DCS技术发展进入第四代

      在工业企业中，应用效益最直接、最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年发布了世界DCS市场预测报告。该报告预测，世界DCS市场从2002年至2007年将保持2.5％的增长，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。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。

    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DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容。可以说，以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS（过程知识系统）、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3（PRM-工厂资源管理系统）和ABB公司的IndustrialIT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/ASeries看作第三代DCS系统里程碑的话，那么以上几家的最新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的技术特点

    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厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能，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。

    DCS充分体现信息化和集成化

    信息和集成基本描述了当今DCS系统正在发生的变化。用户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，在方便的地方得到真正需要的数据。

    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。

    大部分DCS提供了过去常规DCS功能、SCADA（监控和数据采集）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、从下订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、性能分析和物料管理等功能模型，与DCS相关的各功能模块有资源配置与状态(ResourceAllocationandStatus)、派遣生产单元(DispatchingProductionUnits)、文档控制(DocumentControl)、数据收集/获取(DataCollection/Acquisition)、劳工管理(LaborManagement)、质量管理(QualityManagement)、维护管理(MaintenanceManagement)、产品跟踪(ProductTracking)、性能分析(PerformanceAnalysis)。

    DCS的集成性则体现在两个方面：功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统。当今的DCS厂商更强调的系统集成性和方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（采集发送器）、FCS、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。此外，各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台，而转入采用兄弟公司（如Foxboro用Wonderware软件为基础）的通用组态软件平台，或其它公司提供的软件平台（Emerson用Intellution的软件平台做基础）。此外，许多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模块，横河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。

    DCS变成真正的混合控制系统

    过去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DCS系统几乎全部采用IEC61131-3标准进行组态软件设计。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。

  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，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。另一个优点是，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。例如Emerson的DeltaV、Foxboro的A2中的小模块结构、Ovation的分散模块结构等。

      可以说，现在的DCS厂商已经越过炒作概念的误区，而是突出实用性。一套DCS可以适应多种现场安装模式：或用现场总线智能仪表，或采用现场I/O智能模块就地安装（既节省信号电缆，又不用昂贵的智能仪表），或采用柜式集中安装（特别适合改造现场）。一切由用户的现场条件决定，充分体现为用户设想。

    DCS进入低成本时代

     DCS在上世纪80年代甚至90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，明显地了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，但是实现的功能却明显加强。就控制站而言，原来一个物理信号处理平均1500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。

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