DCS系统的介绍

DCS系统的软硬件构成及发展

多级计算机分布控制系统又称集散控制系统（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。

一、DCS系统的定义

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control Systerm），在国内自控行业又称为集散控制系统。

即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

二、DCS系统的组成结构

集散控制系统采用多处理器智能化体系结构，基于全智能化、全数字化、全网络化的核心设计思想。系统以网络为基础，配以各种挂接在网络上的模板、模块和组件，实现各部分协调工作和数据共享，共同完成各种自动控制和信息管理功能，是一套分层分布式计算机控制系统。网络从上至下分为管理网MNet、系统网SNet、控制网CNet，不同网络适应不同层次和不同规模的控制和管理任务。这种分层结构大大提高了系统运行的可靠性和效率，使系统配置更为灵活，更适用于各种控制和管理场合。同时，集散控制系统支持TCP/IP以太网连接，可以与其他控制系统一起组成更大规模的网络体系。

集散控制系统结构图

三、系统的组织特点

(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它功能的丧失。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。 DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级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级计算机。生产监控级对来自过程控制级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。

四、DCS网络结构

集散控制系统一般采用三层网络结构，分别是管理网MNet、系统网SNet、控制网CNet。智能I/O调理模板内部通过smartbus连接智能I/O模块；CNet网络连接各个控制模板和I/O模板；SNet网络采用工业以太网，可以连接多套控制站以及多台操作站，并通过管理网MNet可无缝连接MIS/ERP。

管理网MNet可实现不同单元装置或生产车间之间的协调控制、数据通信，企业内多

组装置或产生过程的管理数据通信，大型工业过程各子系统间的协调控制与调速管理。

系统网SNet是连接suny系列工程师站、操作站、控制站等节点的实时工业网络，实现现场控制站传递现场I/O采集数据至操作站；各现场控制站间的数据传递，以满足大范围协调控制的需要。

控制网CNet是控制站内使用的冗余实时网络，实现控制站内部的各个智能I/O模板和控制模块之间的互联和信息传递。

集散控制系统的网络结构

五、DCS控制组态软件的特点

算法编辑器SunyIEC具有如下特点：

(1)通用性。SunyIEC提供的概念与编程方法完全符合IEC61131—3标准。如果用户对其他控制系统的编程语言有一定的了解，可轻松地在SunyIEC编辑环境下编写控制程序。

(2)易用性。软件界面与多数Windoms平台应用软件风格相似，用户只要对Windows操作系统有一定的了解，即可轻松上手使用。

(3)方便性。连续仿真和单周期性仿真调试功能使用户可以随时对控制算法进行模拟，验证其正确性。

(4)灵活性。丰富的功能块、函数块以及子程序给予用户充分的自有使用空间，在线帮助查询使用户无师自通。

六、DCS的发展趋势

1、发展趋势

当前工控机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如：冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，促使大型分散型控制系统销售增加。

(1) 向综合方向发展

由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放化的大趋势。

(2)向智能化方向发展

由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类

似，以微处理器为基础的智能设备，如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。

(3)工业PC化

由于巩组成此S成为一大趋势，PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍.PC—PLC、PC—S，19、Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。

(4)专业化

DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。 DCS和工厂信息网络架构的网络基础设施日益交织在一起。

七、结束语

计算机集成技术和现场总线的发展，将对DCS的结构产生重大影响。目前DCS的结构将受到上下肢解，上层工作站将与CIPS紧密结合，DCS将演变成CIPS 的低层部分；在现场级，现场总线的应用将使传统的DCS I／O结构彻底改变。现场总线将对自控领域带来深刻影响，工业控制系统的体系结构将以统一的现场总线为纽带构成，现场控制系统(FCS)将是21世纪的开放控制系统。

八、参考文献:

[1]唐春成，李颖。基于以太网的过程控制系统研究。仪表技术.

[2]白建云。从集散控制系统到现场总线控制系统[J]。微机计算机信息（测控自动化）.

[3]邢建春，郭艳玲。集散控制系统的最新技术特点与展望。工业仪表与自动化装置.

[4]陈积明，王智，孙优贤。工业以太网的研究现状及展望。化工自动化及仪表.

[5]朱祖涛。智能化仪表及现场总线技术在DCS中的发展和创新。上海电力学院学报.