說到控制系統很多人貌似說得頭頭是道，繼續深究下去，什么是控制器，什么是PLC，什么是DCS，什么又是FCS？三兩句話介紹完基本概念后，頓時語塞，怎么聊都感覺枯燥生硬。今天小蜘就來挑戰一下這個枯燥的話題，和大家談談什么是DCS。

本文將從以下幾個部分對DCS進行介紹：

• 一、DCS的基本定義

• 二、DCS的發展歷程

• 三、DCS的主要特點

• 四、DCS的發展趨勢

一、DCS的基本定義

DCS是分布式控制系統（Distributed Control System）的英文縮寫，在國內自控行業又稱之為集散控制系統。所謂的分布式控制系統，或在有些資料中稱之為集散系統，是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。

分散型控制系統（DCS）是以微處理機為基礎，以危險分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術、通訊技術、CRT技術和控制技術即4C技術于一體的新型控制系統。隨著現代計算機和通訊網絡技術的高速發展，DCS正向著多元化、網絡化、開放化、集成管理方向發展，使得不同型號的DCS可以互連，進行數據交換，并可通過以太網將DCS系統和工廠管理網相連，實現實時數據上網，成為過程工業自動控制的主流。

二、DCS的發展歷程

上世紀60年代以后，隨著生產工程的大型化和復雜化，誕生了計算機集中監視和控制的集中控制系統。集中控制方便了監視、操作和管理，同樣也使危險性高度集中，系統一旦故障，對裝置造成的影響和危險性都是非常大的。

隨著微處理機的誕生，為新型控制系統的開放創造了無比優越的條件。1975年，隨著計算機、通訊、控制和CRT 4C技術的不斷發展和完善，美國Honeywell首次向全球推出了分散控制系統TDC-2000，從第一套DSC誕生至今，DCS系統已經經歷了三個發展階段。

• 第一個發展階段：1975至1980年（初創階段）

由于軟硬件技術的限制，此時的DCS系統性能還不十分完善，硬件結構還不十分成熟。
在這個時期集散控制系統的技術特點表現為：1）采用微處理器為基礎的控制單元，實現分散控制，有各種各樣的算法，通過組態獨立完成回路控制，具有自診斷功能；2）采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離，實現集中監視，集中操作；3）采用較先進的冗余通信系統。

第二個發展階段：1981至1987年

這一時期容錯、冗余技術已經成熟使用，系統可靠性很高，性能十分優越，各種控制功能十分豐富。在該階段DCS從單純的工業過程自動化控制向生產管理自動化發展。這一代的DCS主要將LAN（Local Area Network）技術引入，使DCS的網絡功能大大加強。
在這個時期集散控制系統的技術特點表現為：1）微處理器的位數提高，CRT顯示器的分辨率提高；2）強化的模塊化系統；3）強化了系統信息管理，加強通信功能

• 第三個發展階段：1987年至今

各廠家采用國際標準化組織（ISO）開放系統互連（OSI）結構基礎上產生制造自動化協議（MAP）標準來解決不同機型的互連問題。 DCS系統在硬件上使用了更先進的CPU及冗余技術，存儲容量及通訊速度大幅度提高，軟件上采用通用操作系統。在該階段DCS將控制、監督和管理調度有機結合起來，實現了各種生產經營信息的自動化管理。
集散系統進入第三代，其技術特點表現為：1）采用開放系統管理；2）操作站采用32位微處理器；3）采用實時多用戶多任務的操作系統

三、DCS的組成部分

集散控制系統一般有以下四部分組成：

（一）現場控制級

現場控制級，又稱數據采集裝置，主要是將過程非控變量進行數據采集和預處理，而且對實時數據進一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實現開環監視，并將采集到的數據傳輸到監控計算機。

輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者模擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機控制命令。這一個級別直接面對現場，跟現場過程相連。比如閥門、電機、各類傳感器、變送器、執行機構等等。它們都是工業現場的基礎設備、同樣也是DCS的基礎。在DCS系統中，這一級別的功能就是服從上位機發來的命令，同時向上位機反饋執行的情況。拿軍隊來舉例的話，可以形容為最底層的士兵。它們只要能準確地服從命令，并且準確地向上級匯報情況即完成使命。至于它與上位機交流，就是通過模擬信號或者現場總線的數字信號。由于模擬信號在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過現場總線來進行DCS信號的傳遞。

（二）過程控制級

過程控制級，又稱現場控制單元或基本控制器，是DCS系統中的核心部分。生產工藝的調節都是靠它來實現。比如閥門的開閉調節、順序控制、連續控制等等。上面說到現場控制級是“士兵”，那么給它發號施令的就是過程控制級了。它接受現場控制級傳來的信號，按照工藝要求進行控制規律運算，然后將結果作為控制信號發給現場控制級的設備。所以，過程控制級要具備聰明的大腦，能將“士兵”反饋的軍情進行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打贏“戰爭”。這個級別不是最高的，相當于軍隊里的“中尉”。它也一樣必須將現場的情況反饋給更高級別的“上校”也就是下面講的過程管理級。

（三）過程管理級

DCS的人機接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機、大容量存儲器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監視生產情況、這個級別是操作人員跟DCS交換信息的平臺。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監視和控制生產過程，可以通過屏幕了解到生產運行情況，了解每個過程變量的數字跟狀態。這一級別在軍隊中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大權”可以根據需要隨時進行手動自動切換、修改設定值，調整控制信號、操縱現場設備，以實現對生產過程的控制。

（四）經營管理級

經營管理級，又稱上位機，功能強、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數據通路相連，綜合監視系統各單元，管理全系統的所有信息。 這是全廠自動化系統的最高一層。只有大規模的集散控制系統才具備這一級。相當于軍隊中的“元帥”，他們所面向的使用者是廠長、經理、總工程師等行政管理或運行管理人員。它的權限很大，可以監視各部門的運行情況，利用歷史數據和實時數據預測可能發生的各種情況，從企業全局利益出發，幫助企業管理人員進行決策，幫助企業實現其計劃目標。

四、DCS的主要特點

（一）高可靠性

由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外，由于系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。

（二）開放性

DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各臺計算機采用局域網方式通信，實現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。

（三）靈活性

通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。

（四）易于維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

（五）協調性

各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，以完成控制系統的總體功能和優化處理。

（六）控制功能齊全

控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

五、DCS的發展趨勢

（一）系統功能向開放式方向發展

傳統DCS的結構是封閉式的，不同制造商的DCS之間難以兼容。而開放式的DCS將可以賦予用戶更大的系統集成自主權，用戶可根據實際需要選擇不同廠商的設備連同軟件資源連入控制系統，達到最佳的系統集成。這里不僅包括DCS與DCS的集成，更包括DCS與PLC、FCS及各種控制設備和軟件資源的廣義集成。

（二）儀表技術向數字化、智能化、網絡化方向發展

工業控制設備的智能化、網絡化發展，可以促使過程控制的功能進一步分散下移，實現真正意義上的“全數字”、“全分散”控制。另外，由于這些智能儀表具有的精度高、重復性好、可靠性高，并具備雙向通信和自診斷功能等特點，致使系統的安裝、使用和維護工作更為方便。

（三）工控軟件正向先進控制方向發展

廣泛應用各種先進控制與優化技術是挖掘并提升DCS綜合性能最有效、最直接、也是最具價值的發展方向，主要包括先進控制、過程優化、信息集成、系統集成等軟件的開發和產業化應用。在未來，工業控制軟件也將繼續向標準化、網絡化、智能化和開放性發展方向。

（四）系統架構向FCS方向發展

單純從技術而言，現階段現場總線集成于DCS可以有三種方式：

1、現場總線于DCS系統I/O總線上的集成――通過一個現場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上，使得在DCS控制器所看到的現場總線來的信息就如同來自一個傳統的DCS設備卡一樣。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV系統采用的就是此種集成方案。

2、現場總線于DCS系統網絡層的集成――就是在DCS更高一層網絡上集成現場總線系統，這種集成方式不需要對DCS控制站進行改動，對原有系統影響較小。如Smar公司的302系列現場總線產品可以實現在DCS系統網絡層集成其現場總線功能。

3、現場總線通過網關與DCS系統并行集成――現場總線和DCS還可以通過網關橋接實現并行集成。如SUPCON的現場總線系統，利用HART協議網橋連接系統操作站和現場儀表，從而實現現場總線設備管理系統操作站與HART協議現場儀表之間的通信功能。