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摘 要 自从DCS问世以来，虽然经历了初创、发展、不断成熟的阶段，设备不断智能化、网络化，系统越做越大，编程语言手段不断拓展，但纵观不同阶段的DCS控制结构，却是基本不变的。因此，DCS结构的了解、掌握对学习DCS控制系统就显得尤为必要了。
关键词 DCS结构 智能化 网络化
DCS（Distributed Control System）集散控制系统，是分布式控制系统的英文缩写。在我国，自控专业又称之为集散控制系统或集散系统。相对于集中式控制系统而言，是一种新型以计算机控制为核心的系统，它是在集中控制系统的基础上发展、完善、演变而来。它往往由过程控制级和过程监控级组成的多级计算机系统，它们之间由通信网络为纽带。集成了计算机（Computer），通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）的4C技术，它的主导思想是分布控制、集中操作、分级管理。它的配置往往很灵活、组态较方便。
1975年DCS问世，到现在已经经历了近四十多年的发展历程。经历了四个发展时期，划分具体如下：
（1）1975年到1980年的草创期。这时的DCS刚刚问世，它的通讯系统只是初级的局域网，全系统由一个通讯指挥器指挥，网络对各单元的访问形式采用轮流询问方式。代表有TDC-2000、MOD-3等。
（2）1980年到1985年的成熟期。这时虽然也采用局域网，但网络形式已经由主从式星型网络转变成对等式的总线网络或环网，提高了传输速率，扩大了通信范围。比如TDC-3000、MOD-300等。
（3）1985年到1990年的扩展期。由于在局域网络方面，各个厂商均采用国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的参考模型，使符合开放系统的各制造厂的产品得以实现相互连接，相互通信和进行数据交换。还有第三方软件的应用，过去DCS各厂自成系统的封闭结构被打破了，原来的DCS仅仅可以应用，而这时的DCS不仅能应用，而且能应用开发。比如TDC-3000、Centum XL等。
（4） 90年代以后的网络开放期。符合国际标准的通信协议和规程普遍被各个大的厂商采用，如IEE802（以太网）、IEE802.4（令牌总线）、EEFDDI（光纤分布数据界面）、TCP/IP（传输控制协议/互联协议）或MAP（制造自动化协议）等，这使得不同厂家、不同型号、不同操作系统的计算机可共存一个网络标准，达到了互换产品、共享资源的目的。如Centum CS3000、Advant500等。
在近四十年中，DCS虽然经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高，但在系统的体系结构上没有发生重大改变。总体的来说，DCS变得更加开放，更加标准化，更加产品化。
作为生产过程中，自动化领域的计算机控制系统，如果仅仅以为DCS不过是生产过程的自动化系统，那不过是多年前传统DCS的一个狭义的概念。自从有了计算机的应用，网络的拓展，现在的计算机控制系统的含义已经被大大扩展了，它不但包括过去DCS所包含的所有内容，并且向下，深入到了现场的每台测量设备、执行机构；向上，发展到了生产管理，企业经营的各个角落。传统意义上，DCS仅仅是指生产过程中，控制这一部分的自动化，而当代工业自动化系统，则定位为企业全面的解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上，解决提出的问题，才能使计算机自动化发挥其真正的、应有的作用。
DCS具有以下优点：
（1）可靠性高 由于系统控制功能已经被DCS分散到各台计算机上实现，每台计算机作为网络上的一个节点，这样的系统结构具有容错功能，也就是说，如果某一台计算机出现的故障，只会使这个节点的功能受到影响，但不会导致系统其他功能的丧失。另外，由于各台计算机所承担的任务较单一且专业，所以，往往根据实现的功能，选用特定结构和软件的专用计算机，这样系统中各个节点的可靠性也得到提高。
（2）系统开放 现代DCS设计大多标准化、模块化、系列化，是开放式的系统。系统中，各节点采用局域网方式通信，实现各节点之间的信息传输，彼此之间又相互独立，所以，改变或扩充系统功能时，只需将新增的节点接入系统的通信网络中或从网络中卸下，只要之间没有连锁，其他联系，不会影响到系统其他节点的正常工作。
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级的组成主要包括过程控制站、I/O单元和现场仪表、执行器等，是系统控制功能的主要实施部分。操作级的组成主要包括操作员站和工程师站，主要完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（如：MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前我国行业内，除了特大型工业或长输管线，能应用到这一层的系统较少.
如果将DCS的过程级、操作级和管理级划分角色。分别就是小分队、战区司令部和党中央。
过程级是可以单独完成自己特定任务的小分队。这个小分队分工明确，层级分明，管理有序。现场仪表是负责侦查、收集情报、提供战场动态的侦查兵，所谓“情报”就是工业运行参数；而执行器是负责对敌打击，或者预警等等，它们的种类很多，如阀门，报警器等等；I/O单元如同这只小分队的神经，负责通讯保障，上情下达都靠它；还有这只分队的灵魂主将，自然非控制站莫属了，它负责根据决断。它要把现场仪表收集的情报，汇总整理，然后给执行器发出指令；这样，过程级就完成了一个打击链条，也就是我们熟知的“闭环回路”。
操作级是对于整个战役负责的战区司令部。司令部也是各司其职，各有任务。操作员站、操作员如同监军，除非应急是不动作的。对于每个过程级的执行情况进行监视，掌控，一旦有特殊情况，才发号施令；工程师站扮演司令的角色，是谋划整个战役的战法、战略的，不管具体的实施。有鉴于它的权力太大，也对于整个战局至关重要，一般人是不能操作的，只有授权人才能操作；当然，有的操作级还有配方站，其实就是参谋部，把工程师站的“战法”，传授给操作站和控制站。 管理级是党中央了，是更高一级的监控了。它的设置要看工控的规模了，不一定都配备。
诚然，过程级、操作级和管理级都是重要的角色，可是最重要的却是沟通它们的通讯。过程级、操作级和管理级是项链上的宝石，而通讯系统则是将它们穿起来的红绳。如果红绳断了，整个项链就散了。
从目前的发展现状来看，DCS网络有四层，分别是I/O层、现场总线层、控制总线层和DCS网络层。
（1）I/O通讯层 它将多种I/O信号传送到控制器，由控制器读取I/O信号。I/O总线包括并行总线和串行总线。并行总线的I/O模件必须与控制器模件相邻。串行总线的I/O模件和控制器之间的距离要比较近，通常控制器模件和I/O模件被装在一个机柜内或相邻的机柜内。
（2）现场总线层 远程I/O适合采用现场总线，DCS的远程I/O应用中，采用HART总线较多。如现场的变送器，可离控制器较远（控制器和变送器两者距离可达1公里以上），把变送器来的信号编成组，用HART总线把信号送到控制器，控制器同时读进每组信号。典型现场总线如CAN、LONWORKS、HART总线等。
（3）控制总线层 它实现了控制器之间的通讯，常称之为控制总线。一条总线上，控制器之间可以调用数据，使得模拟量和开关量结合。控制器之间的数据调用通过网络。当CPU和存储器的能力较强时，开关量的逻辑运算和模拟量的采集功能可在一个控制器中完成，这样的控制总线只有一种形式的控制器。其通讯协议类似以太网，采用载波监听，令牌广播发送。
（4）DCS网络层 它将现场控制器和人机界面连成一个系统。如果要确保通讯可靠，DCS生产厂家无论是电缆，还是通讯接口，都要形成冗余。在地理位置上，节点可以分散配置，各结点的距离要求，不同的DCS系统不同。DCS网络的总长度可达几公里，最短也有几百米，网络不够长时需加中继器。
虽然经过了近四十年的发展历程，但DCS的网络结构，我们发现并没有突破过程级、操作级和管理级这三层架构。所以，明确了解这三层结构，对我们学习掌握DCS，是很有帮助的。
（作者简介：陕西首创天成工程技术有限公司）
参考文献：
[1]潘世永，郑萍，李英.集散控制系统（DCS）的发展及展望.中国知网，2003（4）.
[2]陈利军，郭艳玲.集散控制系统的最新技术特点与展望.中国知网，2006（5）.
关键词 DCS结构 智能化 网络化
DCS（Distributed Control System）集散控制系统，是分布式控制系统的英文缩写。在我国，自控专业又称之为集散控制系统或集散系统。相对于集中式控制系统而言，是一种新型以计算机控制为核心的系统，它是在集中控制系统的基础上发展、完善、演变而来。它往往由过程控制级和过程监控级组成的多级计算机系统，它们之间由通信网络为纽带。集成了计算机（Computer），通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）的4C技术，它的主导思想是分布控制、集中操作、分级管理。它的配置往往很灵活、组态较方便。
1975年DCS问世，到现在已经经历了近四十多年的发展历程。经历了四个发展时期，划分具体如下：
（1）1975年到1980年的草创期。这时的DCS刚刚问世，它的通讯系统只是初级的局域网，全系统由一个通讯指挥器指挥，网络对各单元的访问形式采用轮流询问方式。代表有TDC-2000、MOD-3等。
（2）1980年到1985年的成熟期。这时虽然也采用局域网，但网络形式已经由主从式星型网络转变成对等式的总线网络或环网，提高了传输速率，扩大了通信范围。比如TDC-3000、MOD-300等。
（3）1985年到1990年的扩展期。由于在局域网络方面，各个厂商均采用国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的参考模型，使符合开放系统的各制造厂的产品得以实现相互连接，相互通信和进行数据交换。还有第三方软件的应用，过去DCS各厂自成系统的封闭结构被打破了，原来的DCS仅仅可以应用，而这时的DCS不仅能应用，而且能应用开发。比如TDC-3000、Centum XL等。
（4） 90年代以后的网络开放期。符合国际标准的通信协议和规程普遍被各个大的厂商采用，如IEE802（以太网）、IEE802.4（令牌总线）、EEFDDI（光纤分布数据界面）、TCP/IP（传输控制协议/互联协议）或MAP（制造自动化协议）等，这使得不同厂家、不同型号、不同操作系统的计算机可共存一个网络标准，达到了互换产品、共享资源的目的。如Centum CS3000、Advant500等。
在近四十年中，DCS虽然经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高，但在系统的体系结构上没有发生重大改变。总体的来说，DCS变得更加开放，更加标准化，更加产品化。
作为生产过程中，自动化领域的计算机控制系统，如果仅仅以为DCS不过是生产过程的自动化系统，那不过是多年前传统DCS的一个狭义的概念。自从有了计算机的应用，网络的拓展，现在的计算机控制系统的含义已经被大大扩展了，它不但包括过去DCS所包含的所有内容，并且向下，深入到了现场的每台测量设备、执行机构；向上，发展到了生产管理，企业经营的各个角落。传统意义上，DCS仅仅是指生产过程中，控制这一部分的自动化，而当代工业自动化系统，则定位为企业全面的解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上，解决提出的问题，才能使计算机自动化发挥其真正的、应有的作用。
DCS具有以下优点：
（1）可靠性高 由于系统控制功能已经被DCS分散到各台计算机上实现，每台计算机作为网络上的一个节点，这样的系统结构具有容错功能，也就是说，如果某一台计算机出现的故障，只会使这个节点的功能受到影响，但不会导致系统其他功能的丧失。另外，由于各台计算机所承担的任务较单一且专业，所以，往往根据实现的功能，选用特定结构和软件的专用计算机，这样系统中各个节点的可靠性也得到提高。
（2）系统开放 现代DCS设计大多标准化、模块化、系列化，是开放式的系统。系统中，各节点采用局域网方式通信，实现各节点之间的信息传输，彼此之间又相互独立，所以，改变或扩充系统功能时，只需将新增的节点接入系统的通信网络中或从网络中卸下，只要之间没有连锁，其他联系，不会影响到系统其他节点的正常工作。
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级的组成主要包括过程控制站、I/O单元和现场仪表、执行器等，是系统控制功能的主要实施部分。操作级的组成主要包括操作员站和工程师站，主要完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（如：MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前我国行业内，除了特大型工业或长输管线，能应用到这一层的系统较少.
如果将DCS的过程级、操作级和管理级划分角色。分别就是小分队、战区司令部和党中央。
过程级是可以单独完成自己特定任务的小分队。这个小分队分工明确，层级分明，管理有序。现场仪表是负责侦查、收集情报、提供战场动态的侦查兵，所谓“情报”就是工业运行参数；而执行器是负责对敌打击，或者预警等等，它们的种类很多，如阀门，报警器等等；I/O单元如同这只小分队的神经，负责通讯保障，上情下达都靠它；还有这只分队的灵魂主将，自然非控制站莫属了，它负责根据决断。它要把现场仪表收集的情报，汇总整理，然后给执行器发出指令；这样，过程级就完成了一个打击链条，也就是我们熟知的“闭环回路”。
操作级是对于整个战役负责的战区司令部。司令部也是各司其职，各有任务。操作员站、操作员如同监军，除非应急是不动作的。对于每个过程级的执行情况进行监视，掌控，一旦有特殊情况，才发号施令；工程师站扮演司令的角色，是谋划整个战役的战法、战略的，不管具体的实施。有鉴于它的权力太大，也对于整个战局至关重要，一般人是不能操作的，只有授权人才能操作；当然，有的操作级还有配方站，其实就是参谋部，把工程师站的“战法”，传授给操作站和控制站。 管理级是党中央了，是更高一级的监控了。它的设置要看工控的规模了，不一定都配备。
诚然，过程级、操作级和管理级都是重要的角色，可是最重要的却是沟通它们的通讯。过程级、操作级和管理级是项链上的宝石，而通讯系统则是将它们穿起来的红绳。如果红绳断了，整个项链就散了。
从目前的发展现状来看，DCS网络有四层，分别是I/O层、现场总线层、控制总线层和DCS网络层。
（1）I/O通讯层 它将多种I/O信号传送到控制器，由控制器读取I/O信号。I/O总线包括并行总线和串行总线。并行总线的I/O模件必须与控制器模件相邻。串行总线的I/O模件和控制器之间的距离要比较近，通常控制器模件和I/O模件被装在一个机柜内或相邻的机柜内。
（2）现场总线层 远程I/O适合采用现场总线，DCS的远程I/O应用中，采用HART总线较多。如现场的变送器，可离控制器较远（控制器和变送器两者距离可达1公里以上），把变送器来的信号编成组，用HART总线把信号送到控制器，控制器同时读进每组信号。典型现场总线如CAN、LONWORKS、HART总线等。
（3）控制总线层 它实现了控制器之间的通讯，常称之为控制总线。一条总线上，控制器之间可以调用数据，使得模拟量和开关量结合。控制器之间的数据调用通过网络。当CPU和存储器的能力较强时，开关量的逻辑运算和模拟量的采集功能可在一个控制器中完成，这样的控制总线只有一种形式的控制器。其通讯协议类似以太网，采用载波监听，令牌广播发送。
（4）DCS网络层 它将现场控制器和人机界面连成一个系统。如果要确保通讯可靠，DCS生产厂家无论是电缆，还是通讯接口，都要形成冗余。在地理位置上，节点可以分散配置，各结点的距离要求，不同的DCS系统不同。DCS网络的总长度可达几公里，最短也有几百米，网络不够长时需加中继器。
虽然经过了近四十年的发展历程，但DCS的网络结构，我们发现并没有突破过程级、操作级和管理级这三层架构。所以，明确了解这三层结构，对我们学习掌握DCS，是很有帮助的。
（作者简介：陕西首创天成工程技术有限公司）
参考文献：
[1]潘世永，郑萍，李英.集散控制系统（DCS）的发展及展望.中国知网，2003（4）.
[2]陈利军，郭艳玲.集散控制系统的最新技术特点与展望.中国知网，2006（5）.