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发表人：斑竹 |
发表时间：2016/1/3 11:20:00 |
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| 本栏论题： |
国内外主要DCS品牌实力对比分析研究 [2816] |
20世纪70年代，世界经济的快速发展使得人们对消费品的需求也随之增长。这就要求必须建立更大的生产能力，生产装置大型化是迅速提升生产能力的有效途径。在此背景下，石油炼制、冶金、化工、建材、电力、水处理等行业的单装置能力得到了迅速提升。生产装置的大型化要求设备之间具有更好的协调性，因为一旦停机，带来的损失将会更大。因此，用户迫切希望能够有一种产品或者系统可以解决生产装置大型化和生产过程连续化所面临的控制问题。20世纪70年代中期，大规模集成电路取得突破性的发展，8位微处理器得到了广泛的运用，使自动化仪表工业发生了巨大的变化，现代意义上的DCS也应运而生，1975年Honeywell推出了第一套DCS系统。
DCS的出现解决了大型化生产对控制系统的要求，因此在连续性生产装置上获得了大量的运用，尤其是石化、化工、冶金、电力、建材、造纸和水处理等流程工业领域，这些行业的单套装置生产能力也得到迅速提高。在工业企业中，应用效益最直接、最明显的系统应当是工业控制系统，特别是DCS。一直以来，有关DCS即将被FCS(现场总线控制系统)所取代的声音就没有停止，然而直至今日，DCS仍然具有相当的生命力。2005年，标志着DCS系统进入工业应用30周年。
过去30年中DCS发展正好反映了过程自动化从专用技术和封闭系统走向商业化组件、标准现场网络和基于的操作系统。今天，DCS的结构体系已经从以系统为中心发展为业务过程为重点，并帮助过程行业获得卓越的运行效率。
DCS主要供应商及其产品
目前世界上大约有十几个国家，共有60多个公司推出自己开发的DCS系统，型号众多，自成一体，用途也各有侧重。我国从20世纪70年代中后期起，首先在大型进口设备成套中引入国外的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。现在中国市场上的DCS供应商近20家，可分为欧美品牌、日系品牌、国内品牌几个集群。最早进入中国市场的是日系品牌的Yokogawa，其Centum系列早在20世纪80年代我国即已大量引进，同期引进的还有美国Honeywell公司的TDC系列DCS系统。
随着世界各国DCS厂商纷纷推出自己开发的DCS系统，在我国供应的DCS品牌也越来越多，近几年，ABB、Emerson、Invensys、Siemens生产的DCS系统在各自侧重的不同行业都有广泛应用。在大量引进国外DCS的同时，我国也开始自己研制和设计DCS系统。为了发展自己的DCS，政府规定国外的DCS厂商必须在本地有合作伙伴，这给早期的国内DCS厂家的成长和逐步壮大创造了机会。经过近30年的努力，国内已有多家生产DCS的厂家，其产品应用于大中小各类过程工业企业，其中和利时、浙大中控、国电智深3家已具有相当规模。不过目前国外DCS产品在国内市场中占有率还比较高，从数量来说以采用Honeywell、Yokogawa、ABB等公司产品为多。
DCS系统技术分析
从不同方向发展起来的DCS在结构上、软件方面有些区别。仪表背景的公司开发的DCS控制器的软件部分比较符合仪表工程人员应用的习惯，如Honeywell公司的TDC2000、Bailey公司的N90、Yokogawa公司的YEWPACKMARKII，特别是组态方式比较方便。传动公司设计的DCS更象PLC系统，如WestingHouse公司开发的WDPFI系统，其输入输出卡就是可编程的NL系列的采集卡。计算机背景出身的公司设计的DCS的人机界面比较友好，通讯网络比较先进，如MeasuresVision2002Network。从DCS控制站、操作站、数据通信及网络几方面来看，各大DCS厂商推出的系统存在着共同点。
1.DCS控制站
DCS系统中，控制站是一个完整的计算机，实际运行中可以不与操作站及网络相连的情况下，完成过程控制策略，保证生产装置正常运行。它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备，以及过程输入/输出(PI/O)。关于DCS控制站的系统软件，原则上也有实时操作系统、编程语言及编译系统、数据库系统、自诊断系统等，只是完善程度不同而己。
目前多数DCS控制站的系统软件齐全，操作站或工程师站可以完成离线组态及在线修改控制策略。为了完成控制策略，目前典型的功能模块有50多种，这是DCS厂家的专有技术。对于顺序控制和批量控制组态编程，各种DCS控制站采用不同的方法，直到近年来才向IEC61131-3编程语言标准靠拢。中小型DCS控制站，多数以控制16-32回路为限并支持分布式拓扑结构。目前小型DCS所占有的市场，已逐步与PLC、IPC、FCS共享。
2.DCS操作站
DCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用(Utility)功能。实际的DCS操作站是典型的计算机，它与控制站不同，有着丰富的外围设备和人机界面。目前大多数DCS操作站已采用高档工控机，操作系统，客户机/服务器(C/S)结构，DDE(动态数据交换)或OPC(用于过程控制对象链接嵌入)接口技术，以太网接口与管理网络相连。在采用通用监控图形软件(如iFIX、Intouch等)这一点上，和DCS厂家做法不一，有的以此为平台，形成“软DCS”操作站，这多用于中小型DCS，或以此类软件为核心，进行二次开发;大多数DCS厂家对原来的组态软件进行改造，使之符合上述特点，满足系统开放要求。
3.数据通信及网络
现代DCS通信功能的发展是与全厂管理网络(以太网)技术相融合，逐渐实现通信网络由多重结构向扁平化过渡，第四代DCS的通信系统特点是具有开放性。过去各DCS厂家都以专利形式发表(或购买)DCS通信技术。因为数据通信标准牵涉到网络结构、通信介质(信道)、通信协议、不同用户行业的行规等方面，所以到现在也没有工业(或过程工业)网络的完整的统一标准。当然目前IEEE802.4令牌总线传输方式和IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广;国际标准化组织(ISO)提出的开放系统互联(OSI)参考模型即ISO/OSI7层模型，规定了通信过程分段和网络功能分层，这是们讨论DCS通信标准化或开放性的共同语言。
在DCS中采用数字通信技术、在控制站内采用站内通信总线及远程I/O总线，以及在第四代DCS的控制站内增加了连接PLC、分析仪和现场智能仪表的接口卡，使DCS与现场仪表之间的接线减少，并对现场仪表进行设备管理，这为DCS向下兼容并与现场总线通信技术融合打下基础。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不同，I/O板的差别在于智能化和非智能化，但是控制器读取所有I/O数据都必须在1s内完成一个循环;操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件，操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象;差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据实验，其速度要相差七八倍。实践证明，采用通用软硬件比DCS厂商开发专用软硬件更能提高整个系统的稳定性、开放性。多数DCS厂商自己已经不再开发组态软件平台，而转入采用兄弟公司(如Invensys用Wonderware软件为基础)的通用组态软件平台，或其他公司提供的软件平台(Emerson用Intellution的软件平台做基础)。此外，多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式(Invensys采用Eurothem的I/O模块，横河的R3采用富士电的Processio作为I/O单元基础，Honeywell公司的PKS系统则采用Rockwell公司的PLC单元)作为现场控制站。
DCS主要品牌系统分析
随着计算机技术的发展，用户需求的不断提高，以Honeywell、Emerson、Invensys、Yokogawa、ABB为代表的DCS厂商纷纷提升其DCS系统的技术水平，并不断丰富和完善DCS功能。下面以Honeywell公司ExperionPKS(过程知识系统)，Emerson公司PlantWeb(EmersonProcessManagement)，Invensys公司A2，Yokogawa公司R3(PRM-工厂资源管理系统)，ABB公司IndustrialIT等系统为标志的第四代DCS系统，以及Invensys公司I/ASeries等第三代DCS系统为例分析各系列DCS系统的性能和特点。
Honeywell公司推出的过程知识系统(简称EPKS系统)是与A2同时代的产品，控制器采用C200，与原来的TPS系统用的控制器有很大差别，C200控制器既能连接插件式I/O，也能连接导轨式I/O，同时支持基金会现场总线，采用的软件可以嵌入VB语言，支持AciveX，它是一体化的混合控制系统，是世界上第四代DCS控制系统的代表，其核心是基于开放且功能强大的Microsoft公司的2000服务器/客户系统。它由高性能的控制器，先进的工程组态工具，开放的控制网络等构成先进的体系结构。
硬件配置EPKS系统的核心部件是混合控制器(简称C200)，包括电源、机架、控制处理器模件(CPM)、控制网络通讯模件(CNI)、以太网接口模件、输入输出模件和可选的冗余模件(RM)、电池扩展模件(BEM)等组成。所有模件都支持带电插拔，且适应恶劣的生产环境。C200适用于广泛的工业应用，包括连续过程、批量过程、开关量运算以及机械设备控制等各类型的控制。对于要求将调节控制、快速逻辑控制、顺序控制以及批量控制诸应用一体化的集成应用，C200是理想的控制器。
网络架构
⑴一体化的网络支持
①Ethernet：为保证系统统的可靠性，在系统服务器和操作站之间，网络的冗余采用的是Honeywell专利技术-容错以太网FTE(FaultTolerantEthernet)提供了可靠的100Mbps高速以太网络。FTE采用的是单一网络结构，切换时服务器和操作员站不需要重新连接网络，因此切换的速度很快，约1s，这样大大减少了网络的故障率。普通的以太网节点(非容错以太网)也能连接到FTE网络上，同样比连接到常规的冗余以太网有更可靠的通讯环境。
②ControlNet：ControlNet是开放的网络，由ControlNet国际组织制定技术规范，其数据传输速率为5Mbps，可以选择单或冗余的网络介质，并且提供实时确定性的数据传递。每个监控/对网络段支持10个控制器或10对冗余配置的控制器，每个C200控制器可以通过I/O子网连接最多8个I/O机架、64个I/O模件，一个I/O模件还可通过现场终端元件FTA连接8～32路不等的现场接线FieldWiring。显而易见，EPKS系统规模是相当庞大的。
③I/ |
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