分散控制系统

分散控制系统

分散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中设计的自动化控制系统，又称集散控制系统。其核心架构包含过程控制级与过程监控级，硬件由现场控制站、操作员站及工程师站构成，通过分层递阶结构实现危险分散与集中管理。

分散控制系统发展历经三大关键阶段。20世纪70年代中期前，奠定集中型计算机控制系统分散化改进方向与技术基础；20世纪70年代中期第一代至80年代初中期第二代DCS，第一代以TDC-2000、CENTUM等为代表，实现控制单元分散并具备基础监控功能，存在通信兼容等局限；第二代升级为局域网架构，产品标准化、模块化发展，可靠性与灵活性显著提升。20世纪80年代中后期第三代至90年代以来第四代及最新趋势，第三代实现开放式通信与智能功能突破，第四代以“信息与集成”为核心构建四层体系；最新趋势融合AI与数字孪生，如iNICS系统实现故障预警与智能运维，系统向开放应用生态发展。 [6-7]

该系统广泛应用于电力、冶金、石化等领域，渗透率超过95%。2024年市场规模达148亿元，国产化率突破45%，本土企业在石化领域市占率达40.4%。典型案例包括“玲龙一号”核反应堆采用的龙鳞平台（安全级）和龙鳍平台（非安全级），分别负责反应堆安全控制与运行管理，2024年4月10日其首台DCS机柜就位并启动安装调试工作。维护措施涵盖定期检修、接地电阻测试及电源冗余实验，使系统可利用率接近100%，平均无故障时间超10万小时。

系统介绍

播报

编辑

系统名称

“分散控制系统”一词，是根据外国公司的产品名称意译而得的。由于产品生产厂家众多，系统设计不尽相同，功能和特点各具千秋，所以，产品的命名也各显特色。中国在翻译时，也有不同的称呼，最为常见的有分散控制系统（distributed control system,DCS）、集散控制系统（total distributed control system,TDCS）、分布式计算机控制系统（distributed com-puter control system,DCCS）。 [6]

名称的不同只是命名意图和翻译上的差异，其系统本质基本相同，内在含义是一致的。中国电力行业习惯称为分散控制系统。 [6]

系统释义

DCS通常采用分级递阶结构，每一级由若干子系统组成，每一个子系统实现若干特定的有限目标，形成金字塔结构。可靠性是DCS发展的生命，要保证DCS的高可靠性主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。

分散控制系统是一个多重物理资源和逻辑资源（多计算机或处理单元、多数据源、多指令源和程序）分布，采用某种互联网络或通信网络进行资源互连，具有高度的局部资源自治能力、资源间的相互配合能力和资源的整体协调与控制能力，可实现分布资源的动态管理和分配、分布程序的并行运行、功能分散的计算机网络控制系统。分散控制系统的含义着重体现在"分散"上，而"分散"的含义包括几个方面。 [6]

配置分散

各被控设备的地理位置分散,相应的系统控制设备也分散配置,多台以微处理器为基础的分散控制单元分别承担不同的控制任务。 [6]

功能分散

分散控制系统所具有的功能并非集中于中央控制益中.而是分布在各个分散的控制单元中;面且控制系统的数据采集、过程控制,运行显示、监控操作、自整定等功能也是分散和相对独立的。 [6]

显示分散

分散控制系统的显示功能不仅可以在中央操作站上集中体现，面且可以分散到本地操作站上。中央操作站具有显示全系统任何一个分散过程点全部信息的能力，而且可以在不同显示终端上分散显示；本地操作站不仅可通过现场控制单元随时显示现场信息，而且第三、四代分散控制系统可以在任一本地操作站调用其他本地操作站或中央操作站信息，进行分散显示。 [6]

数据库分散

现代分散控制系统多采用分布式的数据库系统，现场控制单元和控制站设有本地数据库，并为全系统共享。 [6]

通信分散

分散控制系统采用局域网络的通信技术，网络中的各个过程单元具有平等的通信控制权，可以实现分散通信。 [6]

供电分散

分散控制系统为不同控制单元提供了独立的供配电装置，使系统的供电得以分散,提高了系统的可靠性。 [6]

负荷分散

分散控制系统中的整体任务合理地分散到各控制单元，一个控制单元仅20承担数个局部控制回路或子系统的控制任务，整个系统的工作负荷是分散的，且各控制单元的负荷基本均匀。 [6]

危险分散

"分散"的实现意味着整个系统的危险性分散。 [6]

产生背景及原因

播报

编辑

需求驱动

现代大型工业生产复杂的过程控制需求，为其发展提供核心推动力； [6]

技术基础

在总结常规模拟仪表控制和早期计算机控制优点的基础上，综合应用现代科技成果发展形成； [6]

核心技术突破

20世纪70年代初期微电子技术重大突破，大规模集成电路发展及微型计算机、微处理器涌现，提供了体积小、功能强、可靠性高、价格低廉的半导体芯片和计算机系统，奠定坚实物质基础； [6]

配套技术支撑

CRT显示技术和数字通信技术的进一步发展，提供了更完备的研究条件； [6]

理论与设计指引

在控制论、信息论、系统工程等理论指导下，以综合自动化为目标，遵循分解自治和综合协调的设计原则开展研发。分散控制系统的产生是“4C”技术的结晶，是多学科渗透融合、综合发展的产物，亦是第三次工业革命（计算机发展）的重要成果。 [6]

发展历程

播报

编辑

分散控制系统自20世纪70年代中期问世以来，历经多阶段发展，各阶段核心特征如下：

20世纪70年代中期（第一代）

代表产品有美国Honeywell公司的TDC-2000、Foxboro公司的Spectrum系统、贝利公司的Network-90系统，德国西门子公司的Teleperm-M系统，日本北辰公司的900/TX系统、横河公司的CENTUM系统等。系统主要由数据采集装置、现场控制站、CRT操作站、数据高速通路、监控计算机五大部分组成。该阶段产品具备集中型计算机控制系统优点，控制单元实现有效分散，CRT操作站拥有丰富画面及全系统报警、诊断、管理功能，但监控计算机集中承担较多管理与信息处理功能，采用8位或16位微处理器，通信为初级工业控制局部网络，专用通信协议限制系统兼容，部分系统缺乏顺序控制功能，技术存在局限性。