工控核心DCS集散控制系统如何实现高可靠性

电子发烧友网报道（文/李宁远）在工业自动化行业，控制总是一个离不开的话题，如可编程逻辑控制器PLC。和可编程逻辑控制器PLC类似，分布式控制系统DCS也是工控行业里一大核心控制系统。
 
随着电子技术的发展，现在DCS和PLC的区别可以说是越来越模糊，尤其是接口层面几乎类似，但二者还是有着本质上的不同。
 
多回路过程控制核心系统—DCS
 
上世纪70年代，计算机技术开始发展，原本使用一台大型计算机完成的控制任务可以由几十台微处理器解决，大大提高了系统的容错率，至此DCS诞生。
 
DCS在工控行业也被称为集散控制系统，是在集中式控制系统的基础上发展而来的。DCS系统通过通信网络将分布在工业现场附近的控制中心连接起来，以完成对现场设备的分散控制和集中操作管理。
 
DCS系统更倾向于过程控制，这是和PLC偏向于逻辑控制不一样的地方。在工厂的生产过程中，DCS可以有效地对现场参数进行检测和控制，虽然现在的PLC也能将过程控制处理得很好，但是在过程控制的专业性上，尤其是多回路里，DCS无疑是更高的。
 
再者，PLC只是一个现场控制装置，而DCS是一个控制系统，可以实现任何设备的功能和协调。
 
目前，对于小型设备来讲，PLC系统可能是最划算的，但DCS系统则提供了更具经济性的可扩展能力，更可能在整个工厂的生命周期获得较高的回报。更具体一点来说，如果对I/O点的需求不算多，PLC会更适合，而在大型应用中，DCS系统全局数据库的优势更易于管理和升级，在全局控制上更合适。
 
DCS可靠控制与通讯
 
从DCS的组成来看，控制器、I/O模块、操作站、通讯网络和软件部分组成了完整的DCS系统。其处理流程大致为从现场控制级过程控制级，再到过程管理级最后到经营管理级。
 
现场控制级的设备是各类用于采集现场数据的装置，比如常见的电机、温度传感器、湿度传感器、执行器等等现场设备。这一过程主要是对现场过程中的变量进行数据采集，也会对采集后的数据进行一部分预处理。
 
到过程控制级这一阶段，是DCS的核心，整个生产工艺的调节都由此部分实现。过程控制部分的核心设备是现场控制单元，也就是控制器。DCS控制器的组成和PLC控制器没有区别，由CPU、RAM、F2PROM等器件组成再加上冗余数字和模拟I/O。
 
硬件上CPU，I/O模块这些功能模块的器件选择差异不大，区别在于控制器内的算法组合会不一样。
 
DCS的控制器和大型PLC一样，往往会选择MPU或者MCU加上FPGA来进行处理。此外，PLC在不是高可靠性要求的场合，不一定会冗余CPU和电源，DCS则不一样，冗余CPU及电源是必备的。
 
通信部分分为几个层次，I/O部分的通讯、控制器之间的通讯以及整个DCS网络间的通讯。三个部分的协议要么采用工业以太网要么由厂商自行开发专用协议。总的拓扑结构无非是环型（总线型）和星型。星型的网络覆盖面比较小，比较少见。
 
在通讯部分，同样有冗余的校验。数据传输过程中DCS会采用循环的冗余校验进行验错和纠错，保证当有结点存在故障时，信息能够可靠地继续传输。
 
写在最后
 
近几年，DCS的产品价格整体呈下降趋势，这和国产工控品牌的蓬勃发展密切相关，我国DCS本土品牌中控技术、和利时已经可以和艾默生、ABB、西门子、霍尼韦尔和日系横河电机等传统DCS厂商抗衡。
 
与PLC侧重于局部逻辑控制相比，DCS在模拟量上的控制更胜一筹，DCS系统更强的数据传输和管理能力在大型工控应用中有着广泛的应用，是近年来工控领域大力推动国产化发展的核心设备。