1.2.2 DCS

分散式控制系统（Distributed Control System, DCS）在国内自控行业又称为分布式控制系统、集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

DCS是一个由过程控制级、过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、灵活配置以及方便组态。

1.DCS硬件概述

典型的DCS硬件系统如图1-1所示，其中各部分的基本功能如下。

（1）工程师站（Engineer Station, ES）

主要给仪表工程师使用，作为系统设计和维护的主要工具。仪表工程师可在工程师站上进行系统配置、I/O数据设定、报警和报表设计打印、操作画面设计和控制算法设计等工作。一般每套系统配置一台工程师站即可。工程师站可以通过网络连入系统在线（On-Line）使用，比如在线进行算法仿真调试，也可以不连入系统离线（Off-Line）运行。基本上在系统投运后，工程师站就可以不再连入系统甚至不上电。

（2）操作员站（Operator Station, OS）

主要由运行操作员使用，作为系统投运后日常值班操作的人机接口（Man-Machine Interface, MMI）设备使用。在操作员站上，操作人员可以监视工厂的运行状况并进行少量必要的人工控制。每套系统按工艺流程的要求，可以配置多台操作员站，每台操作员站供一位操作员使用，监控不同的工艺过程，或者多人备份同时监控相同的工艺过程。有的操作员人机接口还需配置大屏幕（占一面墙）进行显示。

（3）系统服务器（System Server）

一般每套DCS配置一台或一对冗余的系统服务器。系统服务器的用途可以有很多种，各个厂家的定义可能有差别。总的来说，系统服务器可以用作：①系统级的过程实时数据库，存储系统中需要长期保存的过程数据；②向企业管理信息系统（Management Information System, MIS）提供单向的过程数据，此时为区别慢过程的MIS办公信息，将安装在服务器上的过程信息系统称为RealMIS，即实时管理信息系统，因为它提供的是实时的工艺过程数据；③作为DCS向其他系统提供通信接口服务并确保系统隔离和安全，如防火墙（FireWall）功能。

（4）主控制器（Main Control Unit, MCU）

主控制器是DCS中各个现场控制站的中央处理单元，是DCS的核心设备。在一套DCS应用系统中，根据危险分散的原则，按照工艺过程的相对独立性，每个典型的工艺段应配置一对冗余的主控制器，主控制器在设定的控制周期下，循环执行以下任务：从I/O设备采集现场数据→执行控制逻辑运算→向输出设备输出控制指令→与操作员站进行数据交换。

（5）输入/输出设备（I/O设备）

用于采集现场信号或输出控制信号，主要包含模拟量输入（Analog Input, AI）设备、模拟量输出（Analog Output，AO）设备、开关量输入（Digital Input，DI）设备、开关量输出（Digital Output, DO）设备、脉冲量输入（Pulse Input, PI）设备以及一些其他的混合信号类型I/O设备或特殊I/O设备。

（6）控制网络（Control Network, CNET）及设备

控制网络用于将主控制器与I/O设备连接起来，其主要设备包括通信线缆（即通信介质）、重复器、终端匹配器、通信介质转换器、通信协议转换器及其他特殊功能的网络设备。后续章节将详细叙述。

（7）系统网络（System Network, SNET）及设备

系统网络用于将操作员站、工程师站、系统服务器等操作层设备和控制层的主控制器连接起来。组成系统网络的主要设备有网络接口卡、集线器（或交换机）、路由器和通信线缆等。后续章节将详细叙述。

（8）电源转换设备

主要为系统提供电源，主要设备包含AC-DC转换器、双路AC切换装置（仅在某些场合使用）和不间断电源（UPS）等。

（9）机柜和操作台

机柜用于安装主控制器、I/O设备、网络设备以及电源装置。操作台用于安装操作员站设备。

2.DCS软件概述

DCS软件包括下位机软件和上位机软件。

（1）下位机软件

下位机软件置于现场控制单元之中，是用于实现现场数据采集、数据处理、控制运算、控制输出、实时数据库等功能的应用软件，包括系统软件、用户软件等。

1）系统软件。主要由实时操作系统和通信网络软件组成。

2）用户软件。控制站的用户软件一般由执行代码部分和数据部分组成，如图1-2所示。

■ 执行代码部分。包括数据采集和处理、控制算法库、控制应用软件、控制输出和网络通信等模块，它们一般固化在EPROM中。

■ 数据部分。指实时数据库，它通常在RAM存储器中，系统复位或开机时这些数据的初始值从网络上装入，运行时由实时数据替换。

（2）上位机软件

上位机软件包含工程师组态软件、操作员站运行软件、服务器运行软件及其他功能的服务软件（如OPC服务、ODBC服务）等，用于完成软件编程、操作控制、通信及管理服务等功能。工程师组态包含下列类型。

■ 设备组态。确定系统中的硬件设备。

■ 图形组态。设计操作员站画面。

■ 控制算法组态。设计控制算法。

■ 其他组态。趋势、报表、报警。

（3）控制站软件的实施方式

■ 在工程师站的组态软件支持下，用功能块构成控制回路，并形成组态文件。

■ 在工程师站将组态文件下装到控制站，如图1-3所示。

■ 在控制站执行控制回路和功能块，达到控制目的。