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dcs是什么意思 dcs相关介绍
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dcs是什么意思 dcs相关介绍
中文名：分布式控制系统
外文名：Distributed Control System
别称：分布式控制系统

概述：DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed
Control System )，在国内自控行业又称之为集散控制系统。
是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，
它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
系统的主要技术概述
系统主要有现场控制站(IO站)、数据通讯系统、人机
接口单元(操作员站OPS、工程师站ENS) 、机柜、电源等组
成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
硬件系统在恶劣 的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、
工艺先进。底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提< br>供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高
级控制算法的支持能力;易于组态，易于 使用。支持多种现
场总线标准以便适应未来的扩充需要。系统的设计采用合适
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的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠
性。
系统内任一组件 发生故障，均不会影响整个系统的工
作。系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在
CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真
正分散，整个系统的可利用率至少为%;系 统平均无故障时间
为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶
金、建材诸多领域 的完整监控。“域”的概念。把大型控制
系统用高速实时冗余络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又
是一个功能完整的DCS系统，以便更好 的满足用户的使用。
络结构可靠性、开放性及先进性。在系统操作层，采用
冗余的100 Mbps以太;在控制层，采用冗余的100Mbps工业
以太，保证系统的可靠性;在现场信号处理层 ，12Mbps的
PROFIBUS总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。标
准的Cl ientServer结构。有的DCS的操作层采用
ClientServer结构开放并且可靠的操 作系统。系统的操作
层采用WINDOWS NT操作系统;控制站采用成熟的嵌入式实时
多任 务操作系统QNS以确保控制系统的实时性、安全性和可
靠性。标准的控制组态软件。系统采用IEC6 1131-3标准的
控制组态工具，可以实现任何监测、控制要求。可扩展性和
可裁剪性，保证 经济性。
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历史前沿

DCS自1975年问世以来，已经经历了三十多年的发展历
程。在这三十多年中，DCS虽然在系统的 体系结构上没有发
生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都
得到了巨大的提高 。总的来说，DCS正在向着更加开放，更
加标准化，更加产品化的方向发展。
作为生产 过程自动化领域的计算机控制系统，传统的
DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程 的
自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控
制系统的含义已被大大扩展了，它 不仅包括过去DCS中所包
含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行
机构，向 上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统
意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的 自动
化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方
案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问
题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作
用。
进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技
术被应用到了DCS之中。PLC是 一种针对顺序逻辑控制发展
起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器
逻辑。现 场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅
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猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代
DCS成为控制系统的主角。
但是现场总线并未能够代替DCS。其原因如下：
1.现场总线的低速络特性，使其 每条总线的仪表数并未
达到理性数量。实际应用中，一条H1总线大约只能安装8
台仪表。这样 一来，现场总线的节省电缆优势就非常有限了。
2.现场总线标准不统一，没有一种取得绝对优势，用户
无从选择。
3.现场总线始终未能很好解决危险区本安特性问题。
系统结构
从结构上划分，D CS包括过程级、操作级和管理级。过
程级主要由过程控制站、IO单元和现场仪表组成，是系统
控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师
站，完成系统的操作和组态。管理级主要是 指工厂管理信息
系统(MIS系统)，作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行
业应用到这一 层的系统较少。
DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成
的，所以控制 程序是由过程控制站执行的(也有在IO模件中
执行控制逻辑的情况，如FOXBORO的DIDO模件 中就可以执
行顺序控制逻辑)。
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
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源、CPU(中央处理器)、络接口和IO组成
IO：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就
是IO。DCS中的IO一般是模块化的，一个I O模块上有
一个或多个IO通道，用来连接传感器和执行器(调节阀)。
IO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IO模块的机架就是IO单元 。
系统特点

(1)高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算
机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现
的故障不会导致系统其它功能的丧失 。此外，由于系统中各
台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能
采用具有特定 结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台
计算机的可靠性也得到提高。
(2)开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化
设计，系统中各台计算机采用局域方式通信，实现信息传输 ，
当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入
系统通信络或从络中卸下，几乎不 影响系统其他计算机的工
作。
(3)灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行
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软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图
形组成所需的各种监控和报警画面，从而方 便地构成所需的
控制系统。
(4)易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障
时，可以在不影响整个系统运行的情况下 在线更换，迅速排
除故障。
(5)协调性各工作站之间通过通信络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和
优化处理。
(6)控制功 能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控
制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应< br>和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算
法。DCS的构成方式十分灵活，可由 专用的管理计算机站、
操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等
组成，也可由 通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制
器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、
数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信络
传送到生产监控级计算机。生产监控 级对来自过程控制级的
数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障
诊断、显示报 警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照
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需要与更高性能的计算机设备通过络连接来实现更高级的
集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。
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计算 机和络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结
构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控 制系
统(Fieldbus Control System，FCS)在上世纪九十年代走向
实用化，并正以迅猛的势头快速发展。现场总线控制系统是
目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到 国内外自动化
设备制造商与用户的关注。现场总线控制系统的出现，将给
自动化领域在过程控制 系统上带来又一次革命，其深度和广
度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
FCS可以说是第五代过程控制系统，是由
PLC(Programmable Controller)或DCS(Distributed
Control System)发展而 来的。FCS与PLC及DCS之间有千丝
万缕的联系，又存在着本质的差异。本文针对PLC、DCS 、FCS
三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。
1 PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点
目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三 大控制
系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：
PLC
(1)从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下
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往上的。
(2)逻辑控制、定时控制、 计数控制、 步进(顺序)控
制、连续PID控制、 数据控制――PLC具有数据处理能力、
通信和联等多功能。
(3)可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
(4)也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成
PLC络。这比用PC机作主站方便之处是 ：有用户编程时，不
必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
(5)PLC络既可作为独立DCSTDCS，也可作为DCSTDCS
的子系统。
(6)主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有
闭环控制功能。
DCS
(1)分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集
4C(Communicatio n，Computer， Control、CRT)技术于一身
的监控技术，是第四代过程控制系统。 既有计算机控制系统
控制算式先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制
系统安全可靠、 维护方便的要求。
(2)从上到下的树状拓扑大系统，其中通信
(Communication)是关键。
(3)是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆
从中继站并行到现场仪器仪表。
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(4)模拟信号，AD—DA、带微 处理器的混合。是由几
台计算机和一些智能仪表智能部件组成，并逐渐地以数字信
号来取代模拟 信号。
(5)一台仪表一对线接到IO，由控制站挂到局域LAN。
(6)DCS 是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表
(现场测控站)的3级结构。缺点是成本高，各公司 产品不能
互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。
(7)用于大规模的连续过程控制，如石化、大型电厂机
组的集中控制等。
FCS
(1)FCS是第五代过程控制系统，它是21世纪自动化控
制系统的方向。是3C技术( Communication，Computer，
Control)的融合。基本任务是：本质(本 征)安全、危险区域、
易变过程、难于对付的非常环境。
(2)全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、
仪表、控制装置。
(3)用两根 线联接分散的现场仪表、控制装置，取代每
台仪表的两根线。“现场控制”取代“分散控制”;数据的传
输采用“总线”方式。
(4)从控制室到现场设备的双向数字通信总线，是互联
的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取代单向的、
单点、并行、封闭的模拟系统。
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(5)用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。
(6)把微机处理器转入现场自控设备，使设备具 有数字
计算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传输。实现信
号传输全数字化、控制功能分 散、标准统一全开放。
(7)可上局域，再可与internet相通。既是通信络，又
是控制络。
(8)3类FCS的典型应用：1) 连续的工艺过程自动控制
如石油化工，其中“本安防爆”技术是绝 对重要的;2)分立
的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车;3)多点控制
如楼宇自动化 。
这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广
泛应用，而且效果也非常好。
2 三大控制系统之间的差异
差异
DCS或PLC
PLC系统 与DCS系统的结构差异不大，只是在功能的着
重点上的不同，DCS着重于闭环控制及数据处理。PL C着重
于逻辑控制及开关量的控制，也可实现模拟量控制。
DCS或PLC系统的关键是 通信。也可以说数据公路是分
散控制系统DCS及PLC的脊柱。由于它的任务是为系统所有
部 件之间提供通信络，因此，数据公路自身的设计就决定了
总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是 ：一对绞线、
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同轴电缆或光纤电缆。
DCS的特点是：(1)控制功能强。可实现复杂的控制规律，
如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非 线性控制等。也可
实现顺序控制。(2)系统可靠性高。(3)采用CRT操作站有良
好的人机 界面。(4)软硬件采用模块化积木式结构。(5)系统
容易开发。(6)用组态软件，编程简单，操作 方便。(7)有良
好的性价比。
通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定
DCS或PLC系统的相对优点与弱点。
(1)系统能处理多少IO信息。
(2)系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。
(3)能适应多少用户和装置(CRT、控制站等)。
(4)传输数据的完整性是怎样彻底检查的。
(5)数据公路的最大允许长度是多少。
(6)数据公路能支持多少支路。
(7)数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件(可
编程序控制器、计算机、数据记录装置等)。为保证通信的
完整，大部分DCS或PLC厂家都能提供 冗余数据公路。
为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错
技术。所谓通信规 约就是一组规则，用以保证所传输的数据
接收与发送。
目前在DCS和PLC系统中一般使用两类通信手段，即同
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步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步络采用没有时钟的报告系统。
FCS
FCS具有(1)很好 的开放性、互操作性和互换性。(2)全
数字通信。(3)智能化与功能自治性。(4)高度分散性。( 5)
很强的适用性。
FCS的关键要点有三点：
(1)FCS系统的核心是总线协议，即总线标准。
采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号 ，减少大
量导线，提高了可靠性和抗干扰能力。FCS从传感器、变送
器到调节器一直是数字信 号，这就使我们很容易地处理更复
杂、更精确的信号，同时数字通信的差错功能可检出传输中
的 误码。
FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备(Field Device)
中。 基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和
可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取 代现场一对
一的4～20mA模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体
系结构带来革命性的 变化。
根据IEC61158的定义，现场总线是安装在制造或过程
区域的现场装置与控 制室内的自动控制装置之间的数字式、
双向传输、多分支结构的通信络。现场总线使测控设备具备
了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控
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制精度，提高了系统与设备的功能、性能。IECTC65的< br>SC65CWG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的
现场总线标准工作，走过了1 6年的艰难历程，于1993年推
出了IEC61158-2，之后的标准制定就陷于混乱。2000年 初
公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种，分别为：
①类型1 IEC技术报告(FFH1);②类型2
Control- NET(美国Rockwell公司支持);③类型3
Profibus(德国Siemens公司支持);④类型4 P-NET(丹麦
Process Data公司支持);⑤类型5 FFHSE(原FFH2)高速以太
(美国Fisher Rosemount公司支持);⑥类型6 Swift-Net(美
国波音公司支持);⑦类型7 WorldFIP(法国Alsto公司支持);
⑧类型8 Interbus(美国Phoenix Contact公司支持)。
除了IEC61158的8种现场总线外，IEC TC17B通过了三
种总线标准：SDS(Smart Distributed
System);ASI(Actuator Sensor Interface);Device NET。
另外，ISO公布了ISO 11898 CAN标准。其中Device NET
于2002年10月8日被中国批准为国家标准，并于xx年4
月1日开始实施。
所以，要实现这些总线类型的相互兼容和互操作，就目
前状态而言，几乎是不可能的。开放 的现场总线控制系统的
互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循同一
类型现场总线 的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操
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作性。换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循同一类型总线的总线协议，产品
之间是开放的，并具有互操作性，就可以 组成总线络。
另外，FCS还可以通过关和企业的上级管理络相连，以
便管理者掌握第一 手资料，为决策提供依据。所以现场总线
具有开放性、互操作性、系统结构的高度分散性、灵活的络拓扑结构、现场设备的高度智能化、对环境的高度适应性等
诸多突出特点。
(2)FCS系统的基础是数字智能现场装置
控制功能下放到现场仪表中，控制室内仪表装置主要 完
成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化
等功能。
数字智能 现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础;道
理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置 之间
的双向数字通信现场总线信号制。现场装置必须遵循统一的
总线协议，即相关的通讯规约， 具备数字通信功能，能实现
双向数字通。再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场
一级控制 功能。
(3)FCS系统的本质是信息处理现场化
对于一个控制系统，无论是采用 DCS还是采用现场总线，
系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场
总线后， 可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息
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量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。< br>这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面
要让大量信息在现场就地完成处理，减 少现场与控制机房之
间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场
化。
由现场智能仪表完成数据采集、数据处理、控制运算和
数据输出等功能。现场仪表的数据(包括采集的数 据和诊断
数据)通过现场总线传送到控制室的控制设备上，控制室的
控制设备用来监视各个现场 仪表的运行状态，保存智能仪表
上传的数据，同时完成少量现场仪表无法完成的高级控制功
能。
典型系统比较
通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单
个现 场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可
以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集 成大大简
化，并且维护十分简便。
传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需< br>使用一对专用的电缆或双绞线，以传送4mA~20mA信号。现
场总线系统中，每个现场装置到 接线盒的双绞线仍然可以使
用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数
字通信。
通过采用现场总线控制系统，到底能节省多少电缆，编
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者就不作详细的计算。
应用差异
上述的比较是偏重于纯技术性的比较，下面就DCS与
FCS系统在具体应用方面进行比较 。前题是DCS系统与典型
的、理想的FCS系统进行比较。
具体比较：
(1)DCS系统是个大系统，其控制器的功能强而且在系统
中的作用十分重要，数据公路更是系统的关 键，所以，必须
整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。而FCS功能下放
较彻底，信息处理 现场化，数字智能现场装置的广泛采用，
使得控制器功能与重要性相对减弱。因此，FCS系统投资起< br>点低，可以边用、边扩、边投运。
(2)DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容 。而
FCS系统是开放式系统，不同厂商、不同品牌的各种产品基
本能同时连入同一现场总线， 达到最佳的系统集成。
(3)DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必
须通 过DA与AD转换。而FCS系统将DA与AD转换在现
场一次表完成，实现全数字化通信，使精度得到 大的提高，
可提高到%。并且FCS系统可以将PID闭环控制功能装入现
场设备中，缩短了控 制周期，提高运算速度，从而改善调节
性能。
(4)DCS它可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊
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断、维护和组态。但是，由于自身的致命弱点，其IO信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS工程师站上对
现场仪表(含变送器、执行器等)进行 远方诊断、维护和组态。
FCS采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，
而不仅 仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。
FCS采用的是双向数字通信现场总线信号制。因此 ，它可以
对现场装置(含变送器、执行机构等)进行远方诊断、维护和
组态。
( 5)FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当
数量的隔离器、端子柜、IO终端、IO卡 件、IO文件及
IO柜，同时也节省了IO装置及装置室的空间与占地面积。
同时，FCS可以 减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时
也节省了设计、安装和维护费用。
(6)FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能标准化，
便于安装、运行、维护。
3 PLC与DCS的前景
大家都知道FCS是由PLC或DCS发展而来，现在FCS系
统被广泛的应用，那么，PLC与DCS前景又将如何。
PLC于20世纪60年代末期在美国 首先出现，目的是用
来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建
立柔性程序控制 系统。1976年正式命名，并给予定义：
PLC(Programmable logic Controller)是一种数字控制专用
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电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字
输入、输出等组件，控制各种机械或工作 程序。经过30多
年的发展，PLC已十分成熟与完善，并具有强大的运算、处
理和数据传输功 能。并定义为可编程控制器(Programmable
Controller PLC)。PLC在 FCS系统中的地位似乎已被确定
并无多少争论。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥
PLC在处理开关量方面的优势。另外，电厂辅助车间，例如
水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、 输煤车间等，这
些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有
其独特的优势。辅 助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯
协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对 象。
现场总线的应用是工业过程控制发展的主流之一。可以
说FCS的发展应用是自动化 领域一场革命。采用现场总线技
术构造低成本现场总线控制系统，促进现场仪表的智能化、
控制 功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统技术
发展趋势。
总之，计算机控制系统 的发展在经历了基地式气动仪表
控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字
控制 系统以及集散控制系统(DCS)后，将朝着现场总线控制
系统(FCS)的方向发展。虽然以现场总线 为基础的FCS发展
很快，但FCS发展还有很多工作要做，如统一标准、仪表智
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能化等。另外，传统控制系统的维护和 改造还需要DCS，因
此FCS完全取代传统的DCS还需要一个漫长的过程，同时DCS
本身 也在不断的发展与完善。可以肯定的是，结合DCS、工
业以太、先进控制等新技术的FCS将具有强大 的生命力。工
业以太以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据
传输方式，在工业现场 得到了越来越多的应用，并将在控制
领域中占有更加重要的地位。
4 结论
在未来，工业过程控制系统中，数字技术向智能化、开
放性、络化、信息化发展，同时，工业控制软件也 将向标准
化、络化、智能化、开放性发展。因此现场总线控制系统FCS
的出现，数字式分散控 制DCS及PLC并不会消亡，DCS及PLC
系统会更加向智能化、开放性、络化、信息化发展。或只 是
将过去处于控制系统中心地位的DCS移到现场总线的一个站
点上去。这样说，DCS或PL C处于控制系统中心地位的局面
从此将被打破。今后的控制系统将会是：FCS处于控制系统
中 心地位，兼有DCS、PLC系统一种新型标准化、智能化、
开放性、络化、信息化控制系统。


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