工控核心DCS集散控制系統如何實現高可靠性

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在工業自動化行業，控制總是一個離不開的話題，如可編程邏輯控制器PLC。和可編程邏輯控制器PLC類似，分布式控制系統DCS也是工控行業里一大核心控制系統。

隨著電子技術的發展，現在DCS和PLC的區別可以說是越來越模糊，尤其是接口層面幾乎類似，但二者還是有著本質上的不同。

多回路過程控制核心系統—DCS

上世紀70年代，計算機技術開始發展，原本使用一臺大型計算機完成的控制任務可以由幾十臺微處理器解決，大大提高了系統的容錯率，至此DCS誕生。

DCS在工控行業也被稱為集散控制系統，是在集中式控制系統的基礎上發展而來的。DCS系統通過通信網絡將分布在工業現場附近的控制中心連接起來，以完成對現場設備的分散控制和集中操作管理。

DCS系統更傾向于過程控制，這是和PLC偏向于邏輯控制不一樣的地方。在工廠的生產過程中，DCS可以有效地對現場參數進行檢測和控制，雖然現在的PLC也能將過程控制處理得很好，但是在過程控制的專業性上，尤其是多回路里，DCS無疑是更高的。

再者，PLC只是一個現場控制裝置，而DCS是一個控制系統，可以實現任何設備的功能和協調。

目前，對于小型設備來講，PLC系統可能是最劃算的，但DCS系統則提供了更具經濟性的可擴展能力，更可能在整個工廠的生命周期獲得較高的回報。更具體一點來說，如果對I/O點的需求不算多，PLC會更適合，而在大型應用中，DCS系統全局數據庫的優勢更易于管理和升級，在全局控制上更合適。

DCS可靠控制與通訊

從DCS的組成來看，控制器、I/O模塊、操作站、通訊網絡和軟件部分組成了完整的DCS系統。其處理流程大致為從現場控制級過程控制級，再到過程管理級最后到經營管理級。

現場控制級的設備是各類用于采集現場數據的裝置，比如常見的電機、溫度傳感器、濕度傳感器、執行器等等現場設備。這一過程主要是對現場過程中的變量進行數據采集，也會對采集后的數據進行一部分預處理。

到過程控制級這一階段，是DCS的核心，整個生產工藝的調節都由此部分實現。過程控制部分的核心設備是現場控制單元，也就是控制器。DCS控制器的組成和PLC控制器沒有區別，由CPU、RAM、F2PROM等器件組成再加上冗余數字和模擬I/O。

硬件上CPU，I/O模塊這些功能模塊的器件選擇差異不大，區別在于控制器內的算法組合會不一樣。

DCS的控制器和大型PLC一樣，往往會選擇MPU或者MCU加上FPGA來進行處理。此外，PLC在不是高可靠性要求的場合，不一定會冗余CPU和電源，DCS則不一樣，冗余CPU及電源是必備的。

通信部分分為幾個層次，I/O部分的通訊、控制器之間的通訊以及整個DCS網絡間的通訊。三個部分的協議要么采用工業以太網要么由廠商自行開發專用協議?？偟耐負浣Y構無非是環型（總線型）和星型。星型的網絡覆蓋面比較小，比較少見。

在通訊部分，同樣有冗余的校驗。數據傳輸過程中DCS會采用循環的冗余校驗進行驗錯和糾錯，保證當有結點存在故障時，信息能夠可靠地繼續傳輸。

寫在最后

近幾年，DCS的產品價格整體呈下降趨勢，這和國產工控品牌的蓬勃發展密切相關，我國DCS本土品牌中控技術、和利時已經可以和艾默生、ABB、西門子、霍尼韋爾和日系橫河電機等傳統DCS廠商抗衡。

與PLC側重于局部邏輯控制相比，DCS在模擬量上的控制更勝一籌，DCS系統更強的數據傳輸和管理能力在大型工控應用中有著廣泛的應用，是近年來工控領域大力推動國產化發展的核心設備。