分佈式控制

分佈式控制系統（Distributed Control System，DCS）也稱集散控制系統，是對生產過程進行集中管理和分散控制的計算機控制系統，是隨着現代大型工業生產自動化水平的不斷提高和過程控制要求日益複雜應運而生的綜合控制系統，它融合了計算機技術、網絡技術、通信技術和自動控制技術，是一種把危險分散，控制集中優化的新型控制系統。系統採用分散控制和集中管理的設計思想，分而自治和綜合協調的設計原則，具有層次化的體系結構。DCS已在石油、化工、電力、冶金以及智能建築等現代自動化控制系統中得到了廣泛應用。 ^[1] 

分佈式控制系統發展大概分四個階段：

第一階段（1975年一1980年），代表產品主要有美國霍尼韋爾公司的TDC2000，ABB Baily公司的Network90，Foxboro公司的Spectrum，日本橫河公司的Centum等。主要由過程控制單元（PCU）、數據採集裝置（DAU）、CRT操作站、監控計算機和數據高速公路（HW）五部分組成。

第二階段（1980年一1985年），主要代表產品有霍尼韋爾公司的TDC3000，日本橫河公司的Centum A，B，D等。主要由局部網絡LAN（IEEE 802.4和ISO 8802/4通信標準）、多功能控制器（MC）、增強型操作站EOS、通用操作站US、網間連接器GW、系統管理模塊SMM和主計算機HC組成。

第三階段（1985年一1990年），DCS向計算機網絡控制擴展，將生產過程控制、監督控制和管理調度進一步結合起來，並且加強斷續系統功能，採用專家系統和開放系統互聯參考模型為基礎的製造自動化協議（MAP）標準（工廠自動化協議），以及硬件上的諸多新技術，從而克服了自動化孤島問題。典型產品有霍尼韋爾公司的TDCS3000（包含通用控制網絡（Universal Control Network），集數據採集和過程控制於一體的接口裝置過程管理器（Process Manager）和邏輯管理器（Logic Manager）），13本橫河公司的Centum—XL，Bailey的INFI一90等。

第四階段（1990年以後），DCS以管控一體化出現，在硬件上採用了開放的工作站，採用了Client/Server的結構，在網絡結構上增加了工廠信息網，並可與互聯網聯網，在軟件上採用UNIX和X—Windows的圖形用户界面，系統的軟件更豐富，一些優化和管理良好的界面的軟件被開發並移植到DCS中。典型產品有霍尼韋爾公司的TPS控制系統，日本橫河公司的Centum—CS控制系統，Foxboro公司的I/ASS0/51系統等。 ^[2] 

分佈式控制系統一般分三層：過程控制層、生產監控層和集中管理層。處於底層的過程控制層一般由分散的現場控制站、數據採集站等就地實現數據採集和控制，並通過數據通信網絡傳送到生產監控層計算機。生產監控層對來自過程控制層的數據進行集中操作管理，如各種優化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等。隨着計算機技術的發展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。其中過程控制層採用微處理器分別控制各個迴路，而用中小型工業控制計算機或高性能的微處理機實施上一級的控制。各回路之問和上下級之間通過高速數據通道交換信息。 ^[3] 

分佈式控制系統是在計算機監督控制系統、直接數字控制系統和計算機多級控制系統的基礎上發展起來的，是生產過程的一種比較完善的控制與管理系統。具有以下特點：

（1）高可靠性由於DCS將系統控制功能分散在各台計算機上實現，系統結構採用容錯設計，因此某一台計算機出現的故障不會導致系統其他功能的喪失。此外，由於系統中各台計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能採用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每台計算機的可靠性也得到提高。

（2）開放性DCS採用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各台計算機採用局域網方式通信，實現信息傳輸。當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。

（3）靈活性通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關係、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。

（4）易於維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

（5）協調性各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，以完成控制系統的總體功能和優化處理。

（6）控制功能齊全控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制於一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，並可方便地加入所需的特殊控制算法。 ^[3]