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分散控制系统概论分散控制系统(Distributed Control System)是以微处理器为基础，全面 融合计算机技术、测量控制技术、网络数字通信技术、显示与人机界面技术而 成的现代控制系统其主要特性在于分散控制和集中管理，即对生产过程进行 集中监视、操作和管理，而控制任务则由不同的计算机控制装置去完成因此 也有人将 DCS 称为集散控制系统 随着技术的发展，DCS 系统自 20 世纪 70 年代由美国霍尼威尔(Honeywell) 公司推出 TDC-2000 系统开始至今，30 余年间已经经历了四代分散控制系统 已经在工业生产过程控制中迅速普及，广泛用于电力、石化、冶金、建材、制 药等各行业，成为过程控制系统的核心分散控制系统的应用大幅度地提高了 生产过程的安全性、经济性、稳定性和可靠性从电力行业看，我国电力行业 在 20 世纪 80 年代末期随引进大型火电机组开始应用 DCS，到今天 DCS 已成为 电站控制的标准装备大到 1000MW 的主力单元机组，小到几十兆瓦的循环流化 床热电联产机组，到处都有 DCS 在保障其安全运行第一节 分散控制系统的发展历程分散控制系统是生产过程监视、控制技术发展和计算机与网络技术应用的 产物，但它更是在过程工业发展对新型控制系统的强烈需求下产生的。

过程工业的生产组织形式大致经历了从分散到集中的两个阶段早期的过 程控制系统采用分散控制方式当时，控制装置安装在被控过程附近，而且每 个控制回路都有一个单独的控制器这些控制装置就地测量出过程变量的数值， 并把它与给定值相比较而得到偏差值，然后按照一定的控制规律产生控制作用，通过执行机构去控制生产过程，运行人员分散在全厂的各处，分别管理着自己 所负责的那一部分生产过程这种分散控制方式适用于那些生产规模不太大、 工艺过程不太复杂的企业我国在单元制机组出现以前，母管制火电机组的运 行控制方式就是这种分散控制方式的典型代表现在，在大型单元机组中那些 比较简单的过程控制领域中仍然使用它们，如轴封压力、燃油压力、高低压加 热器水位、疏水箱水位的控制就常常采用这种类型的基地式调节器 随着被控过程的生产规模和复杂程度不断增加，单靠那些相互独立的控制 回路来保持整个生产过程的安全、稳定、经济和协调运行变得越来越困难了， 因为这时的生产过程已经成为一个各部分相互关联的有机整体随着生产过程 的不断强化，这个有机整体中各个部分的相互作用和相互影响愈加强烈，如不 能及时地协调和很好地处理各部分之间的关系，在几秒钟之内整个生产过程就 可能瘫痪。

因此，人们不得不探索新的控制方式——集中控制集中控制的问 题之一就是信息的远距离传输要想在中央控制室内实现对整个生产过程的控 制，就必须把反映过程变量的信号传送到中央控制室，同时还要把控制变量传送到现场的执行机构，因此，变送器、控制器和执行器是分离的，变送器和执 行器安装在现场，控制器安装在中央控制室集中控制方式的优点是运行人员 在中央控制室获得整个生产过程中的有关信息，能够及时、有效地进行各部分 之间的协调控制，这有利于安全经济运行在电力行业，随着单元制机组的投 产，采用了中央控制室集中控制方式这一时期的集中控制主要采用模拟控制 仪表，现在我国有些电厂仍然采用这种控制方式生产规模的不断扩大，对操 作人员监视和操作的要求也越来越高与之相应，中央控制室的仪表数量越来 越多，但过多的仪表令操作人员难以应付控制系统开始采用电动单元组合仪 表，后来采用组件组装式仪表以求改善控制系统性能和缩小操作盘台面积，但 模拟控制仪表固有的性能难以胜任过程工业技术发展的需求 20 世纪 50 年代末，计算机开始进入过程控制领域最初它用于生产过程 的安全监视和操作指导，后来用于实现监督控制 SCC(Supervisory Computer Control)，这时计算机还没有直接用来控制生产过程。

到了 60 年代初，计算机 开始用于生产过程的直接数字控制 DDC(Direct Digital Control)由于当时 的计算机造价很高，所以常常用一台计算机控制全厂所有的生产过程，这样， 就造成了整个系统控制任务的集中由于受当时硬件水平的限制，计算机的可 靠性比较低，一旦计算机发生故障，全厂的生产就陷于瘫痪，因此，这种大规 模集中式的直接数字控制系统的尝试基本上宣告失败但人们从中认识到，直 接数字控制系统确有许多模拟控制系统无法比拟的优点，只要解决了系统的可 靠性问题，计算机用于闭环控制是大有希望的 60 年代中期，控制系统工程师分析了集中控制失败的原因，提出了分散控 制系统的概念他们设想像模拟控制系统那样，把控制功能分散在不同的计算 机中完成，并且采用通信技术实现各部分之间的联系和协调但遗憾的是，当 时要实现这些设想还有许多困难，直到 70 年代，微处理器和固态存储器的出现，才使得这些想法付诸实践 1975 年 Honeywell 公司将计算机技术(Computer)、控制技术(Control)、 通信技术(Communication)和显示技术(CRT)相结合，创造性地推出了 TDC-2000 分散控制系统。

TDC-2000 的推出，为其他的制造厂商指明了方向 各类型厂商结合自身技术优势从不同方向介人 DCS 的研发和生产以生产 模拟电动仪表为主的仪表制造厂沿着 Honeywell 的研究方向，在常规控制方面 进行了深人的研究，形成在常规控制方面见长的 DCS 系统以生产继电器、开 关等逻辑器件为主的制造厂在逻辑控制、顺序控制方面发挥了他们的特长，在 可编程逻辑控制器的研究基础上向 DCS 发展，它们在逻辑控制方面有明显的优 势生产计算机、半导体和集成电路为主的制造厂则在数据通信、计算机技术 等方面进行了深入的研究，并向 DCS 发展，它们在通信、显示、内存、运算速 度、网络等方面发挥了特长当时，DCS 还在初创阶段，产品还是集散控制系 统的雏形但是，系统已经包括了 DCS 的三大组成部分，即分散过程控制装置、 操作管理装置和数据通信系统它也具有了 DCS 的基本特点，即集中管理、分散控制 当时 DCS 产品的类型有：Honeywell 公司的 TDC-2000，Taylor 公司的 MOD3，Foxbom 公司的 SPECTRUM，横河公司的 CENTUM，H&B 公司的 Controlnic3，肯特公司的 P4000 等。

80 年代中期，随着半导体技术、显示技术、控制技术、网络技术和软件技 术等高新技术的发展，集散控制系统也得到了飞速的发展第二代集散控制系 统的主要特点是系统的功能扩大或者增强，例如，控制算法的扩充；常规控制 与逻辑控制、批量控制相结合；过程操作管理范围的扩大，功能的增添；显示 屏分辨率的提高；色彩的增加；多微处理器技术的应用等而一个明显的变化 是数据通信系统的发展，从主从式的星形网络通信转变为对等式的总线网络通 信或环网通信但是，各制造厂的通信系统各自为政，在不同制造厂集散控制 系统间通信存在一定的困难这个时期内，各制造厂的集散控制系统产品有了 较大的改进，在各行各业的应用越来越多，人们对集散控制系统已经从知之甚 少发展到不仅能应用而且能开发的能力在第二代集散控制系统中，通信系统 已采用局域网络，因此，系统的通信范围扩大，同时，数据的传送速率也大大 提高典型的集散控制系统产品有 Honeywell 公司的 TDC3000，Taylor 公司的 MOD300，Bailey 公司的 NETWORK-90，西屋公司的 WDPF，ABB 公司的 MASTER， 西门子公司的 TELEPERM Me 等。

进入 90 年代，集散控制系统进入了第三代以美国 Foxboro 公司推出的 I/AS 系统为标志，它的主要改变是在局域网络方面，I/AS 系统采用了 10Mbit/s 的宽带网与 5Mbit/s 的载带网，符合国际标准组织 ISO 的 OSI 开放系 统互联的参考模型因此，在符合开放系统的各制造厂产品间可以相互连接、 相互通信和进行数据交换，第三方的应用软件也能在系统中应用，从而使集散 控制系统进入了更高的阶段紧随其后，各 DCS 的制造厂也纷纷推出了各自的第三代 DCS 产品，如 Honeywell 公司带有 UCN 网的 TDC-3000，西屋公司的 WDPFⅡ，西门子公司的 TELEPERM XP，Bailey 公司的 INFI-90 等 从第三代集散控制系统的结构来看，由于系统网络通信功能的增强，各不 同制造厂的产品能进行数据通信，因此，克服了第二代集散控制系统在应用过 程中出现的自动化孤岛等困难此外，从系统的软件和控制功能来看，系统所 提供的控制功能也有了增强，通常，系统已不再是常规控制、逻辑控制与批量 控制的综合，而增加了各种自适应或自整定的控制算法，用户可在对被控制对 象的特性了解较少的情况下应用所提供的控制算法，由系统自动搜索或通过一 定的运算获得较好的控制器参数。

同时，由于第三方应用软件可方便地应用， 也为用户提供了更广阔的应用场所 至此，DCS 全面取代常规仪表控制和计算机监控，完成了一次自动控制技 术革命DCS 从幼稚走到成熟，确立自己技术主导和实用的地位，历经有 20 余 年多年来，DCS 广泛应用于石化、电力、冶金、建材等重工业领域，是这些 工业领域新建和改建生产过程自动控制系统的当然选择，其工程技术的地位不可动摇然而，由于 DCS 技术的成熟，制造、调试和服务的能力门槛降低，进 入 DCS 制造业的公司林立导致生产能力的过剩，同时世界经济不景气 DCS 需求 放缓、价格持续走低在严酷的市场竞争环境中，一些有集团公司背景的 DCS 厂商依托集团行业背景进行市场细分以期赢得市场优势，ABB、西屋、西门子等 公司的 DCS 系统在各自旗下电力设备制造公司的支持下在电力行业逐步胜出 而一些独立 DCS 厂商则选择了放弃，原来独立活跃于集散型控制系统国际技术 舞台的著名公司如 Bailey 公司被 ABB 并购进入 21 世纪，DCS 并购和技术重 组浪潮更是一浪高过一浪，继 Bailey 被 ABB 并购之后，西屋过程控制公司和 Foxbom 等，分别重组到 Emerson 和 Invensys 等集团。

这些集团很大的业务是 传统的自动控制部件的生产制造，如传感器、执行机构和阀门可以说，虽然 Sailey、西屋和 Foxboro 的技术实体还存在，其独立的品牌已经有些消亡了 如 Bailey 和 ABB，曾推出了 N90、INFI、MOD300 及 Kent 等著名的集散型控制 系统，在国际上还有众多的系统在使用，以往是激烈的竞争对手，如今却成了 一家 受信息技术(网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线 技术、各种组态软件技术、数据库技术等)发展的影响，以及用户对先进的控制 功能与管理功能需求的增加，各 DCS 厂商(以 Honeywell、Emerson、Foxbom、 横河、ABB 为代表)纷纷提升 DCS 系统的技术水平，并不断丰富其内容可以说， 以 Honeywell 公司最新推出的 Experion PKS(过程知识系统)、Emerson 公司的 PlantWeb(Emerson Process Management)、Foxbom 公司的 A2、横河公司的 R3(PRM-工厂资源管理系统)和 ABB 公司的 Industrial IT 系统为标志的新一代 DCS 已经形成。

第四代 DCS 的最主要标志是两个“I”开头的单词：Infomation(信息)和 Integration(集成)信息化体现在各 DCS 系统已经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统DCS 提供了从现 场到设备、从设备到车间、从车间到工厂、从工厂到企业集团整个信息通道 这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性 DCS 。