fā)電過程，大部分的化工生產過程都是由部分的連續(xù)調節(jié)控制和部分的邏輯聯(lián)鎖控制構成。

第四代的DCS系統(tǒng)幾乎全部采用IEC61131-3標準進行組態(tài)軟件設計。該標準原為PLC語言設計提供的標準。同時一些DCS（如Honeywell公司的PKS）還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過去大型PLC的所有基本邏輯運算功能，而且高級運算、通信以及運動控制也能實現。

DCS包含FCS功能并進一步分散化

過去一段時間，一些學者和廠商把DCS和FCS對立起來。其實，真正推動FCS進步的仍然是世界主要幾家DCS廠商。所以，DCS不會被FCS所代替，而是DCS會包容FCS，實現真正的DCS。如今，這一預測正在被現實所驗證。所有的第四代DCS都包含了各種形式的現場總線接口，可以支持多種標準的現場總線儀表、執(zhí)行機構等。此外，各DCS還改變了原來機柜架式安裝IO模件、相對集中的控制站結構，取而代之的是進一步分散的IO模塊（導軌安裝），或小型化的IO組件（可以現場安裝）或中小型的PLC。

分布式控制的一個重要優(yōu)點是邏輯分割，工程師可以方便地把不同設備的控制功能按設備分配到不同的合適控制單元上，這樣操作工可以根據需要對單個控制單元進行模塊化的功能修改、下裝和調試。另一個優(yōu)點是，各個控制單元分布安裝在被控設備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設備的控制速度。一些DCS還包括分布式HMI就地操作站，人和機器將有機地融合在一起，共同完成一個智能化工廠的各種操作。例如Emerson的DeltaV、Foxboro的A2中的小模塊結構、Ovation的分散模塊結構等。

可以說，現在的DCS廠商已經越過炒作概念的誤區(qū)，而是突出實用性。一套DCS可以適應多種現場安裝模式：或用現場總線智能儀表，或采用現場IO智能模塊就地安裝（既節(jié)省信號電纜，又不用昂貴的智能儀表），或采用柜式集中安裝（特別適合改造現場）。一切由用戶的現場條件決定，充分體現為用戶設想。

DCS進入低成本時代

DCS在上世紀80年代甚至90年代還是技術含量高、應用相對復雜、價格也相當昂貴的工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著應用的普及，大家對信息技術的理解，DCS已經走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的、價格合理的常規(guī)控制產品。

第四代DCS的另一個顯著特征就是各系統(tǒng)紛紛采用現成的軟件技術和硬件（IO處理）技術，采用靈活的規(guī)模配置，明顯地了降低系統(tǒng)的成本與價格?？梢哉f，現在采用先進的DCS實現工業(yè)自動化控制比原來采用常規(guī)的儀器儀表進行簡單控制，用戶投資增加不多，但是實現的功能卻明顯加強。就控制站而言，原來一個物理信號處理平均1500元（人民幣），而現在已經降到800元左右。過去國外DCS一般只適合于大中型的系統(tǒng)應用，在小型應用中成本很高，但第四代DCS都采用靈活的配置，不僅經濟地應用于大中型系統(tǒng)，而且應用于小系統(tǒng)也很合適。

DCS平臺開放與服務專業(yè)化

20年來，業(yè)界討論非常多的一個概念就是開放性。過去，由于通信技術的相對落后，開放性是困擾用戶的一個重要問題。為了解決該問題，人們設想了多種方案，其中包括CIMS系統(tǒng)概念中的開放網絡（MAP7層網絡協(xié)議平臺）。然而，MAP網絡協(xié)議并沒有得到真正的推廣應用。而當代網絡技術、數據庫技術、軟件技術、現場總線技術的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供了可能。各DCS廠家競爭的加劇，促進了細化分工與合作，各廠家放棄了原來自己獨立開發(fā)的工作模式，變成集成與合作的開發(fā)模式，所以開放性自動實現了。

第四代DCS的開放性

開放性體現在DCS可以從三個不同層面與第三方產品相互連接：在企業(yè)管理層支持各種管理軟件平臺連接；在工廠車間層支持第三方先進控制產品SCADA平臺、MES產品、BATCH處理軟件，同時支持多種網絡協(xié)議（以以太網為主）；在裝置控制層可以支持多種DCS單元（系統(tǒng)）、PLC、RTU、各種智能控制單元等，以及各種標準的現場總線儀表與執(zhí)行機構。

開放性的確有很多好處，但是在考慮開放性的同時，首先要充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。因為生產過程的故障停車或事故造成的損失，可能比開放性選擇產品所節(jié)省的成本要高得多。同時注意，在選擇系統(tǒng)設備時，先要確定系統(tǒng)的需求，然后根據需求選擇必要的設備。盡量不要裝備一些不必要的功能，特別是網絡功能和外設的選擇一定要慎重。例如，我們在選擇開放網絡的同時，遭到病毒或黑客襲擊的可能就會加大；我們選擇豐富的外設如光驅或軟驅，就給操作人員提供了裝載無關軟件（如游戲等）的機會等。這些都會導致系統(tǒng)癱瘓或其它致命故障。

隨著開放系統(tǒng)和平臺技術的發(fā)展，產品的選擇更加靈活，軟件組態(tài)功能越來越強大并靈活，但是每一個特定的應用都需要一個獨特的解決方案，所以專業(yè)化的應用知識和經驗是當今工業(yè)自動化廠商或系統(tǒng)集成商成功的關鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術優(yōu)勢的同時，更是努力宣傳自己的行業(yè)方案設計與實施能力。為不同的用戶提供專業(yè)化的解決方案并實施專業(yè)化的服務，將是今后各DCS廠家和系統(tǒng)集成商競爭的焦點，同時也是各廠家盈利的主要來源。

國產DCS技術應用概況

目前，以和利時、浙大中控、上海新華為代表的國內DCS廠家經過10年的努力，各自推出自己的DCS系統(tǒng)：和利時推出MACS－Smartpro第四代DCS系統(tǒng)、浙大中控推出Webfield(ECS)系統(tǒng)、新華推出XDPF-400系統(tǒng)。三家積極努力，通過競爭成功地將自主系統(tǒng)應用于各種工業(yè)現場，正在逐步取得用戶的認可。例如新華公司在火力發(fā)電方面取得顯著成績，浙大中控在化工控制等方面業(yè)績突出，和利時公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥以及造紙等方面取得了一定的業(yè)績。

在中國的DCS市場上，三家國內廠商已經具備了相當的競爭能力。例如通過新華公司與和利時公司在火電站控制領域的競爭以及和利時公司與浙大中控在化工等領域的競爭，使得國外的DCS紛紛降價?？梢哉f，三家公司最大的貢獻是把國外的DCS價格降到了原來40％以下，為DCS在國內工業(yè)企業(yè)的普及應用，特別是在中小型企業(yè)中的應用做出了貢獻。

過程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

50年前，過程控制是基于3～15psi的氣動信號標準的基地式氣動控制儀表系統(tǒng)，即第一代過程控制體系結構（PCS，PneumaticControlSystem）；基于模擬電流信號標準0～10mA(4～20mA)的電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)，即為第二代過程控制體系結構（ACS，AnalogousControlSystem）；20世紀70年代，由于使用了數字計算機，從而產生了集中式數字控制系統(tǒng)，即第三代過程控制體系結構（CCS，ComputerControlSystem）；20世紀80年代，微處理機的出現和應用，從而產生了分布式控制系統(tǒng)，即第四代過程控制體系結構（DCS，DistributedControlSystem）；20世紀90年代，現場總線技術的出現產生了新的一代過程控制體系結構，即現場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)

現場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

現場總線被稱為21世紀工業(yè)過程測控網絡標準。它能夠提供智能化、簡單化、標準化的現場總線設備接口，將使過程控制用戶在低成本、易移植、易擴展這樣一種友好的環(huán)境中進行系統(tǒng)設計、安裝和運行，給自動化領域帶來了新的革命，有著廣泛的應用領域和市場。

現場總線產品是用于過程自動化和制造自動化最底層的現場設備或現場儀表互聯(lián)的通信網絡產品，是現場通信網絡與控制系統(tǒng)的集成。其關鍵不單單是一種通信技術，而是用現場總線控制系統(tǒng)（FCS）代替分布式控制系統(tǒng)（DCS）。

與DCS相比較，FCS有多種優(yōu)勢：節(jié)省電纜和電纜橋架約60%，節(jié)約廠房面積；減少布線、安裝調試費用50%以上；節(jié)省費用，縮短開發(fā)周期，一次性投資可降低30%；備品備件種類明顯減少，維修更加方便；有利于企業(yè)實施綜合自動化策略，使企業(yè)從粗放型向集約型轉化。

自20世紀80年代末以來，有幾種現場總線技術已經逐漸發(fā)展成熟，并在一些特定的應用領域顯示了影響力和優(yōu)勢，它們是可尋址遠程變換器數據鏈路HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)、控制器局部網CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作網絡LON(LocalOperatingNetwork)、過程現場總線PROFIBUS(ProcessFieldbus)和基金會現場總線FF(FoundationFieldbus)，這些現場總線各具特色，對于現場總線技術的發(fā)展發(fā)揮著重要作用。

來源：中華工控網