引　言 　　DCS即所謂分布式控制系統，習慣地稱之為集散系統，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．自20世紀70年代中期問世以來，經歷了20多年的時間．它已由過去只在少數大型企業的控制系統中應用，發展成為電力、石油、化工、冶金、建材、制藥等行業的最普通的控制工具．究其原因：一是各DCS制造廠家不斷地提高了系統的可靠性、實用性、先進性和綜合性，幾種控制系統的相互滲透（PLC，DCS，IPC＋控制器）和競爭及先進計算機技術和網絡通信技術的采用，使得DCS價格不斷下降；二是全球市場競爭，迫使各企業必須不斷應用先進的控制技術以提高產品質量和產量，降低成本和費用，為DCS提供了廣泛的市場需求． 1　用戶要求的不斷提高 　　在自動控制領域中，應用的要求總是在不斷提高．可以說，自動控制系統是永遠不能滿足應用要求的．每當自動控制系統取得了新的技術進展，開發出了新的功能，立即會有更新的功能要求被提出來．例如在控制儀表僅可實現簡單的反饋控制時，已經有大量的PID調節的問題在等待解決；而當PID的自動調節可以實現時，人們又在尋求控制參數的自整定功能，以便使繁雜的參數整定工作可以自動、快速、準確地完成．在控制算法已趨完善的今天，仍有很多控制問題沒有準確的數學模型，于是，模糊控制理論、神經元方法等一些非解析方法得到了長足的發展．在控制算法的發展方面是如此，在控制系統本身的硬件、軟件方面更是如此． 　　先看檢測控制儀表，以水位計為例，最早的檢測元件大概要算浮子了，但很快就發現它的準確性、穩定性有問題，于是研制出了差壓測量方法．新的原理和方法明顯地在性能上優于老的方法，但是當容器內壓力和溫度發生變化時，水的密度也相應發生變化，又會造成測量的誤差．因此將測量值就地數字化的智能型水位計得到了廣泛的應用，它可以利用數字處理技術和算法模型對測量值進行處理和校正，或加些數字濾波措施，力求測量值的客觀、準確、可靠． 　　再看計算機方面，早期的自動控制系統所使用的計算機速度很慢（只有每秒50萬次左右），內存、外存都很少（內存約64kB，外存1 MB左右）．盡管如此，這樣的計算機還是在不少計算機控制系統中應用，在某個歷史時期起到了一定的作用．由這種計算機構成的系統大多為安全監視系統．如果有控制，其算法的綜合性、復雜性都很低． 　　根據當前自動化控制系統狀態及發展趨勢，將在以下幾方面提出更高的要求． 　　1　系統的功能　要求可實現的算法更多，實現控制的目標更高．系統功能更趨綜合化，不僅有經典控制，還應有高級控制，并具有質量統計、分析、批量處理、生產調度等功能，逐步發展成計算機集成制造系統． 　　2　系統的可靠性　要求無故障運行時間更長，系統可用率更高，達到99．99％以上，而系統的維修要快速簡便，使停機時間控制到最短． 　　3　系統的易用性　要求有非常友好的人機界面，窗口化的操作、屏幕上的操作將成為主流．操作員基本不需培訓就可以根據圖形及系統的提示進行操作，語音、圖像等多謀體信息將成為人機界面中不可缺少的部分． 　　4　系統的安全性　系統可提供各種安全保護措施，避免誤操作和人為事故，可對各種異常狀態進行分析記錄，及時報警以使操作員盡快了解所發生的情況并及時處理． 　　5　信息廣泛共享　自動化控制系統，得到的各種實時信息可以被其他管理和調度系統共享．不僅生產的領導者和管理者可以在自己的辦公桌上得到生產信息，甚至可以在任何地方通過電話線路和無線電通信得到生產信息． 　　6　系統的規模要求更大　不僅可以包括最基本的過程控制功能，還可以包括各方面的生產、控制狀態信息．系統控制回路數及檢測的點數將大大增加，用以實現復雜生產過程的全面管理與控制． 　　7　系統容易升級　隨著生產規模的擴大和生產工藝的改變，甚至生產流程的改變均可以在對系統進行少量更改或擴充后適應新的要求．簡單地擴充監測點數、控制回路、調整控制參數等工作都要求可以在線進行． 　　8　系統的成本降低　更高的自動化水平，并不意味著更高的成本．科學技術本身一方面在創造著更高的功能和性能，另一方面也在創造更低的成本．只有成本不斷降低，才能使自動化深入到生產的各個環節，實現更高的自動化水平． 2　應用技術的不斷提高 　　促進DCS不斷向前發展的主要動力，一是應用需求的不斷提高，二是應用技術的不斷提高．這兩個因素就像一列火車的兩臺機車，一臺在前面牽引，另一臺在后面推動，相輔相成．應用技術的提高主要表現在以下幾個方面． 2．1　計算機技術的發展與進步 　　計算機從問世后的近60年中經歷了從電子管、晶體管、集成電路、大規模集成電路到超大規模集成電路等幾個發展階段．雖然其基本原理沒有發生大的變化，但其元器件和體系結構的改變卻是日新月異的，呈現出極快的發展速度． 　　計算機從電子管發展到晶體管大約用了近20年的時間，從晶體管到集成電路大約用了10年時間，從集成電路到大規模集成電路則用了5年多時間，以后集成電路的集成度以每3～4年翻一番的速度發展著．CPU也以驚人的速度不斷提高．在70年代，每秒運行100萬次的計算機就稱得上大型機了，而現在一臺普通的微機就可達2．0GHz．70年代，計算機的內存以kB為單位，現在一般微機也可達256MB、硬盤一般為40GB． 　　計算機性能的提高并不意味著價格的提高．一方面高技術體現在產品的功能和性能上，即能夠實現過去無法實現的要求；另一方面體現在成本上，即用更低的成本實現同樣的要求．性能價格比不斷提高，促進了DCS的廣泛運用． 2．2　網絡技術的發展與進步 　　DCS本身是建立在網絡的基礎之上的，可以說，網絡是DCS的命脈．有了一個高速的、可靠的、標準的、實用的網絡，DCS就成功了一半．在DCS發展的初期，各廠家所用的網絡大多是專用的，性能也不高．因此形成了一種“孤島”現象，即為了某個生產裝置或某個生產過程而建立的DCS成了一個與外界無法溝通的孤島． 　　隨著網絡技術的發展，各種獨立于某個廠家的網絡產品紛紛問世．這些網絡產品由于性能好，價格便宜，符合標準，因而開放性、互聯性很強．這種優勢促使DCS廠家紛紛拋棄了專用網絡結構，轉向了通用網絡結構．現在基本上已看不到建立在專用網絡上的DCS了． 　　網絡采用高的通信速率，為DCS的發展拓展了更大的空間，在應用范圍上也不斷擴大，已發展到不僅僅是傳統意義上的計算機，包括各種各樣的儀器、儀表、設備，都可以聯網，在微控制器上就可集成網絡控制器． 　　現在的網絡按照其通信的距離和范圍可分為局域網（LAN）和廣域網（WAN）兩種．局域網的通信距離一般在2km以內，所用的通信介質主要是同軸電纜或雙絞線．近年來隨著光纖通信技術的發展，基于光纖的傳輸介質應用得越來越多．因為光纖通信不受電磁干擾，可靠性高，因此在工業環境中得到了廣泛的應用．另外，無線通信具有很大的靈活性，免去了組網過程中的布線工作，其應用也較廣．而廣域網的通信距離可以說沒有什么限制，其通信介質也很多，從電話電纜到衛星通信都可以使用． 　　除了局域網和廣域網這兩種網絡外，近年來還有一種通信距離介于二者之間的“城域網”得到了很大的發展．這種網絡的用途相當廣泛，特別是幾十公里范圍之內．很多生產過程都需要有這種范圍的通信能力，如城市的供水、供暖、煤氣、交通等．城域網的主要通信介質是電話線和無線電． 2．3　軟件技術的發展與進步 　　軟件在DCS中有著很重要的作用，幾乎所有的DCS功能都要靠軟件實現．在PC平臺上軟件做得最成功的當屬微軟公司．其Windows軟件風靡全球，上千家軟件公司在Windows下開發應用軟件．軟件的標準界面已經形成，各廠家的軟件可以方便地互通信息、互相操作，使得應用系統具有了強大堅實的軟件基礎．DCS也不例外，各DCS廠家在自己的軟件中紛紛加入能與廣大軟件資源接口的界面，而在硬件的選擇上更多的DCS廠家選用了通用的PC平臺．推出這種平臺的操作員站，使得CRT的作用在DCS中越來越重要，CRT成了人機界面的主要設備，很多操作已從過去對物理設備的實際操作變成了對CRT的屏幕操作，很大程度上增加了DCS的功能和靈活性． 3　智能化儀表和現場總線技術對DCS的促進和創新 　　目前在儀器儀表行業中發展最快的兩個部分是智能化儀表和現場總線，二者的關系是密不可分、相輔相成的． 　　智能化儀表建立在微電子技術的基礎上，超大規模集成電路、嵌入式系統、CPU、存儲器、A／D轉換器和輸入、輸出回路等功能集成在一塊芯片上的單片機等．使得模擬信號數字化這一工作從計算機端移到了現場端，現場儀表與計算機之間傳送的不是模擬信號，而是數字信號，更確切地說是信息． 　　在安裝于現場的檢測或控制執行儀表中，完全有條件裝上一小塊集成電路芯片及少量外圍電路，將傳感器的模擬信號直接數字化后再送往計算機．這種方法極大地提高了信號轉換的精度和可靠性，并且數字信息的傳輸完全避免了模擬信號傳輸存在的信號衰減、精度降低和干擾信號的引入等長期難以解決的問題． 　　隨著智能化儀表的發展，現場總線技術也迅速地發展起來．所謂現場總線（Field bus）實際上是一種計算機網絡，每個節點都是一個智能化儀表．過去每一個模擬信號一對傳輸線的傳統方式，被一對能傳輸多臺智能儀表數字信息的現場總線所代替．現場總線簡化了儀表信號線的布線工作、可以節省大量的金屬導線；數字信息傳輸方面完善的糾錯技術，使得信息傳輸的誤差大大降低了．同時，還可以利用多種傳輸介質完成信息的傳輸，如雙絞線、光纖、無線電波、紅外線等，大大提高了在不同現象條件下信息傳輸的適應性． 　　現場總線網、智能化儀表的發展，不可避免地影響著DCS的體系結構，最大的特點是促進了DCS的發展與創新，一個明顯的趨勢是使DCS進一步分散化． 　　傳統的DCS，在I／O控制站這一層仍然是一個集中式的結構，有些系統出于成本或其他方面的考慮，將I／O控制站的規模做得很大．比如高性能CPU的價格已降得很低，為了充分發揮CPU的能力，可以將一個I／O控制站的點數、回路數擴充，以降低成本，但是這種設計提高了危險性的集中度．如果為了提高可靠性增加冗余措施，系統成本仍然會上升． 　　利用現場總線網和智能化儀表，加上通用的工業微機，完全可以組成一個小型的DCS，這就對傳統的DCS提出了挑戰．將過去DCS中集中式的I／O控制站變成分布式的I／O控制站，在傳統DCS網絡的下一層再引入一層現場網絡．總體上形成了控制網絡（以現場總線網為基礎）、系統網絡（傳統的DCS網絡）和管理網絡（適應管理控制一體化要求的上層網）這樣3層網絡結構，以此來滿足不斷提高的應用需要． DCS在形成了3層網絡結構以后，其基本控制單元深入到了設備控制這一級．向上，DCS的功能延伸到管理控制級，逐步形成了一個較完整的控制、管理一體化的體系結構．如圖1所示．圖1空框中可以是智能I／O，也可以是智能儀表和IEDs． 4　結　論 經過改進創新后的DCS將有以下幾個特性： 　　1　開放性　新型DCS中所使用的設備將趨于通用的產品，專用的產品將越來越少，特別是計算機和網絡，高性能的工業微機、工作站將被大量采用，通用網絡產品也將逐步淘汰專用網絡．網絡通信規約逐步向得到普遍承認的標準靠攏，以系統集成的方式構成應用系統方法，已得到越來越廣泛的應用． 　　2　分散化和智能化　智能化儀表和現場總線技術被大量采用，DCS的體系結構進一步走向分散化，直接數字控制將深入到每一個控制回路、現場設備．因此，隨著所采用的現場總線網絡的發展，新型DCS最終將越來越接近FCS（現場總線控制系統）． 　　3　系統構成的多樣化　現在幾乎已看不到傳統意義上的DCS了，目前所說的DCS是一種廣義的概念，實際上越來越接近FCS．其中包括了傳統的DCS廠家推出的新一代系統，也包括由PLC和高速總線網及專業廠家的組態軟件構成的系統．在不同的應用領域，DCS的構成也各有不同． 　　4　綜合自動化　將來的任何系統都不是孤立的，無法與其他系統互相通信并實現集成的DCS已不再有生命力．系統的發展正逐步走向綜合自動化． 參考文獻： ［1］謝庭渝．計算機網絡控制系統在大型糖廠的開發應用［J］．自動化與儀器儀表，2002，103（5）：47～50． ［2］韓　湘．Symphony控制系統在云浮發電廠中的應用［J］．自動化與儀器儀表，2002，104（6）：26～30． ［3］朱祖濤，毛靜濤．自動化儀表的重大變革-論現場總線智能儀表［J］．上海電力學院學報，2000，16（4）：35～40． ［4］劉曙光，王　斌．智能儀器儀表的進展與展望［J］．自動化與儀表，2001，16（4）：1～5． ［5］張鳳登，應啟戛．現場總線與智能現場儀表設計技術［J］．自動化與儀器儀表，2001，（5）：14～16． ［6］周立求．可編程控制器與集散型控制系統之間的通信［J］．自動化儀表，2002，23（7）：37～39． ［7］賀文敏．國產化DCS在焦化裝置上的應用［J］．計算機測量與控制，2002，10（8）：521～523． ［8］張德．I／A智能自動化系統電站應用新發展［J］．中國儀器儀表，2000，（4）：42－43．