分散型数字控制系统

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1、DCS(分散型数字控制系统)全球 DCS 制造商争夺中国市场和我国 DCS 市场处于成长期广泛应用于工业领域的 DCS(分散型数字控制系统)自 1975 年问世以来已经经过近 30 年的时间，发达国家普及率已经相当高，且已超过产品生命周期的高峰期，进入衰减期。 因此，销售量逐年下降。加之最近几年全球经济不景气，新建工程很少，改造投入也大幅 度减少，使得 DCS 的市场十分萧条。而中国的 DCS 市场目前正处于上升和发展时期，而 且有很大的市场空间。所以，全球的 DCS 制造商都将目光转向中国市场，展开激烈的竞争， 从 2002 年 DC S 进口增长 46.5就可以看出，估计今后会更加剧烈。我

2、国 DCS 发展较晚，大约在 20 世纪 80 年代末才开始逐渐普及。目前还处在从大型工 程逐步向中、小型工程，从主应用领域(如石化、化工、电力、冶金等行业)逐步向全工业 范围(如市政、食品、建材、环保、交通等)扩展的阶段，市场远没有饱和。特别在最近一 段时期，将会有大量的国内企业要采用先进的 DCS 来改造传统产业。目前，国内企业和年 销售额超过 500 万元的非国有企业有 10 多万家，它们的技术改造为 DCS 提供了十分巨大 的市场空间。 加之国家采取积极的财政政策，拉动内需，致使有较多的新建工程项目投建。随着经 济体制改革的深入，工业的投资主体进一步多元化，外资企业、股份制企业和民营企

3、业得 到飞速发展，国际上著名企业集团纷纷进入中国或加大投资力度。这些新建项目都需要采 用先进的控制系统，因此对 DCS 的需求将进一步增长。此外，我国在 80 年代末、90 年代初大量引进的国外 DCS 相当一部分已经投入运行十 余年，到了系统的生命周期。这些正在运行的 DCS 更新换代在今后一个时期也将带来巨大 商机。几大行业推动 DCS 发展目前，我国国民经济的主要领域使用 DCS 已经十分普遍，不但大型、中型工程项目 采用，不少小型项目也开始采用。DCS 现在是流程工业自控系统最主要的产品。石化是 DCS 使用比较早和普遍的领域，石化领域采购 DCS 的金额占总金额的 13.6。该领域的

4、 几乎全部大型工程都是采用国外系统，其中 Honeywell 公司、日本横河电机株式会社处于 领先地位。化工领域也是 DCS 的主要应用领域，大约占总金额的 20.3。在化工领域国产 DCS 已经取得较大的业绩，但该领域销售额最高的目前还是日本横河，其次是浙大中控、 Honey-well、Emerson 以及北京和利时等公司。火电站是 DCS 的大用户，每年占 DCS 市场 总额的 34.9(含核电和热电系统)。现在除 60 万千瓦机组和部分 30 万千瓦新建机组外， 30 万千瓦改造机组和 30 万千瓦以下的所有机组已经大量采用国产 DCS。冶金领域近几年 随着本领域技术的发展以及由于该行业

5、自身对控制技术的特殊要求，DCS 的使用量正在逐 步减小，被 PLC 系统所替代。目前， DCS 的金额大约占总金额的 12，ABB 和 Siemens 在冶金领域名列前茅。食品行业以酿酒行业使用最多，Siemens 由于与丹麦一家啤酒厂合 作开发了一套专用系统，在中国市场占有率最高，其次为 Honeywell。造纸行业几乎为国 外系统垄断，特别是水分定量控制系统，国内尚未掌握这项技术。其他如水泥、热网管道、 输气管线、污水处理等领域，近年来都已经成为 DCS 新的增长点。国产 DCS 应大力提高占有率目前，具有自主知识产权的国产品牌 DCS 的市场占有率、销售收入已接近总额的 30，但业内专

6、家认为，要想进一步扩大国产 DCS 的市场占有率仍需在以下几方面努力。 国产 DCS 必须在继续拓展中小型项目市场的同时，提高自身的综合素质，积极进入大型工 程项目。国产的 DCS 已经取得非常好的成绩，有了一定的市场占有率。但是，也应看到国 家的大型工程项目所使用的 DCS 仍然都是国外产品。大型工程项目责任大，出了问题损失大，国产产品又没有业绩，在这种情况下，完全依靠企业的努力进入大型工程项目是很 难的。因此，还需要政府在政策上的支持。另一方面，国产 DCS 制造商也要努力提高自身的综合素质，特别要加强和国内外工程 公司的合作。对于大型工程项目，往往工程公司是主角，我国有些设备就是通过工程

7、公司 在国内，甚至首先在国外的大型工程中取得使用的业绩和经验，从而得到推广的。国内 DCS 企业应以 DCS 技术为核心，向工业自动化综合企业发展。国际上，DCS 的供应商一 般都属于综合性集团的一部分。一方面是因为 DCS 本身有很大的拉动作用，一个 DCS 项 目往往可以带动大量的现场仪表，产生综合经济效益；另一方面 DCS 是一个相当复杂的大 型产品，其开发投入十分巨大，单纯依靠其自身的利润维持持续发展是很困难的。但是，在中国的特殊情况下出现了若干个生产 DCS 的专业公司，而且发展得很好，这 是有一定历史原因的。最初的开发和技术积累是在国有企业的体制下进行的，在引进与开 发上多少得到国

8、家的一些经济支持。但是，这个阶段已经过去，现在要完全依靠自己的力 量继续发展，要做大，要做强，这将给现有的企业带来很大的经济压力。专家认为，国内 的企业现在应该开始考虑企业的结构问题。DCS 正面临技术的转折关头，既是机遇又是挑 战。现在来考虑这个问题，正是时候。要尽快地研究和建立我国 FCS(现场总线控制系统) 的体系结构。DCS 当前面临着现场总线控制系统(FCS)技术的挑战，尽管现场总线的国际 标准不理想，但作为一种技术趋势已经是不可阻挡了。因此，我们在发展 DCS 的同时，必 须重视 FCS 的发展。最近，由跨国公司在中国独立兴建或与中国公司合建了很多大型工程项目。据了解， 这些项目全

9、部采用现场总线仪表和系统。因此，估计到 2005 年我国现场总线的运行仪表将 超过 10 万台，而且我们的用户、设计院也将通过这些工程更加了解现场总线的优点和设计 方法，那时可能会在中国出现一个采用现场总线技术的小高潮。当前我国的现场总线技术虽然落后于国际，但差距不是很大。因此，我们应该在市场 体制下，从市场的整体利益出发，各企业之间既竞争又合作，争取在 DCS 的技术过渡期形 成有我国特色的 FCS，缩小与国外技术上的差距。 PLC、DCS、FCS 三大控制系统的特点和差异 PLC、DCS、FCS 三大控制系统的特点和差异进行分析，三种控制系统之间的渊 源及发展方向。可编程序控制器（PLC）

10、 分散控制系统（DCS） 现场总线控制系统（FCS）1、上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目 前世界上最新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到 国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动 化领域带来又一次革命，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。在有些行业，FCS 是由 PLC 发展而来的；而在另一些行业，FCS 又是由 DCS 发展而 来的，所以 FCS 与 PLC 及 DCS 之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试 就 PLC、DCS、FCS 三大控制系统

11、的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方 向。2、PLC、DCS、FCS 三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制 系统，即 PLC、DCS 和 FCS。 它们各自的基本特点如下：21 PLC（1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。（2）连续 PID 控制等多功能，PID 在中断站中。（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 网络。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。（

12、5）PLC 网格既可作为独立 DCS/TDCS，也可作为 DCS/TDCS 的子系统。（6）大系统同 DCS/TDCS，如 TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。（7）PLC 网络如 Siemens 公司的 SINECL1、SINECH1、S4、S5、S6、S7 等， GE 公司的 GENET、三菱公司的 MELSECNET、MELSECNET/MINI。（8）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。（9）制造商：GOULD（美） 、AB（美） 、GE（美） 、OMRON（日） 、 MITSUBISHI（日） 、Siemens（德）等。22 DCS

13、 或 TDCS（1）分散控制系统 DCS 与集散控制系统 TDCS 是集 4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。（2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。（3）PID 在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。（4）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。 （5）模拟信号，A/DD/A、带微处理器的混合。（6）一台仪表一对线接到 I/O，由控制站挂到局域网 LAN。（7）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

14、 结构。（8）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。（9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。（10）制造商：Bailey（美） 、Westinghous（美） 、HITACH（日） 、LEEDS & NORTHRMP（美） 、SIEMENS（德） 、Foxboro（美） 、ABB（瑞士） 、Hartmann & Braun（德） 、Yokogawa（日） 、Honewell（美国） 、Taylor（美）等。23 FCS（1）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

15、置。（3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID 与控制中心，取代每台仪器两 根线。（4）在总线上 PID 与仪器、仪表、控制装置都是平等的。（5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。（6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。（7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。（8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。（9）局域网，再可与 internet 相通。（10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。（11）制造商：美 Honeywell 、Smar 、Fisher Rosemount、 AB/Rockwell、E

16、lsag Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日 Yokogawa、欧 Siemens、 GECAlsthom 、Schneider、 procesData、 ABB 等。（12）3 类 FCS 的典型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，典型 产品是 FF、World 、 FIP、ProfibusPA；2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是 Profibus DP、CANbus；3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是 LON Work、ProfibusFMS。从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一 个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的首选控制对 象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为首选适用范围，有的在适用范围中根本 就不提电站。现在奇怪的是，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。3三大控制系统之间的差异我们已经知道，FCS 是由 DCS 与 PLC