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- 摘要：信息化带动工业化，工业化促进信息化”是中国的国策。石油和化工企业的信息化分为三层结构：第一层以PCS(Process Control System ，过程控制系统)为代表的生产过程基础自动化层 ，第二层以MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)为代表的生产过程运行优化层，第三层以ERP(Enterprise Resource Planning ，企业资源计划)为代表的生产过程经营优化层 。 本文针对第一层(PCS)浅谈DCS(Distributed Control System ，集散控制系统或分散控制系统)、FCS(Field-bus Control System，现场总线控制系统)的应用和发展 。
信息化带动工业化 ，工业化促进信息化 ”是中国的国策。石油和化工企业的信息化分为三层结构：第一层以PCS(Process Control System ，过程控制系统)为代表的生产过程基础自动化层，第二层以MES(Manufacturing Execution System ，制造执行系统)为代表的生产过程运行优化层 ，第三层以ERP(Enterprise Resource Planning，企业资源计划)为代表的生产过程经营优化层。
本文针对第一层(PCS)浅谈(Distributed Control System ，集散控制系统或分散控制系统) 、FCS(Field-bus Control System ，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 ，进而提高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 、先进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先进性和继承性：硬件上采用先进的计算机、通信网络和人机接口；软件上采用先进的操作系统、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 、优化等先进控制技术 。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 ，最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 、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，为最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、预测和推理等先进控制技术的发展和应用 ，DCS也适时地融合这些新技术 ，实现先进的智能化控制功能 。 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Experion PKS R300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 ，Fault Tolerant Ethernet)，如图1所示。图1中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Experion PKS R300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。