DCS你了解多少？这些东西你必须知道

DCS是 Data Communication Subsystem （数据通信子系统）的简称。DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC装置只实现本单元所具备的功能。

DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。

DCS系统包括三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口。人机接口包括操作站、工程师站和历史站。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器。

一个DCS系统控制器和I/O部件通常可以运行16-20年，而操作站因为有活动部件，所以比较容易损坏，如：硬盘、键盘、CRT、软驱等，运行6-8年后出现故障的概率就比较大，所以在DCS运行过程中，操作站更新的情况比较多。

DCS的控制器的变化较小。其变化表现在控制算法的安排、控制算法的多少，存取的 I/O点数的多少和内存的大小等，操作系统一般都是专用的。操作站的变化就很大，八十年代以前的操作站，一般没有硬盘及动态流程图，能显示的标签数比较少，例如500个标签（标签指的是AI、DI、回路、开关量的逻辑关系等），八十年代出现了能显示5000个标签的操作站，九十年代出现了能显示30000个标签的操作站。同时，也出现了在微软的NT通用平台上运行的通用显示软件。开始，通用软件只在PLC的操作站上使用，后来也逐渐应用在DCS上。它的标签量可以达到10000个，甚至更多。

自现场总线技术在90年代后期问世以来，开创了自动化控制技术的新纪元一数字时代。现场总线是数字化的、双向通信的智能化的控制系统，集成现场总线驱动的就地设备、控制系统和具有预测功能的维护软件，以提高电站的信息化和智能化水平，最终实现电站控制水平、经济效益和竞争力的质的提升。

目前大多数现场总线系统已进行过IEC61508认证，通讯协议通过了IEC 1158-2 (1993)和ISAS50.02-1992标准现场总线'Ff-816 31.25 kbits/s认证，用“使用中得到证明”的方法在发电厂的实际应用中已经得到初步验证。与DCS系统最初在电站应用一样，现场总线系统的功能安全评价，将在实际使用由逐渐被人们认识，并将得到证实。

现场总线技术给自动化领域带来一场革命，这一技术代表了自动化的发展方向，数字通信是一种趋势，是任何人阻挡不了的，这些都是现代技术发展之必然。就双向数字通信现场总线信号技术本身，也必将会给火电厂安全经济运行及提高管理水平带来实实在在的效益。

现场总线是利用总线驱动的I/O卡件、高速的现场通讯网络、智能的现场设备，大大简化控制系统的安装调试，是实现电厂数字化、智能化、信息化的基础。现场总线获取的现场设备的基础资料，是提高发电厂管理水平的必备的基础资料。

现场总线在中国电站的应用研究，伴随火力发电厂新建600MW机组控制系统的配置、自动化装置的选型水平、发电厂的总体布置及安装要求的提高而快速发展。

过程控制站的组成

DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。 I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。

在网络方面

DCS网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施，我们采用电源、CPU、网络双冗余。

在硬件方面

DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。

国产DCS系统

80年代中期，许多单位和个体技术人员都想涉及DCS的开发和生产。由于资金投入太多，软件的工程量太大，需要软件开发人员、硬件人员和工程人员协调工作，另外DCS的开发毕竟太复杂了，它涉及到计算机技术、通讯技术、控制技术和显示技术。几个技术人员不可能掌握那样多的技术，同时也没有那样多的资金投入，并且不可能在短时间内就有产出。几个技术人员是没有力量来支撑的。许多技术人员只能望DCS兴叹。许多单位如几个大钢铁公司的自动化部也由于资金不足退出DCS的开发。如阿城继电器厂从1984年就开始DCS的开发，并取得很好的成绩。由于资金不足和管理混乱，也无奈的基本退出DCS的角逐。STD总线的产品是控制系统的中间产品，90年代初期生产厂家很多，每年在国内达到几亿的销售量（与现在国产的DCS销量相当）。由于最终用户的工作量很大，也正在退出市场。

90年代中期，DCS的部件除功能块以外，在市场上都能买到。如控制器可以用PC机主板，DCS网络也可以用以太网。人机界面可用通用监控软件，如组态王等。市场形势比80年代有很大改变。又一次浪潮涉及开发DCS，各种牌号的DCS纷纷出笼，大约有上百种系统推向市场。仔细分析，都在较低层次上重复，功能单一，形不成规模。

由于政府有关部门的界入，开始有新的单位进入DCS的开发。政府的有关部门无论从资金还是项目都大力支持，所以得到蓬勃发展。如北京和利时、上海新华和浙大中控。他们都有几百套的销量，基本形成规模生产。他们虽然一时还达不到进口的水平，但控制的基本要求还能满足。从系统的结构和I/O板的生产来看，已经有相当高的水平，和国际上的水平已相差不远。如无锡生产的I/O板就很美观。人机界面的软件国内已有开发，如组态王，每年有2000套的销售量，经使用情况也是良好的。

开发DCS最难的是控制器的开发问题，一是硬件，用的是PC机卡，操作系统也是通用型的，如微软的NT、加拿大开发的QNX等，价格高，使得利润减低。二是功能块的开发。这是最难的。功能块的数量几乎是无限的。它的工作量很大，不仅要有软件人员，还要有工程人员的配合，才能编出好用的功能块。由于我国以前实行计划经济，对技术人才一是不重视，二是各单位私有。一个单位很难集中有如此多的优秀的技术人员。我国软件开发人员不仅数量少，而且习惯于自己独立编程，不能很好的与现场技术人员交流，所以开发的功能块就会出现不如人意的地方。国产DCS不仅功能块的数量少，而且据用户反映，如顺序控制器功能块，其真值表不象国外的那样好用。又如自调整功能块，现场一般都不用，即使用也不好用。

总之，由于销售量还是比较小，跟踪用户的反应还不够，所以我国还缺少一套千锤百炼有自主产权的功能码。这套软件是没有卖的。一定要自己开发，在不同的操作系统下，编的程序就不一样。这与要不要控制器这个硬件没有关系。使用现场总线系统也需要算法，用PC作为既控制又显示同样需要算法。

用于控制策略的组态软件目前还没有发现问题。另外一个问题是控制器的电源系统，我国基本都采用整体式电源。由于我国的DCS系统价格很低，利润也很低，DCS制造厂家没有资金投入来开发电源系统。国外DCS系统的电源冗余见下图。在即将把两台电源安装到柜子上时，需分别带负载调整。调整时，两台电源的负载一定是相同的，要调整到相同的输出，然后安装到机柜上。电源系统中有一块电源检测板，能显示两台电源的输出情况。两台能同时给负载供电。最好工作在平衡电压的状态。经20年的运行证明电源系统是良好的。

国产DCS两台电源冗余运行，一用一备。其中一台的交流输入电源阶跃下降，能切换到备用电源。如果斜坡下降，就不能切换到备用电源。这是电源系统的缺点之一。

N+1的电源方案没有进入到我国的DCS系统。进口DCS采用N+1电源，问题也很多。N+1电源的意思是只要知道每一个所插模件的功率，把所有模件所需功率求和，而每个模件电源的功率是一定的，所需总功率除以模件电源的功率，就得到电源数。有小数位，都要进一位成为整数，这个整数为N，然后再加一，称为N+1。

第三个问题是由于销量小。很少有第三方帮助完善系统，比如专家系统，实时数据库，与数字仪表及PLC的接口等。