纸机DCS的技术进展
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纸机DCS（集散控制系统）的技术进展
轻化 诺
什么是DCS
多级计算机分布控制系统又称为集散控制系统（DCS， distributed control system） 是网络技术和控制技术结合的产物。它是根据分布设计的基本 思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主，集 中管理为辅。
DSC的组成
集散控制系统DCS（Distributed Control System）是基于“4C”技术 （Computer Control Communication CRT）在20世纪70年代中期出现的新型 工业控制系统。采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系 统可靠性。它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线 或通讯网络将它们连接为有机整体。1975年Honey-well公司推出了第一套DCS 控制系统，首先被应用于石油化工行业。 自1975年以来，DCS控制系统的硬件和软件功能不断完善和强化，已经经历 了三代，但从基本结构来看特性相同，可分解为三大基本部分。
(5) DCS平台开放性与应用服务专业化 二十年来，工业自动化界讨论非常多的一个概念就是开放性。过去，由 于通信技术的相对落后，开放性是困扰用户的一个重要问题。为了解决 该问题，人们设想了多种方案，其中包括CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统）系统概念中的开放网络 （MAP 7层网络协议平台）。然而，有心栽树树不活，MAP网络协议并 没有得到真正的推广应用。而当代网络技术、数据库技术、软件技术、 现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧， 促进了细化分工与合作，各厂家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，所以开放性自动实现了。第四代DCS全部 支持某种程度的开放性。开放性体现在DCS可以从三个不同层面与第三 方产品相互连接：在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车 间层支持第三方先进控制产品、SCADA平台、MES产品、BATCH处理 软件、同时支持多种网络协议（以以太网为主）；在装置控制层可以支 持多种DCS单元（系统）、PLC、RTU、各种智能控制单元等以及各种 标准的现场总线仪表与执行机构。
DCS系统的发展过程
第一阶段： 1975-1980年。在这个阶段采用微处理器为基础的过程控制单元 （Process Control Unit），实现了分散控制，有各种控制功能要求的算 法，通过组态（Configuration）独立完成回路控制，具有自诊断功能； 在信号处理时，采用抗干扰措施，它成功使分散控制系统在控制过程中 确立了地位。还采用CRT屏幕显示器的操作站与过程控制单元的分离。 采用了先进的冗余通讯技术，用同轴电缆作传输介质，将过程控制单元 的信息送到操作站和上位计算机，从而实现了分散控制和集中管理。这 一时期典型的产品有HONEYWEL公司的TDC2000，FOXBORO 公司的SPECTROM；西门子公司的TELEPERM；肯特公司的P-4000。
（1）过程控制站 过程控制站是集散控制系统与生产过程之间的截面，生产过程的各种 过程变量和状态信息通过过程控制站转化为操作监视的数据，而操作的 各种信息也通过过程控制站送到执行机构。在过程控制装置内，进行模 拟量与数字量的相互转换，完成各种控制算法的运算，以及对输入和输 出量的数据处理等运算。 （2）操作站 操作站是操作人员与集散控制系统的界面，操作人员通过操作站了解 生产过程的运行状况，并通过他发出操作指令。生产过程的各种参数在 操作站上显示，以便于操作人员监视和操作。 （3）通讯系统 通讯系统是过程控制站与操作站之间完成数据之间的传递和交换的桥 梁。有些集散控制系统在过程控制站内又增加了现场装置级的控制装置 和现场总线的通讯系统，有些集散控制系统则在操作站内增加了综合管 理级的控制装置和相应的通讯系统。通讯系统常采用总线型、环形等计 算机网络结构，不同的装置有不同的要求。
DCS已经进入第四代 受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场 总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户 对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商（以Honeywell、 Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表）纷纷提升其DCS系统的技术 水平，并不断丰富其内容。可以说以Honeywell 公司最新推出的 Experion PKS（过程知识系统），Emerson公司的PlantWeb （Emerson Process Management），Foxboro公司的A2，横河公司的 R3（PRM－工厂资源管理系统），ABB公司的Industrial IT系统为标志 的新一代DCS已经形成。如果我们把当年Foxboro公司的I/A Series看作 第三代DCS系统的里程碑，以上几家的最新DCS可以划为第四代。第四 代DCS的最主要标志是两个“I”开头的单词：Information（信息）和 Integration（集成）。 第四代DCS的体系结构 第四代DCS的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元 层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供下面的三层 功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口连接第三方的管理软 件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说当今DCS主要提供工厂（车 间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。
第四代DCS的技术特点
(1) DCS充分体现信息化和集成化（Information & Integration） 信息和集成（Information and Integration）这两个“I”开头的单词基本描述了 当今DCS系统正在发生的变化。我们已经可以采集整个工厂车间和过程的信息 数据，但是用户希望这些大量的数据能够以合适的方式体现，并帮助决策过程， 让用户以他明白的方式，在他方便的地方得到他真正需要的数据。 信息化体现在各DCS系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个 充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备，从设备到 车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通道。这些信息充分体现了 全面性、准确性、实时性和系统性。基本上大部分DCS提供了过去常规DCS功 能、SCADA功能以及MES（制造执行系统）的大部分功能。与ERP不同， MES汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产成品的生产活动全过程的相关 硬件或软件组件，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报 告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价 信息。MES的功能包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数 据采集、性能分析及物料管理 。
(2) DCS变成真正的混合控制系统 过去我们区分DCS和PLC 主要通过被控对象的特点（过程控制和逻 辑控制）来进行划分。但是，第四代的DCS已经将这种划分模糊化 了。几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理 控制，实现了混合控制。这也是为了适应用户的真正控制需求。因 为，多数的工业企业绝不能简单地划分为单一的过程控制和逻辑控 制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制为主的分过程组成的。我 们要实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率，就必须把整 个生产过程纳入统一的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系 统、造纸过程、水泥生产过程、制药生产过程和食品加工过程、发 电过程，大部分的化工生产过程都是由部分的连续调节控制和部分 的逻辑联锁控制构成。第四代的各DCS系统几乎全部采用IEC611313标准进行组态软件设计。而该标准原为PLC语言设计提供的标准。 同时一些DCS（如Honeywell公司的PKS）还直接采用成熟的PLC作 为控制站。多数的第四代DCS都可以集成中小型PLC作为底层控制 单元。今天的小型和微型PLC不仅具备了过去大型PLC的所有基本 逻辑运算功能，而且高级运算、通信以及运动控制也能实现。
(3) DCS包含FCS功能并进一步分散化 过去一段时间，一些学者和厂商把DCS和FCS（现场总线控制系统）对 立起来。其实，真正推动FCS进步的仍然是世界主要几家DCS厂商。所 以，笔者以前也曾说过DCS不会被FCS所代替，而是DCS会包容FCS， 实现真正的DCS。如今，这一预测正在被现实所验证。所有的第四代 DCS都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线 仪表、执行机构等。此外，各DCS还改变了原来机柜架式安装I/O模件、 相对集中的控制站结构，取而代之的是进一步分散的I/O模块（导轨安 装），或小型化的I/O组件（可以现场安装）或中小型的PLC。分布式控 制的一个重要优点是逻辑分割，工程师可以方便地把不同设备的控制功 能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样，操作工可以根据需要对 单个控制单元进行模块化的功能修改，下装和调试。另外的优点是各个 控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的 控制速度。一些DCS还包括分布式HMI就地操作站，人和机器将有机地 融合在一起，共同完成一个智能化工厂的各种操作。
(4) DCS已经走过高技术产品时代，进入低成本时代。配置灵活，适应各 种系统应用 DCS在八十年代，甚至九十年代还是技术含量高、应用相对复杂、价格也 相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及，大家对信息技术的理解， DCS已经走出高贵的神秘塔，变成大家熟悉的，价格合理的常规控制产品。 第四代DCS的另一个显著特征就是各系统纷纷采用现成的软件技术和硬件 （I/O处理）技术，采用灵活的规模配置，大大降低系统的成本与价格。 可以说现在采用先进的DCS实现工业自动化控制比原来采用常规的仪器仪 表进行简单控制，用户投资增加不多，但是实现的功能确大大加强。就控 制站而言，原来一个物理信号处理平均1 500元（人民币），而现在已经 降到800元左右。过去国外DCS一般只适合于大中型的系统应用，在小型 应用中成本很高，但第四代DCS都采用灵活的配置，不仅经济地应用于大 中型系统，而且应用于小系统也很合适。
D来自百度文库S的发展趋势
世界DCS发展现状与趋势
在工业企业中，应用效益最直接明显的系统应当是工业控制系统， 特别是DCS（分布式控制系统）。尽管若干年以前，就有人判定DCS 即将被FCS（现场总线控制系统）所取代，然而，直至今日，DCS仍 然具有相当的生命力。ARC咨询机构2003年发布了他们对世界DCS市 场的预测报告。该报告预测世界DCS市场从2002年至2007年将保持 2.5％的增长速度，从2003年的91亿美元增长到103亿美元。DCS的发 展速度之所以不高主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所 造成的。而中国近几年的DCS的增长速度应该在10％以上。当今的 DCS与十年前的DCS相比，发生了根本性的变化。
第二阶段： 1980-1985年。主要的技术重点表现为：产品的换代周期愈来愈短， 在过程控制单元增加了批量控制功能和顺序控制功能，在操作站及过 程控制单元采用16位的微处理器，使系统性能增强，工厂级数据向过 程级分散，高分辨率的CRT，更强的图画显示，报表生成和管理能力； 强化系统功能，通过软件和组织规模不同的系统；在计算机局域网络 技术的发展的情况下，强化了系统信息的管理，加强了通信系统。这 一时期典型的产品有HONEYWEL的TDC3000，BAILEY的 NETWORK-90，西屋公司的WDPF，ABB公司的MASTER。 第三阶段： 1985年以后。在这一时期中集散系统的技术特点是：采用开放式系 统网络，符合国际标准组织ISO开放系统互联的参考模型，开发了中、 小规模的集散系统；采用32位微处理器和捉摸式屏幕等便于操作和指 导，完全实现CRT化操作，采用实时多用户多任务的操作系统。DCS 系统向大型化的CIMS（计算机集成制造系统 （Computer Integrated Manufacturing System）和小型及微型化发 展。
轻化 诺
什么是DCS
多级计算机分布控制系统又称为集散控制系统（DCS， distributed control system） 是网络技术和控制技术结合的产物。它是根据分布设计的基本 思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主，集 中管理为辅。
DSC的组成
集散控制系统DCS（Distributed Control System）是基于“4C”技术 （Computer Control Communication CRT）在20世纪70年代中期出现的新型 工业控制系统。采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系 统可靠性。它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线 或通讯网络将它们连接为有机整体。1975年Honey-well公司推出了第一套DCS 控制系统，首先被应用于石油化工行业。 自1975年以来，DCS控制系统的硬件和软件功能不断完善和强化，已经经历 了三代，但从基本结构来看特性相同，可分解为三大基本部分。
(5) DCS平台开放性与应用服务专业化 二十年来，工业自动化界讨论非常多的一个概念就是开放性。过去，由 于通信技术的相对落后，开放性是困扰用户的一个重要问题。为了解决 该问题，人们设想了多种方案，其中包括CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统）系统概念中的开放网络 （MAP 7层网络协议平台）。然而，有心栽树树不活，MAP网络协议并 没有得到真正的推广应用。而当代网络技术、数据库技术、软件技术、 现场总线技术的发展为开放系统提供了可能。各DCS厂家竞争的加剧， 促进了细化分工与合作，各厂家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，所以开放性自动实现了。第四代DCS全部 支持某种程度的开放性。开放性体现在DCS可以从三个不同层面与第三 方产品相互连接：在企业管理层支持各种管理软件平台连接；在工厂车 间层支持第三方先进控制产品、SCADA平台、MES产品、BATCH处理 软件、同时支持多种网络协议（以以太网为主）；在装置控制层可以支 持多种DCS单元（系统）、PLC、RTU、各种智能控制单元等以及各种 标准的现场总线仪表与执行机构。
DCS系统的发展过程
第一阶段： 1975-1980年。在这个阶段采用微处理器为基础的过程控制单元 （Process Control Unit），实现了分散控制，有各种控制功能要求的算 法，通过组态（Configuration）独立完成回路控制，具有自诊断功能； 在信号处理时，采用抗干扰措施，它成功使分散控制系统在控制过程中 确立了地位。还采用CRT屏幕显示器的操作站与过程控制单元的分离。 采用了先进的冗余通讯技术，用同轴电缆作传输介质，将过程控制单元 的信息送到操作站和上位计算机，从而实现了分散控制和集中管理。这 一时期典型的产品有HONEYWEL公司的TDC2000，FOXBORO 公司的SPECTROM；西门子公司的TELEPERM；肯特公司的P-4000。
（1）过程控制站 过程控制站是集散控制系统与生产过程之间的截面，生产过程的各种 过程变量和状态信息通过过程控制站转化为操作监视的数据，而操作的 各种信息也通过过程控制站送到执行机构。在过程控制装置内，进行模 拟量与数字量的相互转换，完成各种控制算法的运算，以及对输入和输 出量的数据处理等运算。 （2）操作站 操作站是操作人员与集散控制系统的界面，操作人员通过操作站了解 生产过程的运行状况，并通过他发出操作指令。生产过程的各种参数在 操作站上显示，以便于操作人员监视和操作。 （3）通讯系统 通讯系统是过程控制站与操作站之间完成数据之间的传递和交换的桥 梁。有些集散控制系统在过程控制站内又增加了现场装置级的控制装置 和现场总线的通讯系统，有些集散控制系统则在操作站内增加了综合管 理级的控制装置和相应的通讯系统。通讯系统常采用总线型、环形等计 算机网络结构，不同的装置有不同的要求。
DCS已经进入第四代 受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场 总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户 对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商（以Honeywell、 Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表）纷纷提升其DCS系统的技术 水平，并不断丰富其内容。可以说以Honeywell 公司最新推出的 Experion PKS（过程知识系统），Emerson公司的PlantWeb （Emerson Process Management），Foxboro公司的A2，横河公司的 R3（PRM－工厂资源管理系统），ABB公司的Industrial IT系统为标志 的新一代DCS已经形成。如果我们把当年Foxboro公司的I/A Series看作 第三代DCS系统的里程碑，以上几家的最新DCS可以划为第四代。第四 代DCS的最主要标志是两个“I”开头的单词：Information（信息）和 Integration（集成）。 第四代DCS的体系结构 第四代DCS的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元 层、工厂（车间）层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供下面的三层 功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口连接第三方的管理软 件平台（ERP、CRM、SCM等）。所以说当今DCS主要提供工厂（车 间）级的所有控制和管理功能，并集成全企业的信息管理功能。
第四代DCS的技术特点
(1) DCS充分体现信息化和集成化（Information & Integration） 信息和集成（Information and Integration）这两个“I”开头的单词基本描述了 当今DCS系统正在发生的变化。我们已经可以采集整个工厂车间和过程的信息 数据，但是用户希望这些大量的数据能够以合适的方式体现，并帮助决策过程， 让用户以他明白的方式，在他方便的地方得到他真正需要的数据。 信息化体现在各DCS系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个 充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备，从设备到 车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息通道。这些信息充分体现了 全面性、准确性、实时性和系统性。基本上大部分DCS提供了过去常规DCS功 能、SCADA功能以及MES（制造执行系统）的大部分功能。与ERP不同， MES汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产成品的生产活动全过程的相关 硬件或软件组件，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报 告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价 信息。MES的功能包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数 据采集、性能分析及物料管理 。
(2) DCS变成真正的混合控制系统 过去我们区分DCS和PLC 主要通过被控对象的特点（过程控制和逻 辑控制）来进行划分。但是，第四代的DCS已经将这种划分模糊化 了。几乎所有的第四代DCS都包容了过程控制、逻辑控制和批处理 控制，实现了混合控制。这也是为了适应用户的真正控制需求。因 为，多数的工业企业绝不能简单地划分为单一的过程控制和逻辑控 制需求，而是由过程控制为主或逻辑控制为主的分过程组成的。我 们要实现整个生产过程的优化，提高整个工厂的效率，就必须把整 个生产过程纳入统一的分布式集成信息系统。例如，典型的冶金系 统、造纸过程、水泥生产过程、制药生产过程和食品加工过程、发 电过程，大部分的化工生产过程都是由部分的连续调节控制和部分 的逻辑联锁控制构成。第四代的各DCS系统几乎全部采用IEC611313标准进行组态软件设计。而该标准原为PLC语言设计提供的标准。 同时一些DCS（如Honeywell公司的PKS）还直接采用成熟的PLC作 为控制站。多数的第四代DCS都可以集成中小型PLC作为底层控制 单元。今天的小型和微型PLC不仅具备了过去大型PLC的所有基本 逻辑运算功能，而且高级运算、通信以及运动控制也能实现。
(3) DCS包含FCS功能并进一步分散化 过去一段时间，一些学者和厂商把DCS和FCS（现场总线控制系统）对 立起来。其实，真正推动FCS进步的仍然是世界主要几家DCS厂商。所 以，笔者以前也曾说过DCS不会被FCS所代替，而是DCS会包容FCS， 实现真正的DCS。如今，这一预测正在被现实所验证。所有的第四代 DCS都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线 仪表、执行机构等。此外，各DCS还改变了原来机柜架式安装I/O模件、 相对集中的控制站结构，取而代之的是进一步分散的I/O模块（导轨安 装），或小型化的I/O组件（可以现场安装）或中小型的PLC。分布式控 制的一个重要优点是逻辑分割，工程师可以方便地把不同设备的控制功 能按设备分配到不同的合适控制单元上，这样，操作工可以根据需要对 单个控制单元进行模块化的功能修改，下装和调试。另外的优点是各个 控制单元分布安装在被控设备附近，既节省电缆，又可以提高该设备的 控制速度。一些DCS还包括分布式HMI就地操作站，人和机器将有机地 融合在一起，共同完成一个智能化工厂的各种操作。
(4) DCS已经走过高技术产品时代，进入低成本时代。配置灵活，适应各 种系统应用 DCS在八十年代，甚至九十年代还是技术含量高、应用相对复杂、价格也 相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及，大家对信息技术的理解， DCS已经走出高贵的神秘塔，变成大家熟悉的，价格合理的常规控制产品。 第四代DCS的另一个显著特征就是各系统纷纷采用现成的软件技术和硬件 （I/O处理）技术，采用灵活的规模配置，大大降低系统的成本与价格。 可以说现在采用先进的DCS实现工业自动化控制比原来采用常规的仪器仪 表进行简单控制，用户投资增加不多，但是实现的功能确大大加强。就控 制站而言，原来一个物理信号处理平均1 500元（人民币），而现在已经 降到800元左右。过去国外DCS一般只适合于大中型的系统应用，在小型 应用中成本很高，但第四代DCS都采用灵活的配置，不仅经济地应用于大 中型系统，而且应用于小系统也很合适。
D来自百度文库S的发展趋势
世界DCS发展现状与趋势
在工业企业中，应用效益最直接明显的系统应当是工业控制系统， 特别是DCS（分布式控制系统）。尽管若干年以前，就有人判定DCS 即将被FCS（现场总线控制系统）所取代，然而，直至今日，DCS仍 然具有相当的生命力。ARC咨询机构2003年发布了他们对世界DCS市 场的预测报告。该报告预测世界DCS市场从2002年至2007年将保持 2.5％的增长速度，从2003年的91亿美元增长到103亿美元。DCS的发 展速度之所以不高主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所 造成的。而中国近几年的DCS的增长速度应该在10％以上。当今的 DCS与十年前的DCS相比，发生了根本性的变化。
第二阶段： 1980-1985年。主要的技术重点表现为：产品的换代周期愈来愈短， 在过程控制单元增加了批量控制功能和顺序控制功能，在操作站及过 程控制单元采用16位的微处理器，使系统性能增强，工厂级数据向过 程级分散，高分辨率的CRT，更强的图画显示，报表生成和管理能力； 强化系统功能，通过软件和组织规模不同的系统；在计算机局域网络 技术的发展的情况下，强化了系统信息的管理，加强了通信系统。这 一时期典型的产品有HONEYWEL的TDC3000，BAILEY的 NETWORK-90，西屋公司的WDPF，ABB公司的MASTER。 第三阶段： 1985年以后。在这一时期中集散系统的技术特点是：采用开放式系 统网络，符合国际标准组织ISO开放系统互联的参考模型，开发了中、 小规模的集散系统；采用32位微处理器和捉摸式屏幕等便于操作和指 导，完全实现CRT化操作，采用实时多用户多任务的操作系统。DCS 系统向大型化的CIMS（计算机集成制造系统 （Computer Integrated Manufacturing System）和小型及微型化发 展。