淺談DCS技術現狀及未來發展趨勢

左勻東

摘? 要：在工業生產中，自動控制技術的作用正不斷增長，并且已成為工業生產的重要組成部分。目前工業生產自動控制技術主要包括工業PC、DCS和PLC技術，其中DCS技術在我國生產型企業中的應用非常廣泛，其不僅能分散控制相關設備，減少設備運行中出現故障的次數，而且還能提高產能，減少企業成本，從而增加企業效益。該文通過分析DCS技術的優缺點和發展過程中存在的問題，探討其未來發展的趨勢。

關鍵詞：分散控制系統;發展趨勢;發展現狀

中圖分類號： TP277? ? ? 文獻標志碼：A

DCS是分散控制系統的簡稱，我國一般稱為集散控制系統，其是一種多級計算機系統，以通信網絡為紐帶，由過程監控級與過程控制級組成，集控制、顯示、通信和計算機等技術于一體（如圖1所示），基本理念是集中操作、分散控制、配置靈活、分級管理和組態方便[1]。盡管目前DCS技術的應用非常廣泛，但隨著科技的不斷發展，FCS技術、軟件技術、網絡技術和無線連接等新型技術的興起，也將給DCS技術的發展帶來了較大的挑戰。

1 DCS技術的優點與缺點

DCS技術的優勢較多，主要體現在以下4個方面。1）DCS技術能對多個操控對象進行運行控制，可有效降低設備運行時的故障率。DCS技術使控制功能較為分散，因此更能夠明確各自的控制工作。另外，DCS技術還可提高DPU（分散處理單元）設備的邏輯控制能力，由此表明DCS技術可靠性高。2） DCS技術能在各種設備及系統中應用，能實現各系統間的信息交互，并且還能滿足各個運行系統擴容的要求，在提高系統運行穩定性和擴展性中的作用重大。3）DCS技術對用戶行業的理解決定了其方案的適用性。這一情況使得DCS供應商提供的產品更適合某些行業，而不是全部，因此供應商通常會有一個或數個較強的行業，但同時在一些行業里較難有突破。4） DCS技術具有分散性，各DPU控制任務較為單一，如果DCS系統某一個節點出現問題，操作者能快速找出問題所在，并及時進行維護，將故障有效排除，有利于保證DCS控制系統穩定運行。

盡管DCS技術存在較多優勢，但也有一些不足，具體。表現為2個方面。1）工業現場使用的閥門、變送器及各類儀表大部分是模擬儀表，以模擬量操作為主，由于不具備數字信息傳輸功能，因此在進行計算機網絡管理時，有可能會出現問題，從而嚴重影響到整個網絡管理的合理性。2）通常不同廠家生產的DCS系統運行模式、組態軟件、運行參數都有很大差異，如果不能有效解決這一問題，將有可能導致全廠DCS系統無法組網、系統應用受限。外加DCS系統開放性有限，在數據信息交互轉換時，需要通過其他儀器設備進行，如此一來，將增加DCS系統的運行成本，影響DCS系統的發展。

2 影響DCS技術發展的技術

2.1 FCS的快速發展

FCS屬于新型現場總線控制系統，其是在現場總線技術發展的基礎上形成的網絡集成式全分布控制系統，主要有以下3個特點。1）結構方面：FCS改變了以往的系統結構，于現場設備中置入控制單元，外加現場設備具有通信功能，因此能實現現場變送器和執行機構（如閥門）的直接通信，從而使控制系統脫離控制室計算機的控制，在現場直接完成控制，最終達到分散控制的目的。2）技術方面：FCS系統開放，相關標準存在公開性和一致性，僅需遵守相同的標準即可完成不同設備之間的互聯，用戶可根據自身的需求，聯合不同廠商的產品，建立最有效且經濟的系統。3）可靠性：采用了全數字信號通信，外加現場設備具有功能自治性與智能化特點，因此可靠性較高，能便利維護與布線工作的開展。

2.2 軟件技術的發展

就目前工程界來說，各種獨立的SCADA軟件包也日益成熟，多數客戶也已接受，該文主要想闡述工控領域中新興軟件連接技術的應用，如COM、OLEDB、ODBC和OPC等。尤其是OPC技術，其是將COM引進工業過程的工業標準，符合這一標準的設備均可與其他OPC客戶程序通信，這種技術建立了符合工控要求的接口規范，按照統一的標準將現場信號和HMI、SCADA等軟件連接起來，并有效地分離應用軟件和硬件，設備均需具備OPC接口服務器，且支持其接口的客戶程序都能通過統一的方式存取不同廠商的設備數據[2]，因此避免了驅動程序重復開發，能使控制系統的適應性和互操作性得到大大提高。

2.3 網絡技術的發展

走向透明、開放的通信協議是控制網絡的發展趨勢，而DCS使用的總線尚未完全開放。相對來說，以太網具有兼容性佳、安裝方便、低耗和傳輸速度快等特點，還支持TCP/IP網絡協議，故被廣泛應用于商業系統中。近些年來，隨著網絡技術的不斷發展，控制領域中已用到了工業以太網，且產生了新型以太網控制技術，其中快速交換式以太網技術具有全雙工通信，能防止CSMA/CD碰撞，還可實現優先級機制，能夠保證網絡寬帶最佳實時性與最大利用率，并且網速持續升高。

2.4 無線連接技術的發展

無線連接技術的主要作用是采集無線數據，但由于數據可靠性問題，其較少應用在工業控制工程中，然而隨著這種技術的逐漸成熟與標準化，其極有可能大范圍應用在工控領域中，尤其是人們關注的藍牙技術，其采用FM調制方式與2.4 GHz的ISM頻段，傳輸速率為1 MHz，通過時分方式全雙工通信，目前通信距離為10 m～100 m，因此如果想應用在工控領域，通信距離就必須增加。

3 DCS技術的發展趨勢

3.1 DCS技術聯合FCS技術

盡管FCS技術的優點較多，但在實際應用中完全應用FCS技術的情況較少，原因主要為開放具備現場總線接口的設備成本高，以數字式總線儀表取代傳統儀表的花費較高。盡管現場總線標準已形成，但標準太多，且各標準間的兼容性太差，如果想達到完全統一，還需一定時間。DCS現場控制站的組態控制適合應用在一些復雜的工藝中，可組態復雜先進的控制策略，這是FCS技術無法比擬的[3]。

DCS技術工程師不僅要借助FCS技術的先進性，還要符合工程實際需求，因此需要在DCS中融入FCS技術，進行結構轉換，即從控制柜中分離DCS I/O模塊，移到現場，實現通信與數據采集，復雜的控制策略由DCS控制，簡單的控制則下放到現場，如此一來就能形成FCS和DCS混合控制系統（如圖1所示）。

3.2 DCS技術聯合無線連接技術

目前DCS數據采集設備均從控制室通過專用電纜與現場設備連接，這會導致系統查線、連線和維護等方面存在諸多不便，進而使DCS的使用空間距離及范圍受到限制。采用無線連接網絡結構，不僅能減少投資，省去繁重的施工接線，還能使系統性能得到提高。盡管這項技術目前尚不成熟，但相信未來會逐漸完善。

3.3 DCS技術聯合工業控制網絡

DCS數據通信網絡是通過局域網通信，目前DCS傳輸實時信息都通過工業局域網技術實現的，實施全系統綜合管理。然而現場級和現場設備通信大部分使用的是現場總線方式，與以太網相比，其傳輸速率較低，且產品價格更高。相對來說，以太網設備國際標準統一、價格低廉且發展歷史將近二十多年，人們也對其系統協議、CSMA/CD協議和拓撲結構進行了許多改進，不僅使沖突碰撞的問題得到了解決，而且也大大提高了信號的傳輸速度。反之，以太網在現場級的進一步滲入，使系統網絡的集成更加便利。因此在工業控制現場級引入以太網技術將成為DCS后期發展的重要方向。

4 結語

盡管目前DCS技術的應用十分廣泛，但面臨的挑戰依舊較多。因此在DCS技術的未來發展過程中，應充分借助自身優勢，利用更先進的技術，使其結構與功能更加完善，從而進一步滿足時代發展的需求。

參考文獻

[1]孫健.電廠熱工控制系統中DCS的應用研究[J].科學技術創新，2019（32）：38-39.

[2]劉霞.DCS控制技術在煤礦供熱系統中的應用[J].機械管理開發，2019，34（10）：190-191.

[3]孫占朋.DCS在電氣控制系統中的應用分析[J].電子制作，2019（14）：99-100.