DCS控制系统发展历程及发展趋势分析

DCS控制系统发展历程及发展趋势分析

刘娜

大庆石化公司设备维修中心   黑龙江省大庆市  163714

摘要： DCS控制系统自问世以来，已经发展了四代控制技术，第四代控制技术最具代表性是Honeywell 公司的Experion-PKS系统。随着科技进步速度不断加快，DCS控制系统将会朝着网络结构融合、人机接口技术、标准化和通用化技术、人工智能技术和监控信息系统方向发展，不断推动工业技术进步。

关键词：DCS；控制系统；网络结构；人工智能

0 引言

集散控制系统（DCS，Distributed Control System）是一项能够将计算机通信技术、控制系统等多种功能结合在一起的控制体系，能够将各项分散的控制功能进行整合，实现集中控制的目的。近年来，DCS 控制系统在工业自动化技术中被广泛应用，能够通过互联网对整个工业生产流程进行控制，以便精准掌握生产运行期间自动化设备的运行情况，并进行深入掌控，充分发挥了提升工业自动化系统功能的作用。

1 集散控制系统的发展历程

DCS控制系统是基于计算机软件算法的工业生产过程综合、分散、故障隔离控制系统。DCS控制系统在功能上集成到一个主系统中，并在空间上分布到不同工作地点的多个子系统。它通过分散的层次结构避免了事故的集中发生。DCS控制系统是集仪表控制和数字控制于一体的系统。

DCS控制系统于1975年首次提出，由于其控制优势和特点，它已被开发并广泛应用于工业现场控制。1975年至1980年的第一代DCS控制系统，其标志是Honeywell 公司开发的TDC-2000系统，还有东芝公司开发的TOSDIC。所提出的体系结构由五个部分组成：数据采集单元、CRT操作站、过程控制单元、上层管理计算机和数据通道。这也为以后DCS的发展奠定了总体框架。第一代DCS侧重于控制功能的实现，在功能上与传统的仪表控制系统相似，人机交互功能落后。

第二代DCS控制系统开发于1980-1985年，被称为DCS控制系统的成熟，其中包括Honeywell 公司的TDGC-3000和Fisher公司的Provox。第二代DCS控制系统的突出改进是引入了Lan作为系统通信的桥梁，通过它将控制站、操作站和管理站连接起来，这一进步使DCS控制系统能够更快地响应通信并扩大控制量，摆脱了对仪表控制系统的依赖，进一步向计算机系统的方向发展。在这一时期，DCS控制系统具有顺序控制和逻辑控制的功能，使系统更加完善，加强了管理和控制功能。人机界面交互，整体图形等可视化窗口越来越完善，方便操作人员使用。

第三代DCS控制系统以1987年出现的由Foxboro公司开发的I/Aseries为代表。DCS制系统在功能上实现了上层网络，生产管理功能可以直接在系统中实现。形成了直接控制、监督控制与协调优化、标准化的综合治理结构。而大多数厂商在配置软件上都实现了标准化，为用户的使用提供了便利。标准网络产品也广泛应用于网络通信，底层网络实现系统互通，高层网络通过网络协议进行连接。

第四代DCS控制系统出现在20世纪90年代，其最大的突破是改变了几十年来模拟信号仪表的使用，向现场数字仪表转变，并通过现场总线互连，命名为现场总线控制系统（FCS）。现场总线的使用减少了电线的安装，从而减少了预算并简化了维护操作。数字信号的使用还提高了数据准确性，并减少了与模拟信号转换相关的数据错误，如Honeywell 公司的Experion PKS。

2DCS控制系统发展趋势

DCS控制系统的发展与先进技术和科技进步密切相关。自DCS出现以来，已开发了四代DCS控制系统。科技的不断进步仍会推动DCS控制系统不断的升级和完善，总体来说，DCS控制系统的发展方向主要有以下五个方面。

2.1 网络结构融合

DCS控制系统一直以来大多是由制造商自行研发的网络系统。从顶端的厂级管理系统到底端的控制站系统都是使用供应商自有的网络系统。随着网络技术的发展，DCS控制系统的顶层管理与Internet网络相结合，底层控制站与现场总线通信技术相结合将是DCS控制系统的网络结构发展的趋势。这种组合最终将实现以现场总线为底层网络，以局域网为企业网络，以广域网为连接互联网的基础的网络结构。

三网融合，实现了管理自动化、基础自动化、决策自动化的无缝融合。提高企业调度的响应效率，对企业的管理和经济效益有着直接而明显的帮助。

2.2 人机接口技术

工业图形显示系统是最常用的人机界面设备之一，其发展方向是高速、集中、多窗口、大屏幕显示。多媒体技术在人机接口设备中的应用也非常突出。图像信息和语音信息使控制室的操作员接收信息更加多样化，实时信息数据使操作安全性和响应性大大提高。

2.3 标准化和通用化技术

DCS控制系统将在硬件平台、软件平台、通信协议、配置模式、数据中心等方面采用通用标准技术，降低系统设计、开发、维护和调试成本。目前，越来越多的厂商将DCS控制系统应用于Windows平台。这样一来，降低了硬件成本，也方便了操作人员的学习和使用。

2.4人工智能技术

人工智能技术将是各行业未来发展方向，DCS控制系统也不例外。例如，人工智能报警技术IMARK，其产生的异常情况下，报警信号的输出次数可以控制在安全的最小次数，避免出现误报的情况。主要突出生产异常操作，实现人工智能干预安全报警。在未来的分布式控制系统中，相信先进的人工智能算法将为控制系统的进一步发展做出突出贡献。

2.5监控信息系统

监控信息系统SIS（Supervisory Information System）是为实现经济控制而开发的监控系统。它是一个新的研究热点，并逐渐应用于发电厂。监控的目标是使操作优化和简单，并在不影响正常操作的情况下降低生产成本。SIS系统包括五个主要部分：生产过程监控、经济信息管理、生产成本计算、在线投标系统、经济分析和最优控制。

3 结语

DCS控制系统作为具有高度自动化和柔性的一体化综合管控系统，出现已近50年，自推出后在工业领域领域获得广泛应用，使得工业控制过程更加自动化，降低了人的主观控制，使人从繁重的设备控制中解放出来，生产过程更加稳定，减少了生产工艺的大幅波动，使得生产过程更加安全可控。DCS控制系统自问世以来，已更新了多代，在工业生产中表现出分散性和集中性、自治性和协调性、灵活性和扩展性、先进性和继承性、可靠性、适应性、和友好性等多方面突出优点。随着网络结构融合、人机接口技术、标准化和通用化技术、人工智能和监控信息系统的不断发展，会使得DCS控制系统功能更加全面，不断地推动工业生产技术进步。

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