[科普中国]-分布式控制-

概述

分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）也称集散控制系统，是对生产过程进行集中管理和分散控制的计算机控制系统，是随着现代大型工业生产自动化水平的不断提高和过程控制要求日益复杂应运而生的综合控制系统，它融合了计算机技术、网络技术、通信技术和自动控制技术，是一种把危险分散，控制集中优化的新型控制系统。系统采用分散控制和集中管理的设计思想，分而自治和综合协调的设计原则，具有层次化的体系结构。现在DCS已在石油、化工、电力、冶金以及智能建筑等现代自动化控制系统中得到了广泛应用。1

发展阶段分布式控制系统发展大概分四个阶段：

第一阶段（1975年一1980年），代表产品主要有美国霍尼韦尔公司的TDC2000，ABB Baily公司的Network90，Foxboro公司的Spectrum，日本横河公司的Centum等。主要由过程控制单元（PCU）、数据采集装置（DAU）、CRT操作站、监控计算机和数据高速公路（HW）五部分组成。

第二阶段（1980年一1985年），主要代表产品有霍尼韦尔公司的TDC3000，日本横河公司的Centum A，B，D等。主要由局部网络LAN（IEEE 802.4和ISO 8802/4通信标准）、多功能控制器（MC）、增强型操作站EOS、通用操作站US、网间连接器GW、系统管理模块SMM和主计算机HC组成。

第三阶段（1985年一1990年），DCS向计算机网络控制扩展，将生产过程控制、监督控制和管理调度进一步结合起来，并且加强断续系统功能，采用专家系统和开放系统互联参考模型为基础的制造自动化协议（MAP）标准（工厂自动化协议），以及硬件上的诸多新技术，从而克服了自动化孤岛问题。典型产品有霍尼韦尔公司的TDCS3000（包含通用控制网络（Universal Control Network），集数据采集和过程控制于一体的接口装置过程管理器（Process Manager）和逻辑管理器（Logic Manager）），13本横河公司的Centum—XL，Bailey的INFI一90等。

第四阶段（1990年以后），DCS以管控一体化出现，在硬件上采用了开放的工作站，采用了Client/Server的结构，在网络结构上增加了工厂信息网，并可与互联网联网，在软件上采用UNIX和X—Windows的图形用户界面，系统的软件更丰富，一些优化和管理良好的界面的软件被开发并移植到DCS中。典型产品有霍尼韦尔公司的TPS控制系统，日本横河公司的Centum—CS控制系统，Foxboro公司的I/ASS0/51系统等。2

结构分布式控制系统一般分三层：过程控制层、生产监控层和集中管理层。处于底层的过程控制层一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控层计算机。生产监控层对来自过程控制层的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。其中过程控制层采用微处理器分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。各回路之问和上下级之间通过高速数据通道交换信息。3

特点分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。具有以下特点：

（1）高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

（2）开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输。当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

（3）灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。

（4）易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。

（5）协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。

（6）控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。3