摘 要：近年来，借助于集成电路、计算机、通讯、显示和控制等技术的发展，DCS系统在石化工业中的应用越来越广泛，大大提升了石化工业的自动化水平。文章结合DCS系统在国内的发展现状，分析了DCS系统在石油和化工行业的应用，深入探讨了DCS系统的特点和未来的发展趋势，并对新产品进行了分析，指出DCS系统智能化、数字化、信息化的广阔应用前景。
关键词：DCS系统；石油化工；应用；趋势分析
1 引言
DCS（Distributed Control System）是指分散控制系统，也可称为分布控制系统、集散控制系统，DCS系统基于计算机网络通讯技术，包括系统的过程控制和过程监控，并可以根据系统功能分为过程控制级、控制管理级、生产管理级、经营管理级等多级结构。DCS系统是伴随着我国工业信息量的不断增大而产生和发展的，以多台计算机为平台，集合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）4C技术，解决了传统计算机控制系统的危险相对集中、常规模拟仪表功能单一、过于分散和人机联系不方便等缺点。
2 DCS应用和发展现状分析
2.1 DCS系统在石油和化工行业的应用
80年代，针对我国传统产业改造以及新建工程项目对DCS的需求，我国从国外引进了几百套DCS系统进入装备石化、冶金、电力等行业。进入90年代，我国陆续有一些新型高科技公司进入DCS领域。目前国内生产的DCS系统不仅具有价格低廉、备品备件方便的优势，而且在技术先进性、组态便于学习、售后技术支持及时性、维护方便性等方面也都获得了用户肯定。国内DCS厂家生产的最新产品具有系统开放、兼容现场总线、管控一体化和带有先进控制软件等优点，在技术上可初步与国外产品相抗衡。
20世纪70年代初，DCS系统开发成功，DCS技术随着时代的发展而不断成熟，依靠其安全可靠性、通用灵活性以及优良的控制和管理能力，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，并逐渐被应用于新建、扩建和升级改造项目中。利用DCS系统，实现炼油、化工装置生产过程的自动化控制是石化企业少投多产、提高经济效益、挖潜增效、提高市场竞争力的主要途径和措施之一。石油和化工企业DCS系统正逐步全面替代常规仪表控制系统。
2.2 DCS系统发展情况简介
DCS系统发展基于多个技术层面，是集成了计算机技术、信息技术、自动控制、网络通讯技术等多重技术的综合性系统。顺应我国工业发展的趋势，DCS的发展体现了如下特征：
2.2.1 信息化：初期的DCS系统较为单一，随着功能的不断丰富，DCS系统逐渐将控制和管理功能集合在一起。以石油化工行业为例，DCS系统的信息通道能够覆盖从石油生产、运输、加工到销售的整个环节，且能够实现信息全面、准确、及时。
2.2.2 集成化：顺应工业发展的需求，DCS系统也在不断从单一封闭走向集成化，实现功能的打包和兼容，目前DCS系统已经集成了各类PLC、工业PC、数字化仪表和设备，不仅功能集成，且系统的兼容性得到保证，各类DCS系统之间可以无缝连接、信息共享、提供综合服务。
2.2.3 智能化：工业DCS技术的智能化集中体现在工业控制领域，将新兴的人工智能、故障诊断、神经网络等技术融入DCS领域，极大的降低了人力成本，提升了系统效率。
2.2.4 开放式：为了支持多地域同时段访问，DCS系统的开放性也不断增强，基于开放式网络，用户可以通过互联网，以WEB网页形式通过IE浏览来查阅相关信息，并可以根据不同的权限，实现数据查询、画面访问、信息修改、调度管理等功能。为了保障开放式网络的安全性，系统还配备软件和硬件防火墙。
2.2.5 容错以太网（FTE）：初期的DCS系统正常是单条网络运行，系统一旦出现故障，两条冗余网络之间的切换不仅耗时较长，且切换的可靠性不高，系统冗余性能较差，随着工业发展领域对系统可靠性要求的不断提升，DCS系统也朝着容错以太网（FTE）方向发展，如下图1所示：
容错以太网（FTE）的实现改变了初期单条网络运行的弊端，实现了基于多条网络运行，如上图1所示，容错以太网结构包括上层、下层、设备三级网络，其中，S1和S2为上层交换机网络，S3、S4、S5、S6为下层交换机网络，D1、D2、D3、D4是与通讯网络连接的设备。上述网络结构中每两台设备之间都有四条通讯路径，以设备D1和D2之间的通讯为例，有：D1→S3→D2、D1→S4→D2、D1→S3→S1→S2→S4→D2、D1→S4→S2→S1→S3→D2这四条通路，当系统出现故障时，不仅可以切换的网络通路多，系统可靠性高，且可以选择最短的路径切换，耗时短。
2.2.6 发展无线网络：无线网络技术的发展为DCS系统的现场调试、监控、故障分析、工程仪表校验等环节提供了新的发展方向，通过无线网络实现通讯与控制一体化，并支持手动移动无线操作站，极大的便利了系统的维护。例如，Honeywell公司的ExperionPKSR300产品就采用了无线网络技术。
2.2.7 数字视频：通过安装在现场的摄像头进行图形采集，结合先进的图像处理和信息传递技术，实现数字视频，通过图像的对比和识别，及时发现异常情况并输出告警，并可以自动保存异常图像，支持图像回放，有利于事故告警和故障分析。
2.2.8 先进控制站：作为DCS系统的基础，控制站的技术更新对提升DCS系统性能有着重要作用。各类新技术的发展极大的推动了DCS系统控制站技术，例如，目前DCS控制站已经可以采用无底板模块结构，独立倾斜式垂直插拔，不仅有良好的散热效果，且方便控制系统接线以及现场维护。另外，各类先进的预估控制算法的应用，使得控制站具有良好的鲁棒性和参数自整定功能。
3 DCS在石油化工中应用中存在的几个问题
到目前为止，用户对DCS存在的问题有3个方面的意见是一致的，即：系统开放性问题；与现场传感器、变送器、执行器的接线问题；价格较贵问题。这些问题在第三代DCS中已开始得到解决。在21世纪，新一代的DCS应满足用户更加个性化的需求。DCS在石油化工中的应用，应该注意以下两个问题：
3.1 系统选型
对于石油化工行业来说，DCS选型问题的重要性日益凸显。对应用DCS系统的项目来说，无论是新建项目还是改造项目，DCS的选型对项目投运后的效果都有重要的影响，然而，很多石油化工项目在立项之初，由于参与投标的DCS系统运行厂家数量较多，且各个厂家的不同DCS系统基本具有一定的通用性，所以在标书中很少进行DCS型号的选型，而仅仅给出工程所需的I/0点数、控制回路数、装置间的物理位置、控制或数学模型优化等方面的要求。
考虑到工程项目投运后可能出现的因DCS指标规定不清，而导致的系统不兼容、可扩展性差等问题，应推动系统选型的精细化，对DCS系统的各项指标要求、系统选型、国家标准等给出明确的规定，例如，可以将国标GB/T 18271.1-2000、GB/T 18271.2-2000、GB/T 18271.3-2000等过程测量和控制装置通用性能评定方法等标准列入标书中，作为通用要求。
此外，业绩问题也是DCS系统在石油化工行业应用的一个敏感问题。由于DCS系统在我国很多行业都获得了广泛的应用，基于不同行业之间对系统性能、参数、侧重点要求不同，即使同一行业的不同工程项目，根据其实际情况，对DCS系统的要求也不尽相同，所以，如果某一DCS系统在相关行业应用较多，在类似工程中应用效果较好，且具有良好的可扩展能力，并掌握核心程序，支持系统功能扩展，表明该DCS系统应用业绩较好，具有较小的选型风险，可以在选型过程中多加考虑。
3.2 服务问题
伴随工业产品的集成化和打包服务趋势，DCS厂家提供全面解决方案（Solutions）成为较为流行的做法，全面解决方案虽然便利了用户，提升了效率，但与此同时，由于全面解决方案中包含了多项软技术，也对DCS厂家和系统集成商的服务提出了更高的要求。
对某一具体工程项目来说，DCS系统的服务贯彻了项目实施前、实施中、实施后等各个环节，基于DCS系统具有较高的技术含量，项目实施前，应做好方案认证、产品报价、技术谈判；项目实施中，应做好硬件方案确认、系统软件组态的编制和键入生成，并在合同中给出针对专业技术人员的培训，在DCS系统到货后，提供开箱验收、现场安装、通电验收、静态连调、顺序控制、逻辑关系确认等服务；项目投运后，提供无偿的延伸至保质期内的维修服务，和日常运行中的有偿维修服务、Intermet网络远程服务等。目前，国内的DCS厂家在技术服务水平上还存在差距，应该迎头赶上。
4 DCS系统未来的发展趋势
近年来，随着FCS等新型工业级系统的兴起，DCS系统应用也面临更多的挑战。不可否认的是，DCS系统仍是目前我国工业自动化领域的主流系统，技术相对成熟稳定，不会随着现场总线技术的出现而立即退出现场过程控制的舞台。在新的发展形势下，DCS系统未来的发展趋势体现在：
4.1 综合化：通过综合化的数据通信技术，构建集成了标准化数据、单（多）回路调节器、PLC、工业PC、NC等工控设备的大系统，满足开放式的工厂自动化系统要求，使得DCS系统在一般情况下具备综合化功能和更强的普及性。
4.2 智能化：通过数据库技术、智能通讯技术建立知识库系统（KBS）和专家系统（ES），实现DCS系统的自学习控制、远距离诊断、自寻优等人工智能功能。目前，各类智能设备如智能I/O、PID控制器、传感器、变送器、执行器、人机接口等已经在DCS系统相继应用。
4.3 工业PC化：目前，很多DCS系统已经广泛使用PC机作为DCS系统的操作站和节点机，工业PC化已经成为DCS系统的一大发展趋势，基于IPC硬件平台的PC-PLC、PC-STD、PC-NC等技术不断发展，相关产品不断涌现。
4.4 专业化：为了提升DCS系统在各相应领域的应用广度和深度，更加贴近相应专业的工艺和应用要求，DCS系统应该充分结合各行业的具体特征，增强自身的专业化，例如，开发石化DCS、电力系统DCS、航空系统DCS等专业化系统。
5 结束语
DCS未来的发展趋势及其新产品的特点为：系统开放、管控一体化以及带有先进控制软件。DCS系统具有高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、高协调性、完善的控制功能、丰富的控制算法等优点，使得其在工业控制领域中得到广泛应用。DCS已广泛应用于各工业领域并趋于成熟，成为工业控制系统的主流。虽然以现场总线为基础的FCS系统发展很快，但其发展仍面临一些问题，如统一标准、仪表智能化等。而传统控制系统的维护和改造仍需DCS系统，因此FCS完全取代传统DCS尚需较长过程。
参考文献
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