提起DCS系統(tǒng)，化工人都不陌生,，因?yàn)樗腔S的大腦,，會根據(jù)采集現(xiàn)場儀表（溫度、壓力,、流量,、液位等）信號作出判斷,，讓輸出的信號對管道的閥門進(jìn)行控制。
由于DCS涉及的知識面很廣,，所以今天只介紹基本結(jié)構(gòu)和原理部分,，希望能為工廠中相關(guān)操作人員以及初學(xué)者提供參考。
DCS是Distributed Control System的縮寫,，直譯為“分布式控制系統(tǒng)”,。由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家眾多，系統(tǒng)設(shè)計不盡相同,，功能和特點(diǎn)也各不相同,。
國內(nèi)在翻譯時，也有不同的稱呼：
分散控制系統(tǒng)（簡稱DCS）
集散控制系統(tǒng)（簡稱TDCS或TDC）
分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)（簡稱DCCS）
三站一線：工程師站,、操作員站,、現(xiàn)場控制站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
1,、工程師站
對DCS進(jìn)行離線的配置,、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制,、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn),。
主要功能：提供對DCS進(jìn)行組態(tài)，配置工作的工具軟件,，并在DCS在線運(yùn)行時實(shí)時監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況,，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時處在最佳工作狀態(tài)之下,。
2、操作員站
處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HIS,，Human Interface Station,，或OI，Operator Interface,，或MMI,，Man Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。
主要功能：為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面,，使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài),、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等,，并可通過輸入設(shè)備對工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠,、高效,。
3,、場控制站
現(xiàn)場控制站是DCS的核心，是對現(xiàn)場I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),。
系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成,，系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標(biāo)也都要依靠現(xiàn)場控制站保證,。
其設(shè)計,、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求，是分散控制系統(tǒng)中的主要任務(wù)執(zhí)行者,。
4,、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接系統(tǒng)各個站的橋梁。由于DCS是由各種不同功能的站組成的,，這些站之間必須實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸,，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性,、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能,，特別是網(wǎng)絡(luò)的通信規(guī)約，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的效率和系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),。
基本構(gòu)成
基本構(gòu)成由現(xiàn)場級,、控制級、監(jiān)控級,、管理層四級構(gòu)成,。
現(xiàn)場級主要包括各種過程通道卡件或模塊；
控制級包括所有的過程站,；
監(jiān)控級包括工程師站,、操作員站、歷史站和打印機(jī)等附屬設(shè)備,；
管理級包括管理計算機(jī),；
四層中間相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)由控制網(wǎng)絡(luò)（Cnet）、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（Snet）,、管理網(wǎng)絡(luò)（Mnet）三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。
1、現(xiàn)場級
包括傳感器,、變送器,、執(zhí)行器等
現(xiàn)場級設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場級設(shè)備是各類傳感器,、變送器和執(zhí)行器,，它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號。
例如：將4-20mA的電信號（一般變送器）或符合現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字信號（現(xiàn)場總線變送器）,，送往控制站或數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行,，將控制站輸出的控制量（4-20mA的電信號或現(xiàn)場總線數(shù)字信號）轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移,，帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制,。
信號傳輸方式
目前現(xiàn)場級的信息傳遞有三種方式：
一種是傳統(tǒng)的4-20mA（或者其他類型的模擬量信號）模擬量傳輸方式,；
一種是現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式；
一種是在4-20mA模擬量信號上,，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號的混合傳輸方式,。
現(xiàn)場信息以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。
2,、控制級
現(xiàn)場控制站
控制級主要由現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成,。一般在電廠中，把現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站集中安裝在位于主控室后的電子設(shè)備室中,。
現(xiàn)場控制站接收由現(xiàn)場設(shè)備,，如傳感器、變送器來的信號,，按照一定的控制策略計算出所需的控制量,，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中。現(xiàn)場控制站可以同時完成連續(xù)控制,、順序控制或邏輯控制功能,，也可能僅完成其中的一種控制功能。
數(shù)據(jù)采集站
數(shù)據(jù)采集站與現(xiàn)場控制站類似,，也接收由現(xiàn)場設(shè)備送來的信號,，并對其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到分散型控制系統(tǒng)中的其它部分，主要是監(jiān)控級設(shè)備中去,。
數(shù)據(jù)采集站接收大量的過程信息,，并通過監(jiān)控級設(shè)備傳遞給運(yùn)行人員。
數(shù)據(jù)采集站不直接完成控制功能,，這是它與現(xiàn)場控制站的主要區(qū)別,。
電子間一般不再獨(dú)立設(shè)置，更多為遠(yuǎn)程I/O站,。
3、監(jiān)控級
監(jiān)控級的主要設(shè)備有操作員站,、工程師站,、歷史站和計算站等。
操作員站安裝在中央控制室,。
工程師站,、歷史站和計算站一般安裝在電子設(shè)備室。
操作員站
操作員站是運(yùn)行員與分散控制系統(tǒng)相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備,。
運(yùn)行人員通過操作員站來監(jiān)視和控制整個生產(chǎn)過程,。
運(yùn)行人員可以在操作員站上觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況,，讀出每一個過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個控制回路是否工作正常,，并且可以隨時進(jìn)行手動/自動控制方式的切換,，修改給定值，調(diào)整控制量,，操作現(xiàn)場設(shè)備,，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的干預(yù)；
另外操作員站還可以打印各種報表,，拷貝屏幕上的畫面和曲線等,。
為了實(shí)現(xiàn)以上功能，操作員站是由一臺具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī),，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成,，一般配有大屏幕顯示器、大屏幕顯示裝置,、打印機(jī),、鍵盤、鼠標(biāo)或球標(biāo),。
工程師站
工程師站是為了控制工程師對分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置,、組態(tài)、調(diào)試,、維護(hù)所設(shè)置的工作站,。
工程師站的另一個作用是對各種設(shè)計文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè)計文件,，例如,，各種圖紙,、表格等。
工程師站一般由PC機(jī)配置一定數(shù)量的外部設(shè)備所組成，例如打印機(jī),、繪圖機(jī)等。
歷史站
歷史站的主要任務(wù)是存儲過程控制的實(shí)時數(shù)據(jù),，實(shí)時報警,，實(shí)時趨勢等與生產(chǎn)密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，用來進(jìn)行事故分析,，性能優(yōu)化計算,，故障診斷等；
也可以通過歷史站實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的接口,，使外部網(wǎng)絡(luò)不直接訪問DCS監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就可以獲得所需要的數(shù)據(jù),，即保證了開放性，又保證了安全性,。
4,、管理級
管理系統(tǒng)
管理級包含的內(nèi)容比較廣泛,，一般來說，它可能是一個發(fā)電廠的廠級管理計算機(jī),，也可能是若干個機(jī)組的管理計算機(jī),。
它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理,、總工程師,、值長等行政管理或運(yùn)行管理人員。
廠級管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測企業(yè)各部分的運(yùn)行情況,，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況,，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo),。
管理計算機(jī)
對管理計算機(jī)的要求是：
能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫,。
大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲，能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性系統(tǒng),，能夠長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù),，并且具有優(yōu)良的、高性能的,、方便的人機(jī)接口,，豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，過程數(shù)據(jù)收集軟件,，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件,，實(shí)現(xiàn)整個工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計算機(jī)的集成化。
實(shí)時監(jiān)控和日常管理
管理級也可分成實(shí)時監(jiān)控和日常管理兩部分,。
實(shí)時監(jiān)控是全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層,，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化,、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù),，即監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）。
日常管理承擔(dān)全廠的管理決策,、計劃管理,、行政管理等任務(wù)，即管理信息系統(tǒng)（MIS）,。
通信介質(zhì)
DCS網(wǎng)絡(luò)
在早期的DCS中,，傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)多采用制造商自行開發(fā)的專用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍上至用戶的廠級管理信息系統(tǒng),，下至現(xiàn)場控制站的I/O子系統(tǒng)。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),，包括其硬件和軟件,，都是各個廠家專門設(shè)計的專有產(chǎn)品,。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展
近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展,，分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)有了長足的進(jìn)步,。很多標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品陸續(xù)推出，特別是以太網(wǎng)逐步成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，越來越多的DCS廠家直接采用了以太網(wǎng)作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),。
DCS網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，集散控制系統(tǒng)的上層將與國際互聯(lián)網(wǎng)Internet融合在一起,，而下層將采用現(xiàn)場總線通信技術(shù),，使通信網(wǎng)絡(luò)延伸到現(xiàn)場。
最終實(shí)現(xiàn)：
以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的底層網(wǎng)Infranet,；以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的企業(yè)網(wǎng)Intranet,；以廣域網(wǎng)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)Internet；
所構(gòu)成的三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),。
從系統(tǒng)的功能角度上看,，分散控制系統(tǒng)是一個多功能分級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，分散控制系統(tǒng)按功能可劃分為經(jīng)營管理,、生產(chǎn)管理,、過程管理（監(jiān)督控制）、直接控制等四個層次級別,。
應(yīng)用中的DCS系統(tǒng)并非全部具有上述四層功能,。大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，目前只配置和發(fā)揮到第一層和第二層中小規(guī)模上,，少數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)使用到第三層功能,，只在大規(guī)模的綜合控制系統(tǒng)中才應(yīng)用到全部四層功能。
現(xiàn)場控制站的硬件一般都采用專門的工業(yè)級計算機(jī)系統(tǒng),。
主要包括兩部分：一部分是運(yùn)算器（即主CPU）,、存儲器等組成的計算機(jī)單元，稱之為邏輯部分或主控制器,；另一部分是現(xiàn)場測量單元,、執(zhí)行單元的輸入輸出設(shè)備，即過程量I/O或現(xiàn)場I/O,，稱為過程通道,。
數(shù)字方式
從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式看，DCS確實(shí)與儀表控制系統(tǒng)相類似,，它在現(xiàn)場端仍然采用模擬儀表的變送單元和執(zhí)行單元,，在主控制室端是計算單元和顯示、記錄、給定值等單元,。但從實(shí)質(zhì)上DCS和儀表控制系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別,。
首先，DCS是基于數(shù)字技術(shù)的,，除了現(xiàn)場的變送和執(zhí)行單元外,，其余均采用數(shù)字方式。
而且,，DCS的計算單元并不是針對每一個控制回路設(shè)置一個計算單元,，而是將若干個控制回路集中在一起，由一個現(xiàn)場控制站來完成這些控制回路的計算功能,。
這樣的結(jié)構(gòu)形式不只是為了成本上的考慮,。
一個控制站執(zhí)行多個回路控制的結(jié)構(gòu)形式，是由于DCS的現(xiàn)場控制站有足夠的能力完成多個回路的控制計算,。
從功能上講,，由一個現(xiàn)場控制站執(zhí)行多個控制回路的計算和控制功能更便于這些控制回路之間的協(xié)調(diào)，這在模擬儀表系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的,。
一個現(xiàn)場控制站應(yīng)該執(zhí)行多少個回路的控制,，則與被控對象有關(guān)，系統(tǒng)設(shè)計師可以根據(jù)控制方法的要求具體安排在系統(tǒng)中使用多少個現(xiàn)場控制站,，每個現(xiàn)場控制站中各安排哪些控制回路,。在這方面，DCS有著極大的靈活性,。
分散方式
從儀表控制系統(tǒng)的角度看,，DCS的最大特點(diǎn)在于其具有傳統(tǒng)模擬儀表所沒有的通信功能。
從計算機(jī)控制系統(tǒng)的角度看,，DCS的最大特點(diǎn)則在于它將整個系統(tǒng)的功能分成若干臺不同的計算機(jī)去完成,，各個計算機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互相之間的協(xié)調(diào)和系統(tǒng)的集成。
在DDC系統(tǒng)中,，計算機(jī)的功能可分為檢測,、計算、控制及人機(jī)界面等幾大塊,。
在DCS中,，檢測、計算和控制由現(xiàn)場控制站的計算機(jī)完成,，而人機(jī)界面則由操作員站的計算機(jī)完成,。這是兩類功能完全不同的計算機(jī)。
一個系統(tǒng)有多臺現(xiàn)場控制站和多臺操作員站,，每臺現(xiàn)場控制站或操作員站對部分被控對象實(shí)施控制或監(jiān)視,。這種劃分是功能相同而范圍不同的計算機(jī)。
因此，DCS中多臺計算機(jī)的劃分有功能上的,，也有控制,、監(jiān)視范圍上的。這兩種劃分就形成了DCS的“分布”一詞的含義,。
數(shù)據(jù)庫
系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)庫是分散控制系統(tǒng)的核心，有了這個總體數(shù)據(jù)庫,，分散控制系統(tǒng)才能真正實(shí)現(xiàn)資源共享,。
各控制站上存在分布式數(shù)據(jù)庫，僅包含各自站所需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息,。
通過分散的數(shù)據(jù)采集和處理,，在上位依據(jù)總數(shù)據(jù)庫形成總體數(shù)據(jù)庫，這是分散控制系統(tǒng)的軟件核心,。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計是分散控制系統(tǒng)的核心
上位數(shù)據(jù)庫和下位數(shù)據(jù)庫要保持一致,，避免沖突。
數(shù)據(jù)庫組態(tài)也是整個分散控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵,，如何合理的分配數(shù)據(jù)點(diǎn),，使各現(xiàn)場站結(jié)構(gòu)更合理，數(shù)據(jù)交換各合理,，所以說,，數(shù)據(jù)庫設(shè)計是分散控制系統(tǒng)的核心。
數(shù)據(jù)庫確定后,，才可以進(jìn)行進(jìn)一步的組態(tài)工作,，所有的顯示、操作,、報表,、歷史記錄都是圍繞數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
對于控制系統(tǒng)來講,，尤其是對于控制生產(chǎn)過程這種系統(tǒng),，安全性是首要條件，這就要求新的系統(tǒng)不能影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行,。
因此最先得到應(yīng)用的計算機(jī)系統(tǒng)是可靠性要求最低的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，即DAS（DataAcquisition System）
監(jiān)督控制系統(tǒng)
隨著DAS的成功應(yīng)用，并且顯示出了計算機(jī)系統(tǒng)在計算,、顯示和記錄等方面的優(yōu)越性,，工程人員對其產(chǎn)生了濃厚的興趣。
并且隨著可靠性的提高,，工程人員的信心也逐步增強(qiáng),，試圖進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍，增加其應(yīng)用功能，產(chǎn)生了監(jiān)督控制系統(tǒng),。
