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本文针对层(PCS)浅谈DCS(DistributedControlSystem，集散控制系统或分散控制系统)、FCS(Field-busControlSystem，现场总线控制系统)的应用和发展。
1.DCS的应用和发展
DCS自20世纪70年代问世以来，经过几代技术变迁和更新发展，现已广泛应用于各个行业，其中石油和化工企业的应用更为普及，技术改造项目用DCS，新建项目用DCS。在石油和化工企业有用DCS逐步替代常规仪表控制系统的发展趋势。
DCS应用之所以如此普遍，究其原因它有以下一系列的特点和优点：
①分散性：其含义是指分散控制、地域分散、设备分散、功能分散和危险分散。硬件积木化和软件模块化是分散性的具体体现。目的是为了使危险分散，进而**系统的可靠性和安全性。
②集中性：其含义是指集中监视、操作和管理。用通信网络把分散的设备构成统一的整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享。人们可以同时在多台操作站上集中监视、操作和管理。
③自治性：其含义是指系统中的各台设备均可独立地工作。控制站自主地进行输入、运算、控制和输出，操作员站自主地实现监视、操作和管理，工程师站可以在线或离线组态。
④协调性：其含义是指系统中的各台设备用通信网络和数据库互连在一起，相互传送信息，相互协调工作，以实现系统的总体功能。DCS的分散和集中、自治和协调不是互相对立，而是互相补充。
⑤灵活性和扩展性：硬件采用积木式结构，可以灵活地配置成小、中、大各类系统，并可以根据企业的发展逐步扩展系统。软件采用模块式结构，提供输入、输出、运算和控制功能块，可以灵活地组态构成简单、复杂各类控制系统，并可以根据生产工艺流程的改变，随时修改控制方案。
⑥可靠性和适应性：分散性带来系统的可靠性，并采用一系列冗余技术、热拔插技术、故障诊断和故障屏蔽技术。采用高性能的元器件、**的制造工艺和抗干扰技术，使DCS能够适应恶劣的工作环境。
⑦**性和继承性：硬件上采用**的计算机、通信网络和人机接口；软件上采用**的操作系统、数据库、网络管理和控制语言；控制算法上采用自适应、预测、推理、优化等**控制技术。DCS更新换代比较快，继承性体现在新、老系统互相兼容，可以给用户带来更好的利益。
DCS随着计算机、控制、网络通信、组态软件、信息集成和数据库技术的发展而不断更新和发展，主要体现在以下几个方面：
①信息化：DCS已从单一的控制系统，发展为集控制和管理于一体的综合信息系统。DCS提供了从生产现场到车间，再从工厂到公司，后到企业集团的整个信息通道，充分体现了信息的全面性、准确性和实时性。
②集成化：DCS已从单一封闭系统，发展为集成各类PLC、工业PC、数字化仪表和设备，甚至不同型号DCS可以互相集成和信息共享，为终用户提供集成化综合系统。
③智能化：随着人工智能、专家系统、自适应、预测和推理等**控制技术的发展和应用，DCS也适时地融合这些新技术，实现**的智能化控制功能。
④开放式网络：DCS已从单一封闭网络，发展为开放式网络系统，通过互联网技术和IE浏览器，可以访问过程画面、查询数据、管理调度和指挥生产。开放式网络的关键是网络安全，传统DCS采用软件防火墙，现代DCS不仅有软件防火墙，而且有硬件防火墙，既保证网络安全开放，又保证监控层的实时性。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300的控制站采用硬件防火墙技术。
⑤容错以太网(FTE)：传统DCS用两条独立网络(A，B)实现冗余，两台设备之间只有一条通信路径，其本质是单条网络运行，故障时整条网络切换(A到B或B到A)，切换时间长，可靠性低。现代DCS用容错以太网(FTE，FaultTolerantEthernet)，如图1所示。
图1中交换机S1~S6互相连接，其中S1和S2为上层，S3~S6为下层，每台设备(D1~D4)同时连接两台下层交换机，任意两台设备之间有4条通信路径，其本质是多条网络运行。例如，设备D1和D4之间的4条通信路径分别为D1→S3→S1→S5→D4，D1→S3→S1→S2→S6→D4，D1→S4→S2→S1→S5→D4，D1→S4→S2→S6→D4。故障时只需切换路径，切换时间短，可靠性高。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此FTE技术，FTE设备节点之间网络带宽可达200Mbps，交换机之间可达1Gbps。
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图1容错以太网(FTE)
⑥无线网络技术：支持手持移动无线操作站，将无线技术与控制技术融为一体，进行现场操作监控、故障处理和仪表校验，实现操作与维护的无缝集成。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此无线网络技术。
⑦数字视频技术：通过摄像头采集现场图像信息，再通过图像识别软件，进行图像处理，发现异常图像，立即发出报警信号，具有自动录像和录像回放功能，便于事故分析，并将数字视频技术与操作监控软件融为一体。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300采用此数字视频技术。
⑧**控制站：DCS的基础是控制站，为了进一步**控制站的可靠性、稳定性和安全性，增强控制站的功能，而采用了一系列**技术。例如，控制站采用无底板模块结构，独立倾斜式垂直插拔，散热效果好，接线维护方便；采用容错以太网(FTE)，硬件控制防火墙(冗余)，冗余控制器、冗余I/O、冗余电源、冗余现场总线接口；采用**的预估控制算法，鲁棒性好，具有参数自整定功能。Honeywell公司的ExperionPKSR300控制站是上述**控制站的代表之一，如图2所示。
FCS是一种新型的分布式网络控制系统，它既是现场通信网络系统，也是现场自动化系统。它作为一种现场通信网络系统，具有开放式数字通信功能，可与各种通信网络互连。它作为一种现场自动化系统，把安装于生产现场的具有输入、输出、运算、控制和通信功能的各种现场仪表作为现场总线的节点，并直接在现场总线上构成分散的控制回路。
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FCS代表当今控制技术和DCS的发展方向，并以进入工业化应用阶段。人们对FCS有各种评论，既有对新技术的赞尝，也有对现状的困惑。尽管众说纷纭，笔者认为，目前是FCS和DCS并存，FCS作为DCS框架下的重要分支应用发展，略表以下个人之见：
①FCS的变革：不仅变革了传统的单一功能的模拟仪表，将其改为综合功能的数字仪表；而且变革了传统DCS的控制站，将输入、输出、运算和控制功能分散分布到现场总线仪表中，在现场总线上构成控制回路，形成了全数字的彻底的分散控制系统。
②FCS的特点：具有系统的分散性、系统的开放性、产品的互操作性、环境的适应性、维护的简易性、系统的可靠性和使用的经济性这7个方面的特点或优点。
有人对“使用的经济性”有异议，这是正常的暂时现象，其原因是FCS尚未进入大批量应用阶段，现场总线仪表及辅助设备价格偏高。随着FCS的推广应用，技术进步，市场竞争，优胜劣汰，FCS的经济性将会显现。回想当年，DCS也是如此，现在人们已完全接收了DCS。
③FCS的应用：典型工业应用实例是上海赛科(SECCO)90万吨/年乙烯工程，DCS采用Emerson公司的DeltaV系统，控制站除常规I/O模块外，配置了FF-H1现场总线模块，每个模块的2个接口分别构成2段FF-H1总线，每段FF-H1总线设计9台仪表(实用6台，备用3台)。
该工程实用FF-H1现场总线段2473条，FF-H1现场总线仪表14375台，平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表，除了Emerson的温度、压力、**等仪表，还有E+H的雷达液位计和**计，ABB的阀门定位器，ROTORK的电动马达控制器，TYCO的电动马达控制器等，保证了多种产品的一致性和互操作性。
④FCS的集成：小型工程项目中FCS自成系统，中、大型工程项目中FCS和DCS控制站集成，一般有两种集成方式。一种是FF-H1现场总线模块作为控制站的下属I/O模块，例如Emerson公司的DeltaV系统，如图3所示；另一种是FF-H1现场总线模块独立，例如Honeywell公司的ExperionPKSR300系统，如图4所示。
前者FF-H1依附于控制器，信息传输慢；后者FF-H1独立，信息传输快。图3和图4中工程师站(ES)、操作员站(OS)、计算机站(CS)为DCS操作监控层设备，控制站中有冗余电源(P)、控制器(C)、现场总线接口(H1)以及各类I/O模块。
图4FCS和DCS集成之二
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⑤FCS的发展：FF-H1现场总线通信速率为31.25Kbps，不支持冗余总线，有人对这2点提出异议。值得高兴的是目前有多种现场总线，既有中速也有高速现场总线，而且工业以太网(Ethernet)也已进入实用阶段，正在从高层向底层延伸，有望实现“E(Ethernet)网到底”。FCS代表技术发展方向，在应用中不断改进，扬长避短，必将出现更加完美的FCS。
3.**控制技术的应用
根据“十一五”时期信息化发展规划，**控制技术在流程工业的应用普及率达70%以上。
DCS和FCS为**控制技术的应用提供了条件，**控制软件作为DCS的可选件集成于系统之中。常用的**控制技术主要有以下几种：
①单回路整定技术：单回路PID控制始终占据过程控制的主导地位，但鲁棒性能不理想，对大滞后和强干扰的过程表现出明显的不足。为此，研发出单回路模型预测控制，自动调整控制参数，适用于大滞后和强干扰的过程。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300系统中的ProfitLoop单输入单输出(SISO)模型预估控制算法。
②软仪表技术：这是基于过程机理模型或统计模型，对产品主要参数进行在线预估，并将预估参数参于在线控制产品质量。例如，Honeywell公司的针对常减压原油切换的ProfitGCC软件包。
③多变量模型预估控制技术：这是**控制的核心技术，首先辨识过程模型，再预估过程参数和被控量，并与所要求的目标值比较，若有偏差，则计算出优控制量，从而实现全装置的多变量控制。例如，Honeywell公司的RMPCT软件包，AspenTechnology公司的DMC-plus软件包。
④在线优化技术：这是基于过程机理模型和动态优化技术，找出优操作点，再通过多变量控制器实现优化操作。例如，Honeywell公司开发了基于ProfitOptimizer、ProfitBridge和机理模型的动态优化软件，应用于乙烯和炼油装置。
⑤性能监视和维护技术：**控制的效益投运初期较高，随着运行时间增加、装置性能变化、模型失配及操作变化等原因，致使**控制性能降低，经济效益也随之下降。
为此，开发商推出了**控制性能监视和维护工具软件，来维护**控制的效益。例如，Honeywell公司开发出Scout软件，AspenTechnology公司开发出AspenWatch软件。
今后推动DCS、FCS、**控制技术的应用和发展寄希望于流程工业，尤其是石油和化工行业是领头军。在“信息化带动工业化，工业化促进信息化”国策的指引下，必将迎来DCS、FCS、**控制技术的应用和发展的春天
| 我次见plc是欧姆龙的，而且是那种大型的控制系统，但当时并不知道这是什么，如果有人见过上海人造板机械的人肯定知道那里面的欧姆龙plc,后来在百度我知道了PLC这个名词，用中文来说叫做“可编程逻辑控制器。 对plc的作用我并是很了解，直到有一次在厂里有个工友告诉我这个占地十几亩的机器就是靠这个东西控制的，我还可以随意的控制外面的机器，当时外面的机器没有生产，他随手在板砖上按了按，然后大吼一声“机器人变身”外面那个庞然大物（多层压机），哐当一下就开始上升，我被这神奇的表演震撼住了，当初真的很震撼，然后我就开始对这个PLC超级感兴趣。 至此我知道了，PLC就是控制机器的大脑，等同于电脑的CPU。
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