浅谈DCS技术现状及未来发展趋势

左匀东

摘  要：在工业生产中，自动控制技术的作用正不断增长，并且已成为工业生产的重要组成部分。目前工业生产自动控制技术主要包括工业PC、DCS和PLC技术，其中DCS技术在我国生产型企业中的应用非常广泛，其不仅能分散控制相关设备，减少设备运行中出现故障的次数，而且还能提高产能，减少企业成本，从而增加企业效益。该文通过分析DCS技术的优缺点和发展过程中存在的问题，探讨其未来发展的趋势。

关键词：分散控制系统;发展趋势;发展现状

中图分类号： TP277      文献标志码：A

DCS是分散控制系统的简称，我国一般称为集散控制系统，其是一种多级计算机系统，以通信网络为纽带，由过程监控级与过程控制级组成，集控制、显示、通信和计算机等技术于一体（如图1所示），基本理念是集中操作、分散控制、配置灵活、分级管理和组态方便[1]。尽管目前DCS技术的应用非常广泛，但随着科技的不断发展，FCS技术、软件技术、网络技术和无线连接等新型技术的兴起，也将给DCS技术的发展带来了较大的挑战。

1 DCS技术的优点与缺点

DCS技术的优势较多，主要体现在以下4个方面。1）DCS技术能对多个操控对象进行运行控制，可有效降低设备运行时的故障率。DCS技术使控制功能较为分散，因此更能够明确各自的控制工作。另外，DCS技术还可提高DPU（分散处理单元）设备的逻辑控制能力，由此表明DCS技术可靠性高。2） DCS技术能在各种设备及系统中应用，能实现各系统间的信息交互，并且还能满足各个运行系统扩容的要求，在提高系统运行稳定性和扩展性中的作用重大。3）DCS技术对用户行业的理解决定了其方案的适用性。这一情况使得DCS供应商提供的产品更适合某些行业，而不是全部，因此供应商通常会有一个或数个较强的行业，但同时在一些行业里较难有突破。4） DCS技术具有分散性，各DPU控制任务较为单一，如果DCS系统某一个节点出现问题，操作者能快速找出问题所在，并及时进行维护，将故障有效排除，有利于保证DCS控制系统稳定运行。

尽管DCS技术存在较多优势，但也有一些不足，具体。表现为2个方面。1）工业现场使用的阀门、变送器及各类仪表大部分是模拟仪表，以模拟量操作为主，由于不具备数字信息传输功能，因此在进行计算机网络管理时，有可能会出现问题，从而严重影响到整个网络管理的合理性。2）通常不同厂家生产的DCS系统运行模式、组态软件、运行参数都有很大差异，如果不能有效解决这一问题，将有可能导致全厂DCS系统无法组网、系统应用受限。外加DCS系统开放性有限，在数据信息交互转换时，需要通过其他仪器设备进行，如此一来，将增加DCS系统的运行成本，影响DCS系统的发展。

2 影响DCS技术发展的技术

2.1 FCS的快速发展

FCS属于新型现场总线控制系统，其是在现场总线技术发展的基础上形成的网络集成式全分布控制系统，主要有以下3个特点。1）结构方面：FCS改变了以往的系统结构，于现场设备中置入控制单元，外加现场设备具有通信功能，因此能实现现场变送器和执行机构（如阀门）的直接通信，从而使控制系统脱离控制室计算机的控制，在现场直接完成控制，最终达到分散控制的目的。2）技术方面：FCS系统开放，相关标准存在公开性和一致性，仅需遵守相同的标准即可完成不同设备之间的互联，用户可根据自身的需求，联合不同厂商的产品，建立最有效且经济的系统。3）可靠性：采用了全数字信号通信，外加现场设备具有功能自治性与智能化特点，因此可靠性较高，能便利维护与布线工作的开展。

2.2 软件技术的发展

就目前工程界来说，各种独立的SCADA软件包也日益成熟，多数客户也已接受，该文主要想阐述工控领域中新兴软件连接技术的应用，如COM、OLEDB、ODBC和OPC等。尤其是OPC技术，其是将COM引进工业过程的工业标准，符合这一标准的设备均可与其他OPC客户程序通信，这种技术建立了符合工控要求的接口规范，按照统一的标准将现场信号和HMI、SCADA等软件连接起来，并有效地分离应用软件和硬件，设备均需具备OPC接口服务器，且支持其接口的客户程序都能通过统一的方式存取不同厂商的设备数据[2]，因此避免了驱动程序重复开发，能使控制系统的适应性和互操作性得到大大提高。

2.3 网络技术的发展

走向透明、开放的通信协议是控制网络的发展趋势，而DCS使用的总线尚未完全开放。相对来说，以太网具有兼容性佳、安装方便、低耗和传输速度快等特点，还支持TCP/IP网络协议，故被广泛应用于商业系统中。近些年来，随着网络技术的不断发展，控制领域中已用到了工业以太网，且产生了新型以太网控制技术，其中快速交换式以太网技术具有全双工通信，能防止CSMA/CD碰撞，还可实现优先级机制，能够保证网络宽带最佳实时性与最大利用率，并且网速持续升高。

2.4 无线连接技术的发展

无线连接技术的主要作用是采集无线数据，但由于数据可靠性问题，其较少应用在工业控制工程中，然而随着这种技术的逐渐成熟与标准化，其极有可能大范围应用在工控领域中，尤其是人们关注的蓝牙技术，其采用FM调制方式与2.4 GHz的ISM频段，传输速率为1 MHz，通过时分方式全双工通信，目前通信距离为10 m～100 m，因此如果想应用在工控领域，通信距离就必须增加。

3 DCS技术的发展趋势

3.1 DCS技术联合FCS技术

尽管FCS技术的优点较多，但在实际应用中完全应用FCS技术的情况较少，原因主要为开放具备现场总线接口的设备成本高，以数字式总线仪表取代传统仪表的花费较高。尽管现场总线标准已形成，但标准太多，且各标准间的兼容性太差，如果想达到完全统一，还需一定时间。DCS现场控制站的组态控制适合应用在一些复杂的工艺中，可组态复杂先进的控制策略，这是FCS技术无法比拟的[3]。

DCS技术工程师不仅要借助FCS技术的先进性，还要符合工程实际需求，因此需要在DCS中融入FCS技术，进行结构转换，即从控制柜中分离DCS I/O模块，移到现场，实现通信与数据采集，复杂的控制策略由DCS控制，简单的控制则下放到现场，如此一来就能形成FCS和DCS混合控制系统（如图1所示）。

3.2 DCS技术联合无线连接技术

目前DCS数据采集设备均从控制室通过专用电缆与现场设备连接，这会导致系统查线、连线和维护等方面存在诸多不便，进而使DCS的使用空间距离及范围受到限制。采用无线连接网络结构，不仅能减少投资，省去繁重的施工接线，还能使系统性能得到提高。尽管这项技术目前尚不成熟，但相信未来会逐渐完善。

3.3 DCS技术联合工业控制网络

DCS数据通信网络是通过局域网通信，目前DCS传输实时信息都通过工業局域网技术实现的，实施全系统综合管理。然而现场级和现场设备通信大部分使用的是现场总线方式，与以太网相比，其传输速率较低，且产品价格更高。相对来说，以太网设备国际标准统一、价格低廉且发展历史将近二十多年，人们也对其系统协议、CSMA/CD协议和拓扑结构进行了许多改进，不仅使冲突碰撞的问题得到了解决，而且也大大提高了信号的传输速度。反之，以太网在现场级的进一步渗入，使系统网络的集成更加便利。因此在工业控制现场级引入以太网技术将成为DCS后期发展的重要方向。

4 结语

尽管目前DCS技术的应用十分广泛，但面临的挑战依旧较多。因此在DCS技术的未来发展过程中，应充分借助自身优势，利用更先进的技术，使其结构与功能更加完善，从而进一步满足时代发展的需求。

参考文献

[1]孙健.电厂热工控制系统中DCS的应用研究[J].科学技术创新，2019（32）：38-39.

[2]刘霞.DCS控制技术在煤矿供热系统中的应用[J].机械管理开发，2019，34（10）：190-191.

[3]孙占朋.DCS在电气控制系统中的应用分析[J].电子制作，2019（14）：99-100.