過去30年中DCS發(fā)展反映了過程自動化從專用技術(shù)和封閉系統(tǒng)走向商業(yè)化組件、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和基于的操作系統(tǒng)。今天，DCS的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)從以系統(tǒng)為中心發(fā)展為業(yè)務(wù)過程為重點，并幫助過程行業(yè)獲得卓越的運行效率。
20世紀70年代，世界經(jīng)濟的快速發(fā)展使得人們對消費品的需求也隨之增長。這就要求必須建立更大的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)裝置大型化是迅速提升生產(chǎn)能力的有效途徑。在此背景下，石油煉制、冶金、化工、建材、電力、水處理等行業(yè)的單裝置能力得到了迅速提升。生產(chǎn)裝置的大型化要求設(shè)備之間具有更好的協(xié)調(diào)性，因為一旦停機，帶來的損失將會更大。因此，用戶迫切希望能夠有一種產(chǎn)品或者系統(tǒng)可以解決生產(chǎn)裝置大型化和生產(chǎn)過程連續(xù)化所面臨的控制問題。20世紀70年代中期，大規(guī)模集成電路取得突破性的發(fā)展，8位微處理器得到了廣泛的運用，使自動化儀表工業(yè)發(fā)生了巨大的變化，現(xiàn)代意義上的DCS也應(yīng)運而生，1975年Honeywell推出了第一套DCS系統(tǒng)。
DCS的出現(xiàn)解決了大型化生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的要求，因此在連續(xù)性生產(chǎn)裝置上獲得了大量的運用，尤其是石化、化工、冶金、電力、建材、造紙和水處理等流程工業(yè)領(lǐng)域，這些行業(yè)的單套裝置生產(chǎn)能力也得到迅速提高。在工業(yè)企業(yè)中，應(yīng)用效益最直接、最明顯的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是DCS。一直以來，有關(guān)DCS即將被FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))所取代的聲音就沒有停止，然而直至今日，DCS仍然具有相當(dāng)?shù)纳Α?005年，標(biāo)志著DCS系統(tǒng)進入工業(yè)應(yīng)用30周年。
過去30年中DCS發(fā)展正好反映了過程自動化從專用技術(shù)和封閉系統(tǒng)走向商業(yè)化組件、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和基于的操作系統(tǒng)。今天，DCS的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)從以系統(tǒng)為中心發(fā)展為業(yè)務(wù)過程為重點，并幫助過程行業(yè)獲得卓越的運行效率。
DCS主要供應(yīng)商及其產(chǎn)品
目前世界上大約有十幾個國家，共有60多個公司推出自己開發(fā)的DCS系統(tǒng)，型號眾多，自成一體，用途也各有側(cè)重。我國從20世紀70年代中后期起，首先在大型進口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。現(xiàn)在中國市場上的DCS供應(yīng)商近20家，可分為歐美品牌、日系品牌、國內(nèi)品牌幾個集群。最早進入中國市場的是日系品牌的Yokogawa，其Centum系列早在20世紀80年代我國即已大量引進，同期引進的還有美國Honeywell公司的TDC系列DCS系統(tǒng)。
隨著世界各國DCS廠商紛紛推出自己開發(fā)的DCS系統(tǒng)，在我國供應(yīng)的DCS品牌也越來越多，近幾年，ABB、Emerson、Invensys、Siemens生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)在各自側(cè)重的不同行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。在大量引進國外DCS的同時，我國也開始自己研制和設(shè)計DCS系統(tǒng)。為了發(fā)展自己的DCS，政府規(guī)定國外的DCS廠商必須在本地有合作伙伴，這給早期的國內(nèi)DCS廠家的成長和逐步壯大創(chuàng)造了機會。經(jīng)過近30年的努力，國內(nèi)已有多家生產(chǎn)DCS的廠家，其產(chǎn)品應(yīng)用于大中小各類過程工業(yè)企業(yè)，其中和利時、浙大中控、國電智深3家已具有相當(dāng)規(guī)模。不過目前國外DCS產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還比較高，從數(shù)量來說以采用Honeywell、Yokogawa、ABB等公司產(chǎn)品為多。
DCS系統(tǒng)技術(shù)分析
從不同方向發(fā)展起來的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方面有些區(qū)別。儀表背景的公司開發(fā)的DCS控制器的軟件部分比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習(xí)慣，如Honeywell公司的TDC2000、Bailey公司的N90、Yokogawa公司的YEWPACKMARKII，特別是組態(tài)方式比較方便。傳動公司設(shè)計的DCS更象PLC系統(tǒng)，如WestingHouse公司開發(fā)的WDPFI系統(tǒng)，其輸入輸出卡就是可編程的NL系列的采集卡。計算機背景出身的公司設(shè)計的DCS的人機界面比較友好，通訊網(wǎng)絡(luò)比較先進，如MeasuresVision2002Network。從DCS控制站、操作站、數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)幾方面來看，各大DCS廠商推出的系統(tǒng)存在著共同點。
控制站
DCS系統(tǒng)中，控制站是一個完整的計算機，實際運行中可以不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產(chǎn)裝置正常運行。它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備，以及過程輸入/輸出(PI/O)。關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原則上也有實時操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而己。
目前多數(shù)DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全，操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。為了完成控制策略，目前典型的功能模塊有50多種，這是DCS廠家的專有技術(shù)。對于順序控制和批量控制組態(tài)編程，各種DCS控制站采用不同的方法，直到近年來才向IEC61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)靠攏。中小型DCS控制站，多數(shù)以控制16-32回路為限并支持分布式拓撲結(jié)構(gòu)。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、IPC、FCS共享。
操作站
DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級語言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)通用(Utility)功能。實際的DCS操作站是典型的計算機，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機界面。目前大多數(shù)DCS操作站已采用高檔工控機，操作系統(tǒng)，客戶機/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)，DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)或OPC(用于過程控制對象鏈接嵌入)接口技術(shù)，以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡(luò)相連。在采用通用監(jiān)控圖形軟件(如iFIX、Intouch等)這一點上，和DCS廠家做法不一，有的以此為平臺，形成“軟DCS”操作站，這多用于中小型DCS，或以此類軟件為核心，進行二次開發(fā);大多數(shù)DCS廠家對原來的組態(tài)軟件進行改造，使之符合上述特點，滿足系統(tǒng)開放要求。
3.數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)代DCS通信功能的發(fā)展是與全廠管理網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))技術(shù)相融合，逐漸實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)由多重結(jié)構(gòu)向扁平化過渡，第四代DCS的通信系統(tǒng)特點是具有開放性。過去各DCS廠家都以專利形式發(fā)表(或購買)DCS通信技術(shù)。因為數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)牽涉到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信介質(zhì)(信道)、通信協(xié)議、不同用戶行業(yè)的行規(guī)等方面，所以到現(xiàn)在也沒有工業(yè)(或過程工業(yè))網(wǎng)絡(luò)的完整的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然目前IEEE802.4令牌總線傳輸方式和IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)傳輸方式的通信協(xié)議在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用最廣;國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型即ISO/OSI7層模型，規(guī)定了通信過程分段和網(wǎng)絡(luò)功能分層，這是們討論DCS通信標(biāo)準(zhǔn)化或開放性的共同語言。
在DCS中采用數(shù)字通信技術(shù)、在控制站內(nèi)采用站內(nèi)通信總線及遠程I/O總線，以及在第四代DCS的控制站內(nèi)增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場智能儀表的接口卡，使DCS與現(xiàn)場儀表之間的接線減少，并對現(xiàn)場儀表進行設(shè)備管理，這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場總線通信技術(shù)融合打下基礎(chǔ)。I/O板和控制器國際上各DCS廠家的技術(shù)水平都相差不遠，如果說有些差別的話是控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合有些不同，I/O板的差別在于智能化和非智能化，但是控制器讀取所有I/O數(shù)據(jù)都必須在1s內(nèi)完成一個循環(huán);操作站差別比較大，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統(tǒng)、采用專用的還是通用的監(jiān)視軟件，操作系統(tǒng)和監(jiān)視軟件配合比較好時可以減少死機現(xiàn)象;差別最大的是通訊網(wǎng)絡(luò)，最差的是輪詢方式，最好的是例外報告方式，根據(jù)實驗，其速度要相差七八倍。實踐證明，采用通用軟硬件比DCS廠商開發(fā)專用軟硬件更能提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、開放性。多數(shù)DCS廠商自己已經(jīng)不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺，而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司(如Invensys用Wonderware軟件為基礎(chǔ))的通用組態(tài)軟件平臺，或其他公司提供的軟件平臺(Emerson用Intellution的軟件平臺做基礎(chǔ))。此外，多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式(Invensys采用Eurothem的I/O模塊，橫河的R3采用富士電的Processio作為I/O單元基礎(chǔ)，Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockwell公司的PLC單元)作為現(xiàn)場控制站。
DCS主要品牌系統(tǒng)分析
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，用戶需求的不斷提高，以Honeywell、Emerson、Invensys、Yokogawa、ABB為代表的DCS廠商紛紛提升其DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平，并不斷豐富和完善DCS功能。下面以Honeywell公司ExperionPKS(過程知識系統(tǒng))，Emerson公司PlantWeb(EmersonProcessManagement)，Invensys公司A2，Yokogawa公司R3(PRM-工廠資源管理系統(tǒng))，ABB公司IndustrialIT等系統(tǒng)為標(biāo)志的第四代DCS系統(tǒng)，以及Invensys公司I/ASeries等第三代DCS系統(tǒng)為例分析各系列DCS系統(tǒng)的性能和特點。
Honeywell公司推出的過程知識系統(tǒng)(簡稱EPKS系統(tǒng))是與A2同時代的產(chǎn)品，控制器采用C200，與原來的TPS系統(tǒng)用的控制器有很大差別，C200控制器既能連接插件式I/O，也能連接導(dǎo)軌式I/O，同時支持基金會現(xiàn)場總線，采用的軟件可以嵌入VB語言，支持AciveX，它是一體化的混合控制系統(tǒng)，是世界上第四代DCS控制系統(tǒng)的代表，其核心是基于開放且功能強大的Microsoft公司的2000服務(wù)器/客戶系統(tǒng)。它由高性能的控制器，先進的工程組態(tài)工具，開放的控制網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成先進的體系結(jié)構(gòu)。
硬件配置EPKS系統(tǒng)的核心部件是混合控制器(簡稱C200)，包括電源、機架、控制處理器模件(CPM)、控制網(wǎng)絡(luò)通訊模件(CNI)、以太網(wǎng)接口模件、輸入輸出模件和可選的冗余模件(RM)、電池擴展模件(BEM)等組成。所有模件都支持帶電插拔，且適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。C200適用于廣泛的工業(yè)應(yīng)用，包括連續(xù)過程、批量過程、開關(guān)量運算以及機械設(shè)備控制等各類型的控制。對于要求將調(diào)節(jié)控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應(yīng)用一體化的集成應(yīng)用，C200是理想的控制器。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
⑴一體化的網(wǎng)絡(luò)支持
?、貳thernet：為保證系統(tǒng)統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)服務(wù)器和操作站之間，網(wǎng)絡(luò)的冗余采用的是Honeywell專利技術(shù)-容錯以太網(wǎng)FTE(FaultTolerantEthernet)提供了可靠的100Mbps高速以太網(wǎng)絡(luò)。FTE采用的是單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，切換時服務(wù)器和操作員站不需要重新連接網(wǎng)絡(luò)，因此切換的速度很快，約1s，這樣大大減少了網(wǎng)絡(luò)的故障率。普通的以太網(wǎng)節(jié)點(非容錯以太網(wǎng))也能連接到FTE網(wǎng)絡(luò)上，同樣比連接到常規(guī)的冗余以太網(wǎng)有更可靠的通訊環(huán)境。
?、贑ontrolNet：ControlNet是開放的網(wǎng)絡(luò)，由ControlNet國際組織制定技術(shù)規(guī)范，其數(shù)據(jù)傳輸速率為5Mbps，可以選擇單或冗余的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，并且提供實時確定性的數(shù)據(jù)傳遞。每個監(jiān)控/對網(wǎng)絡(luò)段支持10個控制器或10對冗余配置的控制器，每個C200控制器可以通過I/O子網(wǎng)連接最多8個I/O機架、64個I/O模件，一個I/O模件還可通過現(xiàn)場終端元件FTA連接8～32路不等的現(xiàn)場接線FieldWiring。顯而易見，EPKS系統(tǒng)規(guī)模是相當(dāng)龐大的。
?、跧/ONetwork，I/O子網(wǎng)是Honeywell公司自身研發(fā)的用于系統(tǒng)內(nèi)部的專用網(wǎng)絡(luò)。
?、品植际椒?wù)器結(jié)
構(gòu)(DistributedSystemArchitecture)分布式服務(wù)器結(jié)構(gòu)(DSA)是集成多個過程控制過程，或多段控制單元的理想解決方案。為控制和操作多提供了極大的靈活性。分布式的服務(wù)器結(jié)構(gòu)還為地理位置上分散的集散系統(tǒng)的互聯(lián)應(yīng)用提供了極大的靈活性。通過廣域網(wǎng)很方便的實現(xiàn)中央控制室和多個遠程控制室共同管理的控制模式。
YokogawaCENTUMCS3000R3集散控制系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)開放的DCS系統(tǒng)。CS3000R3系統(tǒng)功能包括：
?、臜umanInterfaceStation(HIS)操作站用于運行操作和監(jiān)視。采用了微軟公司的2000或XP作為操作系統(tǒng)和橫河公司指定的工業(yè)用高性能計算機。
?、艶ieldControlStation(FCS)現(xiàn)場控制器用于過程I/O信號處理，完成模擬量調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯運算、批量控制等實時控制運算功能。
⑶EngineeringStation(EWS)工程師站用于設(shè)計組態(tài)、仿真調(diào)試及操作監(jiān)視。采用2000或最新的XP作為操作系統(tǒng)的橫河指定的高性能計算機。
?、菶SB總線(ExtendedSerialBackboardBus)用于控制站內(nèi)，中央主控制器FCU同本地I/O節(jié)點之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實時通訊總線，網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)成：總線型，通訊速率：128Mbps，每臺控制站可連接14個I/O節(jié)點，最大通訊距離20m。
?、蒃R總線(EnhencedRemoteBus)用于控制站內(nèi)本地I/O節(jié)點與遠程I/O節(jié)點之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重化實時通訊總線，網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)成：總線型，通訊速率：10Mbps，每臺控制站可從本地節(jié)點連接8個遠程I/O節(jié)點，最大通訊距離20km。
?、蔆ommunicationGateway(ACG)通訊網(wǎng)關(guān)作為用于將系統(tǒng)的控制總線和DCS上位機的以太網(wǎng)相連接的網(wǎng)關(guān)。
?、薙ystemIntegrationOPCStation(SIOS)OPC系統(tǒng)集成網(wǎng)關(guān)用于將系統(tǒng)控制總線V-net/IP與用于與子系統(tǒng)以太網(wǎng)相連接的網(wǎng)關(guān)。采用XP標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，支持DDE/OPC。既可以直接使用PC機通用的Excel，VB編制報表及程序開發(fā)，也可以同在Unix上運行的大型Oracle數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。此外，橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于與不同廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進行通訊。采用了4CPU冗余容錯技術(shù)(Pair&Spare成對熱后備)的現(xiàn)場控制站，實現(xiàn)了在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下進行糾錯與連續(xù)不間斷地控制;I/O模件采用表面封裝技術(shù)，具有1500VAC/分抗沖擊性能;系統(tǒng)接地電阻小于100歐姆等多項高可靠性尖端技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的抗干擾，耐環(huán)境等特點，適用于運行在條件較差的工業(yè)環(huán)境。
CS3000采用橫河公司的V-NET/IP控制總線，該控制總線速度可高達1Gbps，通訊距離最大20km，連接站數(shù)：64站/域，256站/系統(tǒng)。由于增加了控制網(wǎng)絡(luò)的開放性，更多的非CEMTUM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以直接掛接在控制網(wǎng)絡(luò)上。滿足了用戶對實時性和大規(guī)模數(shù)據(jù)通訊的要求。在保證可靠性的同時，又可以與開放的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單。而且橫河公司已經(jīng)將該標(biāo)準(zhǔn)提交IEC組織，希望將該標(biāo)準(zhǔn)作為下一代控制系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)?？刂普綟CS采用用于高速的RISC處理器VR5432，可進行64位浮點運算，具有強大的運算和處理功能。
此外，還可以實現(xiàn)諸如多變量控制，模型預(yù)測控制，模糊邏輯等多種高級控制功能。主內(nèi)存高達32M。CS3000支持的所有的輸入/輸出接口都可以冗余。系統(tǒng)采用ControlDrawing圖進行軟件設(shè)計及組態(tài)，使方案設(shè)計及軟件組態(tài)同步進行，最大限度地簡化了軟件開發(fā)流程。提供動態(tài)仿真測試軟件，有效地減少了現(xiàn)場軟件調(diào)試時間。工程人員可以在短時間內(nèi)熟悉系統(tǒng)。具有構(gòu)造大型實時過程信息網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)可通過總線轉(zhuǎn)換單元與橫河以往的系統(tǒng)相連并且兼?zhèn)洮F(xiàn)場總線控制功能，通過在現(xiàn)場控制站上加裝一塊ACF111/ALF111通訊接口卡件，就可在該卡件上掛接一條通訊協(xié)議為H1的現(xiàn)場總線，并可在該總線上連接32臺現(xiàn)場總線設(shè)備。
I/ASeries系統(tǒng)是美國Foxboro公司推出的開放式智能DCS控制系統(tǒng)。也是目前使用64位工作站和全冗余的高標(biāo)準(zhǔn)DCS控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)成包括過程控制站(CP)、過程操作站、和工程師工作站/應(yīng)用計算處理站、信息管理站和通訊系統(tǒng)。I/A的工程師站與操作站使用了SPARC技術(shù)。X-ystem作為操作平臺。通訊系統(tǒng)為1：1冗余的高速節(jié)點總線，過程I/O卡全部為光電隔離和變壓器隔離型，可執(zhí)行PLC和編程控制、事故追憶等控制，掃描周期為1ms。
I/ASeries的最大特點是開放，在系統(tǒng)與MIS通訊這一層上，不論是51系列還是70系列，都可以非常方便地和工廠信息網(wǎng)進行通訊。它采用了標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，可以方便地與管理網(wǎng)以高速率傳送實時和歷史數(shù)據(jù)，以及實時的過程操作畫面。各種信息和數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)和TCP/IP、DECNET、NFS、X.25、NOVELL/IP等通信協(xié)議與各種不同種類、不同型號的臺式機、便攜機、服務(wù)器、工作站以及大型計算機雙向傳送各種數(shù)據(jù)。
I/ASeries系統(tǒng)處理機組件通過節(jié)點總線(NODEBUS)相互連接，形成過程管理和控制節(jié)點。每一個組件也可通過一根或多根的通訊鏈路與外圍設(shè)備或其他類型的組件相連。節(jié)點總線為I/ASeries系統(tǒng)中的各個站(控制處理機，操作站處理機等)之間提供高速，冗余的點到點通訊，具有優(yōu)異的性能和安全性。與主要設(shè)計成處理連續(xù)量，反饋類型的控制回路的DCS不同，I/ASeries設(shè)計成用來滿足全部測量和控制需求。系統(tǒng)提供的綜合控制組態(tài)軟件包用于處理一個公共的，基于對象的智能測量值和連續(xù)控制，順序控制和梯形邏輯控制。
使用久經(jīng)考驗的各種控制功能塊算法。包括為了幫助用戶使最難對付的回路處于控制之下，I/ASeries系統(tǒng)使用了專利的基于專家系統(tǒng)的EXACTPID參數(shù)自整定和多變量EXACTMVPID參數(shù)自整定等先進控制算法。有專用于脈沖/數(shù)字信號控制開關(guān)閥、電動閥和其他執(zhí)行器的控制模塊，還有為了對付在過程中會碰到的長遲滯回路，系統(tǒng)中還提供了SMITH預(yù)估算法。
I/ASeries系統(tǒng)的處理機和現(xiàn)場總線組件都裝在系統(tǒng)專用的機柜中，這些機柜是有涂層的鋼制機柜，具有密封性和通風(fēng)口，同時具有各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，安裝配置和接線端子，還有可將處理機和I/O卡放在室外的現(xiàn)場機柜。工業(yè)組合落地式操作臺可安裝各種處理機組件和現(xiàn)場總線組件，通常顯示器和鍵盤等操作設(shè)備放置在組合式操作臺上部，操作臺內(nèi)部裝有主機。源自Invensys的A2自動系統(tǒng)可指定它控制某個過程裝置，或要求它實現(xiàn)工廠的自動化。它可完成所有的用戶各種應(yīng)用程序，連續(xù)型過程控制與順序型過程控制?？勺鳛楹唵蔚腎/O系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，直至回路控制、數(shù)據(jù)管理、操作面板顯示和實現(xiàn)冗余控制，并提供完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
Invensys最新ArchestrATM結(jié)構(gòu)確保系統(tǒng)可伴隨用戶的需求而增長，并準(zhǔn)許融入各種第三方解決方案，用于未來提升用戶工廠的生產(chǎn)力。ArchestrA體系將Invensys系統(tǒng)、第三方設(shè)備和用戶的應(yīng)用程序整合為一體，將當(dāng)前與未來的應(yīng)用都嵌入到同步的工廠級應(yīng)用模式中，并且鼓勵其正在進行的改變與提高，它包含了一整套獨特的新穎成套工具與新式應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)，允許迅速生成新的應(yīng)用程序、產(chǎn)品以及服務(wù)。
InvensysA2自動系統(tǒng)基于Wonderware產(chǎn)品的人機界面，系統(tǒng)可升級的開放系統(tǒng)設(shè)計與嵌入式基于目標(biāo)的OPC接口，可使用戶編程、工程設(shè)計或觀察其他Invensys儀表，或集成第三方產(chǎn)品，滿足操作、維護和工廠管理甚至連接到IT系統(tǒng)上的需求。
PlantWeb(EmersonProcessManagement)是Emerson提出的用于過程管理的數(shù)字化工廠架構(gòu)，其中DeltaV作為PlantWeb中的核心組成部分，提供可靠的數(shù)字化工廠過程控制系統(tǒng)。DeltaV系統(tǒng)是Fisher-Rosemount公司于1996年開始推出的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，DeltaV在兩套DCS系統(tǒng)(RS3、PROVOX)的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)場總線FF標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出的兼容現(xiàn)場總線功能的全新的控制系統(tǒng)，它充分發(fā)揮眾多DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢，如：系統(tǒng)的安全性、冗余功能、集成的用戶界面、信息集成等，同時克服傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的不足，具有規(guī)模靈活可變、使用簡單、維護方便的特點。
DeltaV系統(tǒng)支持H1和HSE現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，可以構(gòu)成規(guī)模大小可變的過程控制系統(tǒng)，具有控制功能強大、用戶界面友好、安裝使用方便等特點。DeltaV過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為：①一個或多個處理現(xiàn)場設(shè)備信息的I/O子系統(tǒng);②一個或多個控制器，可執(zhí)行本地控制、數(shù)據(jù)管理以及I/O子系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)之間的通訊;③一個或多個工作站，為過程控制提供圖形化的用戶界面;④一個以太控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)點之間的通訊;⑤供電電源。
DeltaV系統(tǒng)的控制器和工作站一般配置2個以太網(wǎng)接口，在控制器和工作站之間可采用冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在業(yè)界的同類產(chǎn)品中，DeltaV系統(tǒng)在其控制層較早使用了最近才開始流行的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和TCP/IP協(xié)議。在DeltaV系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)中包括現(xiàn)場總線接口卡(FF的H1和HSE)，每塊現(xiàn)場總線接口卡可以連接32個底層的現(xiàn)場總線設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器等。
僅用DeltaV控制器和一塊或多塊現(xiàn)場總線接口卡加上現(xiàn)場總線測控設(shè)備就可以組成一種完全的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，但主要受現(xiàn)有FF型現(xiàn)場總線測控設(shè)備品種和價格因素的限制，目前采用的DeltaV過程控制系統(tǒng)一般都是既包括現(xiàn)場總線I/O，也包括傳統(tǒng)I/O的混合型系統(tǒng)。DeltaV過程控制系統(tǒng)的技術(shù)特點：①開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與OPC標(biāo)準(zhǔn);②基金會現(xiàn)場總線(FF)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);③模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計;④即插即用、自動識別系統(tǒng)硬件，所有卡件均可帶電插拔，操作維護可不必停車;同時系統(tǒng)可實現(xiàn)真正的在線擴展;⑤常規(guī)I/O卡件采用8通道分散設(shè)計，且每一通道均與現(xiàn)場隔離。
ABB公司開發(fā)的IndustrialIT分為控制IT、操作IT、信息IT，IndustrialIT的核心是AC800系列控制器和相應(yīng)的I/O，系統(tǒng)支持現(xiàn)場總線，如Profibus。提供了多種可供選擇的IndustrialIT800xA控制和I/O產(chǎn)品，能夠滿足制造和加工過程中的控制需要。ABB控制器備有軟件庫，其中包括豐富的預(yù)定義、用戶自定義控制元素，據(jù)此可針對任何應(yīng)用要求，輕松設(shè)計出從簡到繁各種控制策略(包括連續(xù)控制、時序控制、批量控制和先行控制)。
ABB控制器在設(shè)計上從始至終都借助了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線和開放式通訊協(xié)議的強大能力，并以此提供了全系列的控制、可擴展性和容錯冗余選項。此外還提供了全系列工業(yè)I/O供遠程和就地安裝之用，這些I/O占地面積小，可在導(dǎo)軌上安裝，并有廣泛的I/O類型(包括本安I/O)。采用了模塊化設(shè)計的AC800M控制器和相關(guān)的I/O選項，對小型混合系統(tǒng)與集成的大型自動化應(yīng)用同樣有效的子系統(tǒng)模塊化設(shè)計，允許用戶按照實際需求靈活地選擇具體功能。而采用同樣的基本硬件提供了多種多樣的中央處理單元(CPU)、I/O、通訊模塊和電源選項，從而在功能性、性能和尺寸等方面也提供了靈活性。
800xA控制器和I/O采用了一整套完善的自我診斷功能，有助于降低維護成本。所有模塊都配備了前面板LED顯示器，顯示故障和性能降低情況。系統(tǒng)支持若干通訊和I/O模塊，例如：①額外的RS-232C端口，連接更多的第三方系統(tǒng)和設(shè)備，PROFIBUS-DP、DP-V1接口，提供S200、S800以及S900I/O系統(tǒng)的集成，并可訪問市面上諸多支持此類協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備;②FOUNDATION現(xiàn)場總線HSE接口，提供一條到FOUNDATION現(xiàn)場總線系統(tǒng)解決方案的訪問干路;③ABBINSUM接口，通過單一few-core總線，方便對開關(guān)柜進行有效的監(jiān)督與控制;④MasterBus300接口，提供與AdvantOCS和ABBMaster系統(tǒng)之間的向后兼容性;⑤S100I/O接口，可從現(xiàn)有的Advant410/450型控制器(甚至MasterPiece200)系統(tǒng)升級到AC800M，同時保持已有的I/O分區(qū);⑥TRIOI/O接口，可從現(xiàn)有的MOD300控制器升級到AC800M，并同時保持已有的TRIOI/O分區(qū);⑦S800系列I/O模塊，作為直連I/O使用。
和利時公司于1992年開發(fā)出第一代DCS系統(tǒng)HS-DCS-1000系統(tǒng)，1995年推出HS2000系統(tǒng)(采用智能I/O結(jié)構(gòu)、部分實現(xiàn)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)功能)，1999年推出MACS系統(tǒng)，2002年初推出第四代DCS——MACS-Smartpro(智能過程系統(tǒng))。Smartpro系統(tǒng)充分體現(xiàn)信息管理功能和集成化，系統(tǒng)了采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，高層網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器為中心，可以支持各種管理功能，并且，和利時自己也開發(fā)了一些適合中小型企業(yè)的管理軟件平臺。
HS2000ERP、進銷存平臺、RealMIS平臺、Web服務(wù)能源管理(應(yīng)用于冶金企業(yè))等。其中RealMIS已取得廣泛應(yīng)用。此外，該系統(tǒng)支持開放數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，支持OPC、ODBC、DDE、COM/DCOM、OLE、TCP/IP等協(xié)議，可以方便地聯(lián)接第三方的管理軟件。采用完全符合IEC61131-3全部功能的控制組態(tài)軟件。它的HMI軟件既可以采用和利時自主知識產(chǎn)權(quán)的FOCS軟件平臺，也可以采用通用的如CITECT等軟件平臺。系統(tǒng)的硬件除了可以集成和利時I/O模塊外，還可以集成其他PLC、RTU、FCS接口、無線通信，變電站數(shù)據(jù)采取與保護、車站微機聯(lián)鎖等，以及各種智能裝置。Smartpro系統(tǒng)現(xiàn)場控制單元采用分散化的智能小模塊，可以實現(xiàn)完全分散。模塊之間采用Profibus-DP現(xiàn)場總線聯(lián)接。
此外，Smartpro在現(xiàn)場級還可以支持架裝的I/O組件、現(xiàn)場總線系統(tǒng)、各種規(guī)格(大、小、中、微)型的PLC。而且，Smartpro的智能I/O單元本身全部隔離，而且可以做到路路隔離。針對不同的行業(yè)，基于Smartpro系統(tǒng)有幾個專業(yè)應(yīng)用平臺，例如核電控制系統(tǒng)，火力發(fā)電控制系統(tǒng)，化工過程控制系統(tǒng)，水泥生產(chǎn)控制系統(tǒng)，造紙集成控制系統(tǒng)等。
WebFieldJX-300XP是浙大中控在基于JX-300X成熟的技術(shù)與性能的基礎(chǔ)上，推出的基于web技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。WebFieldJX-300XP系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)Ethernet(用戶可選)采用以太網(wǎng)絡(luò)，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。
第二層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)SCnetII連接了系統(tǒng)的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道。第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱為SBUS控制站內(nèi)部I/O控制總線。主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件都是通過SBUS進行信息交換的。SBUS總線分為兩層：雙重化總線SBUS-S2和SBUS-S1網(wǎng)絡(luò)。主控制卡通過它們來管理分散于各個機籠內(nèi)的I/O卡件。
最大系統(tǒng)配置為：15個冗余的控制站和32個操作員站或工程師站，系統(tǒng)容量最大可達到15360點。系統(tǒng)每個控制站最多可掛接8個IO機籠。每個機籠最多可配置20塊卡件，即除了最多配置一對互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡之外，還可最多配置16塊各類I/O卡件。在每一機籠內(nèi)，I/O卡件均可按冗余或不冗余方式任意進行配置。
主控制卡采用雙CPU結(jié)構(gòu)，包括主CPU(Master)和從CPU(Slave)，主控制卡JX-300XP的主控制卡支持冗余或非冗余配置，冗余方式為1∶1熱備用。JX-300XP系統(tǒng)主控制卡的控制回路可達128個，最大可帶128塊I/O卡，通過SBUS實現(xiàn)就地或遠程I/O功能。主控制卡內(nèi)置后備鋰電池，用于保護主控制卡斷電情況下卡件內(nèi)SRAM的數(shù)據(jù)(包括系統(tǒng)配置、控制參數(shù)、運行狀態(tài)等)。在系統(tǒng)斷電的情況下，SRAM數(shù)據(jù)可以保存3個月。JX-300XP系統(tǒng)的軟件采用浙大中控自主開發(fā)的AdvantrolPro軟件包。AdvantrolPro在浙大中控的WebFieldJX-300X、ECS-100等系統(tǒng)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
DCS市場規(guī)模
1.整體情況2005年，電力、石化和化工行業(yè)仍然占據(jù)著2005年中國DCS最為重要的市場地位，他們占DCS總市場的比重分別為35.3%、18.2%、17.1%。建材、市政、冶金和造紙行業(yè)的DCS業(yè)務(wù)目前在DCS市場中的比重一般在5%~6.5%之間，這四個行業(yè)占DCS總市場的23.1%。DCS在食品飲料煙草和礦業(yè)等行業(yè)目前也有一定的應(yīng)用，但目前這些行業(yè)DCS業(yè)務(wù)總和占總市場的比重都還比較小，僅為6.3%。
市場行業(yè)分布的變化從銷售金額來看，2005年DCS市場的行業(yè)分布出現(xiàn)了一定的變化，各個行業(yè)的升降情況分別為：
?、虐l(fā)電、石化和化工三大行業(yè)在市場中的重要性有進一步上升趨勢。2005年，這三個行業(yè)市場都穩(wěn)定增長，其DCS金額占DCS總市場的比重有明顯提升，從2004年不到60%增加到2005年的70%。其中，石化行業(yè)排名和比重均上升顯著，從2004年在行業(yè)總體占14.6%的第三位上升到2005年占行業(yè)總體18.2%的第二位。
?、破渌袠I(yè)由于增長趨勢的差異，行業(yè)地位均各有升降。例如市政和冶金行業(yè)的地位有明顯的提升，但建材行業(yè)市場飽和狀況還沒有整體恢復(fù)，造紙行業(yè)前兩年投資比較集中，加上其本身市場比較有限，這兩個行業(yè)在2005年的DCS市場中地位均有下降。
3.分項目類型市場規(guī)模
通過大量用戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2005年的DCS市場的構(gòu)成中，新系統(tǒng)項目占有比較大的比重，為53.9%。2005年，DCS新項目主要來自電力、石化、市政等行業(yè)，這些行業(yè)近年來都保持了30%左右的增長率。
備品備件市場和系統(tǒng)改造分別占整個DCS市場的20.0%和17.1%。電力、石化、化工等行業(yè)DCS保有量在整個市場總保有量中占很大比重，隨著每年DCS銷售額穩(wěn)定上升，這些行業(yè)的備品備件、系統(tǒng)改造和服務(wù)業(yè)務(wù)都會保持累進上升趨勢。
行業(yè)應(yīng)用評述
從理論上講，一個DCS系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種行業(yè)，但是各行業(yè)，有它的特殊性，所以DCS也就出現(xiàn)了不同的分支，DCS供應(yīng)商一般會在一個或多個行業(yè)里占有比較大的市場份額，同時，也往往有一些行業(yè)始終難以突破。下面將按行業(yè)介紹國內(nèi)外主要DCS產(chǎn)品的應(yīng)用情況。
電力行業(yè)：2005年，該行業(yè)表現(xiàn)最好的廠商仍然以ABB為代表的國外幾家大公司和以國電智深、和利時為代表的國內(nèi)品牌。電力行業(yè)的集中度進一步加強，ABB、上海新華、Siemens、Emerson、Invensys、國電智深和和利時7家供應(yīng)商占據(jù)了整個電力行業(yè)92%的市場份額。
石化行業(yè)：Honeywell、Yokogawa和Emerson是該行業(yè)的前三甲，煉油設(shè)施的主控系統(tǒng)主要來自這3家，其他品牌包括國內(nèi)品牌一般只在輔助裝置中使用。2005年，Invensys在該取得了比較快的增長?；ば袠I(yè)：國內(nèi)品牌和利時和浙大中控由于價格上有較大的優(yōu)勢，已經(jīng)得到了該行業(yè)用戶的廣泛認可。同時，由于化工和石化行業(yè)屬于上下游產(chǎn)業(yè)關(guān)系，石化和化工產(chǎn)品有很強的相關(guān)性，生產(chǎn)工藝有較強的相似性，所以在石化領(lǐng)域處于前三位的Honeywell、Emerson和Yokogawa在化工行業(yè)(主要是大型化工項目)中占有重要的地位。冶金行業(yè)：ABB、Invensys、Siemens和和利時的DCS在冶金行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。ABB的AC800F、Invensys的I/ASeries、Siemens的PCS7、和利時的MACS、Honeywell的TPS和TDS、Yokogawa的CENTUMCS1000和CS3000是目前冶金市場應(yīng)用最多的產(chǎn)品。浙大中控的JX-300X和羅克韋爾的ProcessLogixR400在冶金行業(yè)也有一定的應(yīng)用。
造紙行業(yè)：ABB是最早進入中國造紙行業(yè)的品牌，在過去10年中，ABB、Honeywell等國外品牌為中國的紙漿和造紙業(yè)客戶提供了最多的DCS系統(tǒng)。
建材行業(yè)：2005年，ABB憑借豐富的業(yè)內(nèi)經(jīng)驗和與設(shè)計院所良好的合作關(guān)系，在建材行業(yè)處于領(lǐng)先位置，占據(jù)了很大的市場份額，國內(nèi)的大型生產(chǎn)線大多使用ABB的DCS系統(tǒng)。Siemens憑借PCS7產(chǎn)品在水泥行業(yè)的發(fā)展較快，Honeywell的PKS在該行業(yè)也有較多的項目。國內(nèi)供應(yīng)商中，和利時由于價格優(yōu)勢也在在該行業(yè)取得了較快的發(fā)展，處于國內(nèi)供應(yīng)商的領(lǐng)先位置，浙大中控在水泥行業(yè)也有部分應(yīng)用。市政：目前國內(nèi)的浙大中控以及和利時在供熱等項目中已經(jīng)占有了一定的地位。另外，ABB、Honeywell、Rockwell等也已經(jīng)開始進入。
DCS系統(tǒng)技術(shù)趨勢
1.第四代“DCS”——從控制層向管理層的延伸最近兩年，主流廠商紛紛推出了第四代“DCS”，雖然其名稱各異，但最重要的一點是從控制層向管理層的延伸，即尋求DCS與MES的融合，甚至將DCS系統(tǒng)納入企業(yè)的ERP系統(tǒng)。石化行業(yè)已經(jīng)開始了一些類似應(yīng)用。但對于進入較大規(guī)模的使用還有較長的距離。
2.現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用——系統(tǒng)的開放性新一代的DCS使用了現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。這一應(yīng)用帶來了系統(tǒng)的開放性，可以在同一系統(tǒng)中集成不同的子系統(tǒng)。在最近的幾個大項目中，譬如上海賽科，都使用了現(xiàn)場總線技術(shù)。
等混合控制系統(tǒng)的競爭隨著對模擬量處理方式的改善和處理能力的提高、雙機熱備技術(shù)大幅度地提高了PLC系統(tǒng)的可靠性，更重要的是，PLC系統(tǒng)相比DCS系統(tǒng)具有較大的價格優(yōu)勢，因此PLC在混合控制器市場的比例越來越高。主流的廠商如ABB和Honeywell都開發(fā)了混合控制器，來迎合這種趨勢。
（轉(zhuǎn)載）
