引　言 　　DCS即所謂分布式控制系統(tǒng)，習慣地稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的．自20世紀70年代中期問世以來，經(jīng)歷了20多年的時間．它已由過去只在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中應用，發(fā)展成為電力、石油、化工、冶金、建材、制藥等行業(yè)的最普通的控制工具．究其原因：一是各DCS制造廠家不斷地提高了系統(tǒng)的可靠性、實用性、先進性和綜合性，幾種控制系統(tǒng)的相互滲透（PLC，DCS，IPC＋控制器）和競爭及先進計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的采用，使得DCS價格不斷下降；二是全球市場競爭，迫使各企業(yè)必須不斷應用先進的控制技術以提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本和費用，為DCS提供了廣泛的市場需求． 1　用戶要求的不斷提高 　　在自動控制領域中，應用的要求總是在不斷提高．可以說，自動控制系統(tǒng)是永遠不能滿足應用要求的．每當自動控制系統(tǒng)取得了新的技術進展，開發(fā)出了新的功能，立即會有更新的功能要求被提出來．例如在控制儀表僅可實現(xiàn)簡單的反饋控制時，已經(jīng)有大量的PID調(diào)節(jié)的問題在等待解決；而當PID的自動調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)時，人們又在尋求控制參數(shù)的自整定功能，以便使繁雜的參數(shù)整定工作可以自動、快速、準確地完成．在控制算法已趨完善的今天，仍有很多控制問題沒有準確的數(shù)學模型，于是，模糊控制理論、神經(jīng)元方法等一些非解析方法得到了長足的發(fā)展．在控制算法的發(fā)展方面是如此，在控制系統(tǒng)本身的硬件、軟件方面更是如此． 　　先看檢測控制儀表，以水位計為例，最早的檢測元件大概要算浮子了，但很快就發(fā)現(xiàn)它的準確性、穩(wěn)定性有問題，于是研制出了差壓測量方法．新的原理和方法明顯地在性能上優(yōu)于老的方法，但是當容器內(nèi)壓力和溫度發(fā)生變化時，水的密度也相應發(fā)生變化，又會造成測量的誤差．因此將測量值就地數(shù)字化的智能型水位計得到了廣泛的應用，它可以利用數(shù)字處理技術和算法模型對測量值進行處理和校正，或加些數(shù)字濾波措施，力求測量值的客觀、準確、可靠． 　　再看計算機方面，早期的自動控制系統(tǒng)所使用的計算機速度很慢（只有每秒50萬次左右），內(nèi)存、外存都很少（內(nèi)存約64kB，外存1 MB左右）．盡管如此，這樣的計算機還是在不少計算機控制系統(tǒng)中應用，在某個歷史時期起到了一定的作用．由這種計算機構(gòu)成的系統(tǒng)大多為安全監(jiān)視系統(tǒng)．如果有控制，其算法的綜合性、復雜性都很低． 　　根據(jù)當前自動化控制系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢，將在以下幾方面提出更高的要求． 　　1　系統(tǒng)的功能　要求可實現(xiàn)的算法更多，實現(xiàn)控制的目標更高．系統(tǒng)功能更趨綜合化，不僅有經(jīng)典控制，還應有高級控制，并具有質(zhì)量統(tǒng)計、分析、批量處理、生產(chǎn)調(diào)度等功能，逐步發(fā)展成計算機集成制造系統(tǒng)． 　　2　系統(tǒng)的可靠性　要求無故障運行時間更長，系統(tǒng)可用率更高，達到99．99％以上，而系統(tǒng)的維修要快速簡便，使停機時間控制到最短． 　　3　系統(tǒng)的易用性　要求有非常友好的人機界面，窗口化的操作、屏幕上的操作將成為主流．操作員基本不需培訓就可以根據(jù)圖形及系統(tǒng)的提示進行操作，語音、圖像等多謀體信息將成為人機界面中不可缺少的部分． 　　4　系統(tǒng)的安全性　系統(tǒng)可提供各種安全保護措施，避免誤操作和人為事故，可對各種異常狀態(tài)進行分析記錄，及時報警以使操作員盡快了解所發(fā)生的情況并及時處理． 　　5　信息廣泛共享　自動化控制系統(tǒng)，得到的各種實時信息可以被其他管理和調(diào)度系統(tǒng)共享．不僅生產(chǎn)的領導者和管理者可以在自己的辦公桌上得到生產(chǎn)信息，甚至可以在任何地方通過電話線路和無線電通信得到生產(chǎn)信息． 　　6　系統(tǒng)的規(guī)模要求更大　不僅可以包括最基本的過程控制功能，還可以包括各方面的生產(chǎn)、控制狀態(tài)信息．系統(tǒng)控制回路數(shù)及檢測的點數(shù)將大大增加，用以實現(xiàn)復雜生產(chǎn)過程的全面管理與控制． 　　7　系統(tǒng)容易升級　隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)工藝的改變，甚至生產(chǎn)流程的改變均可以在對系統(tǒng)進行少量更改或擴充后適應新的要求．簡單地擴充監(jiān)測點數(shù)、控制回路、調(diào)整控制參數(shù)等工作都要求可以在線進行． 　　8　系統(tǒng)的成本降低　更高的自動化水平，并不意味著更高的成本．科學技術本身一方面在創(chuàng)造著更高的功能和性能，另一方面也在創(chuàng)造更低的成本．只有成本不斷降低，才能使自動化深入到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)更高的自動化水平． 2　應用技術的不斷提高 　　促進DCS不斷向前發(fā)展的主要動力，一是應用需求的不斷提高，二是應用技術的不斷提高．這兩個因素就像一列火車的兩臺機車，一臺在前面牽引，另一臺在后面推動，相輔相成．應用技術的提高主要表現(xiàn)在以下幾個方面． 2．1　計算機技術的發(fā)展與進步 　　計算機從問世后的近60年中經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路到超大規(guī)模集成電路等幾個發(fā)展階段．雖然其基本原理沒有發(fā)生大的變化，但其元器件和體系結(jié)構(gòu)的改變卻是日新月異的，呈現(xiàn)出極快的發(fā)展速度． 　　計算機從電子管發(fā)展到晶體管大約用了近20年的時間，從晶體管到集成電路大約用了10年時間，從集成電路到大規(guī)模集成電路則用了5年多時間，以后集成電路的集成度以每3～4年翻一番的速度發(fā)展著．CPU也以驚人的速度不斷提高．在70年代，每秒運行100萬次的計算機就稱得上大型機了，而現(xiàn)在一臺普通的微機就可達2．0GHz．70年代，計算機的內(nèi)存以kB為單位，現(xiàn)在一般微機也可達256MB、硬盤一般為40GB． 　　計算機性能的提高并不意味著價格的提高．一方面高技術體現(xiàn)在產(chǎn)品的功能和性能上，即能夠?qū)崿F(xiàn)過去無法實現(xiàn)的要求；另一方面體現(xiàn)在成本上，即用更低的成本實現(xiàn)同樣的要求．性能價格比不斷提高，促進了DCS的廣泛運用． 2．2　網(wǎng)絡技術的發(fā)展與進步 　　DCS本身是建立在網(wǎng)絡的基礎之上的，可以說，網(wǎng)絡是DCS的命脈．有了一個高速的、可靠的、標準的、實用的網(wǎng)絡，DCS就成功了一半．在DCS發(fā)展的初期，各廠家所用的網(wǎng)絡大多是專用的，性能也不高．因此形成了一種“孤島”現(xiàn)象，即為了某個生產(chǎn)裝置或某個生產(chǎn)過程而建立的DCS成了一個與外界無法溝通的孤島． 　　隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，各種獨立于某個廠家的網(wǎng)絡產(chǎn)品紛紛問世．這些網(wǎng)絡產(chǎn)品由于性能好，價格便宜，符合標準，因而開放性、互聯(lián)性很強．這種優(yōu)勢促使DCS廠家紛紛拋棄了專用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向了通用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)．現(xiàn)在基本上已看不到建立在專用網(wǎng)絡上的DCS了． 　　網(wǎng)絡采用高的通信速率，為DCS的發(fā)展拓展了更大的空間，在應用范圍上也不斷擴大，已發(fā)展到不僅僅是傳統(tǒng)意義上的計算機，包括各種各樣的儀器、儀表、設備，都可以聯(lián)網(wǎng)，在微控制器上就可集成網(wǎng)絡控制器． 　　現(xiàn)在的網(wǎng)絡按照其通信的距離和范圍可分為局域網(wǎng)（LAN）和廣域網(wǎng)（WAN）兩種．局域網(wǎng)的通信距離一般在2km以內(nèi)，所用的通信介質(zhì)主要是同軸電纜或雙絞線．近年來隨著光纖通信技術的發(fā)展，基于光纖的傳輸介質(zhì)應用得越來越多．因為光纖通信不受電磁干擾，可靠性高，因此在工業(yè)環(huán)境中得到了廣泛的應用．另外，無線通信具有很大的靈活性，免去了組網(wǎng)過程中的布線工作，其應用也較廣．而廣域網(wǎng)的通信距離可以說沒有什么限制，其通信介質(zhì)也很多，從電話電纜到衛(wèi)星通信都可以使用． 　　除了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)這兩種網(wǎng)絡外，近年來還有一種通信距離介于二者之間的“城域網(wǎng)”得到了很大的發(fā)展．這種網(wǎng)絡的用途相當廣泛，特別是幾十公里范圍之內(nèi)．很多生產(chǎn)過程都需要有這種范圍的通信能力，如城市的供水、供暖、煤氣、交通等．城域網(wǎng)的主要通信介質(zhì)是電話線和無線電． 2．3　軟件技術的發(fā)展與進步 　　軟件在DCS中有著很重要的作用，幾乎所有的DCS功能都要靠軟件實現(xiàn)．在PC平臺上軟件做得最成功的當屬微軟公司．其Windows軟件風靡全球，上千家軟件公司在Windows下開發(fā)應用軟件．軟件的標準界面已經(jīng)形成，各廠家的軟件可以方便地互通信息、互相操作，使得應用系統(tǒng)具有了強大堅實的軟件基礎．DCS也不例外，各DCS廠家在自己的軟件中紛紛加入能與廣大軟件資源接口的界面，而在硬件的選擇上更多的DCS廠家選用了通用的PC平臺．推出這種平臺的操作員站，使得CRT的作用在DCS中越來越重要，CRT成了人機界面的主要設備，很多操作已從過去對物理設備的實際操作變成了對CRT的屏幕操作，很大程度上增加了DCS的功能和靈活性． 3　智能化儀表和現(xiàn)場總線技術對DCS的促進和創(chuàng)新 　　目前在儀器儀表行業(yè)中發(fā)展最快的兩個部分是智能化儀表和現(xiàn)場總線，二者的關系是密不可分、相輔相成的． 　　智能化儀表建立在微電子技術的基礎上，超大規(guī)模集成電路、嵌入式系統(tǒng)、CPU、存儲器、A／D轉(zhuǎn)換器和輸入、輸出回路等功能集成在一塊芯片上的單片機等．使得模擬信號數(shù)字化這一工作從計算機端移到了現(xiàn)場端，現(xiàn)場儀表與計算機之間傳送的不是模擬信號，而是數(shù)字信號，更確切地說是信息． 　　在安裝于現(xiàn)場的檢測或控制執(zhí)行儀表中，完全有條件裝上一小塊集成電路芯片及少量外圍電路，將傳感器的模擬信號直接數(shù)字化后再送往計算機．這種方法極大地提高了信號轉(zhuǎn)換的精度和可靠性，并且數(shù)字信息的傳輸完全避免了模擬信號傳輸存在的信號衰減、精度降低和干擾信號的引入等長期難以解決的問題． 　　隨著智能化儀表的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術也迅速地發(fā)展起來．所謂現(xiàn)場總線（Field bus）實際上是一種計算機網(wǎng)絡，每個節(jié)點都是一個智能化儀表．過去每一個模擬信號一對傳輸線的傳統(tǒng)方式，被一對能傳輸多臺智能儀表數(shù)字信息的現(xiàn)場總線所代替．現(xiàn)場總線簡化了儀表信號線的布線工作、可以節(jié)省大量的金屬導線；數(shù)字信息傳輸方面完善的糾錯技術，使得信息傳輸?shù)恼`差大大降低了．同時，還可以利用多種傳輸介質(zhì)完成信息的傳輸，如雙絞線、光纖、無線電波、紅外線等，大大提高了在不同現(xiàn)象條件下信息傳輸?shù)倪m應性． 　　現(xiàn)場總線網(wǎng)、智能化儀表的發(fā)展，不可避免地影響著DCS的體系結(jié)構(gòu)，最大的特點是促進了DCS的發(fā)展與創(chuàng)新，一個明顯的趨勢是使DCS進一步分散化． 　　傳統(tǒng)的DCS，在I／O控制站這一層仍然是一個集中式的結(jié)構(gòu)，有些系統(tǒng)出于成本或其他方面的考慮，將I／O控制站的規(guī)模做得很大．比如高性能CPU的價格已降得很低，為了充分發(fā)揮CPU的能力，可以將一個I／O控制站的點數(shù)、回路數(shù)擴充，以降低成本，但是這種設計提高了危險性的集中度．如果為了提高可靠性增加冗余措施，系統(tǒng)成本仍然會上升． 　　利用現(xiàn)場總線網(wǎng)和智能化儀表，加上通用的工業(yè)微機，完全可以組成一個小型的DCS，這就對傳統(tǒng)的DCS提出了挑戰(zhàn)．將過去DCS中集中式的I／O控制站變成分布式的I／O控制站，在傳統(tǒng)DCS網(wǎng)絡的下一層再引入一層現(xiàn)場網(wǎng)絡．總體上形成了控制網(wǎng)絡（以現(xiàn)場總線網(wǎng)為基礎）、系統(tǒng)網(wǎng)絡（傳統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡）和管理網(wǎng)絡（適應管理控制一體化要求的上層網(wǎng)）這樣3層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，以此來滿足不斷提高的應用需要． DCS在形成了3層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以后，其基本控制單元深入到了設備控制這一級．向上，DCS的功能延伸到管理控制級，逐步形成了一個較完整的控制、管理一體化的體系結(jié)構(gòu)．如圖1所示．圖1空框中可以是智能I／O，也可以是智能儀表和IEDs． 4　結(jié)　論 經(jīng)過改進創(chuàng)新后的DCS將有以下幾個特性： 　　1　開放性　新型DCS中所使用的設備將趨于通用的產(chǎn)品，專用的產(chǎn)品將越來越少，特別是計算機和網(wǎng)絡，高性能的工業(yè)微機、工作站將被大量采用，通用網(wǎng)絡產(chǎn)品也將逐步淘汰專用網(wǎng)絡．網(wǎng)絡通信規(guī)約逐步向得到普遍承認的標準靠攏，以系統(tǒng)集成的方式構(gòu)成應用系統(tǒng)方法，已得到越來越廣泛的應用． 　　2　分散化和智能化　智能化儀表和現(xiàn)場總線技術被大量采用，DCS的體系結(jié)構(gòu)進一步走向分散化，直接數(shù)字控制將深入到每一個控制回路、現(xiàn)場設備．因此，隨著所采用的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的發(fā)展，新型DCS最終將越來越接近FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）． 　　3　系統(tǒng)構(gòu)成的多樣化　現(xiàn)在幾乎已看不到傳統(tǒng)意義上的DCS了，目前所說的DCS是一種廣義的概念，實際上越來越接近FCS．其中包括了傳統(tǒng)的DCS廠家推出的新一代系統(tǒng)，也包括由PLC和高速總線網(wǎng)及專業(yè)廠家的組態(tài)軟件構(gòu)成的系統(tǒng)．在不同的應用領域，DCS的構(gòu)成也各有不同． 　　4　綜合自動化　將來的任何系統(tǒng)都不是孤立的，無法與其他系統(tǒng)互相通信并實現(xiàn)集成的DCS已不再有生命力．系統(tǒng)的發(fā)展正逐步走向綜合自動化． 參考文獻： ［1］謝庭渝．計算機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在大型糖廠的開發(fā)應用［J］．自動化與儀器儀表，2002，103（5）：47～50． ［2］韓　湘．Symphony控制系統(tǒng)在云浮發(fā)電廠中的應用［J］．自動化與儀器儀表，2002，104（6）：26～30． ［3］朱祖濤，毛靜濤．自動化儀表的重大變革-論現(xiàn)場總線智能儀表［J］．上海電力學院學報，2000，16（4）：35～40． ［4］劉曙光，王　斌．智能儀器儀表的進展與展望［J］．自動化與儀表，2001，16（4）：1～5． ［5］張鳳登，應啟戛．現(xiàn)場總線與智能現(xiàn)場儀表設計技術［J］．自動化與儀器儀表，2001，（5）：14～16． ［6］周立求．可編程控制器與集散型控制系統(tǒng)之間的通信［J］．自動化儀表，2002，23（7）：37～39． ［7］賀文敏．國產(chǎn)化DCS在焦化裝置上的應用［J］．計算機測量與控制，2002，10（8）：521～523． ［8］張德．I／A智能自動化系統(tǒng)電站應用新發(fā)展［J］．中國儀器儀表，2000，（4）：42－43．