1.6　主要DCS產品

1.6.1　國外主要DCS產品

1.6.1.1　Foxboro的DCS

I/ASeries系統是美國Foxboro公司推出的開放式智能DCS控制系統，也是目前使用64位工作站和全冗余的高標準DCS控制系統。系統的構成包括過程控制站（CP）、過程操作站、工程師工作站、應用計算處理站、信息管理站和通訊系統。I/A的工程師站與操作站使用了SPARC技術。X-ystem作為操作平臺。通訊系統為1:1冗余的高速節點總線，過程I/O卡全部為光電隔離和變壓器隔離型，可執PLC和編程控制、事故追憶等控制。

I/ASeries的最大特點是開放，在系統與MIS通訊這一層上，不論是51系列還是70系列，都可以非常方便地和工廠信息網進行通訊。它采用了標準的通訊協議，可以方便地與管理網以高速率傳送實時和歷史數據，以及實時的過程操作畫面。

I/ASeries系統處理機組件通過節點總線（NODEBUS）相互連接，形成過程管理和控制節點。每一個組件也可通過一根或多根的通訊鏈路與外圍設備或其他類型的組件相連。節點總線為I/ASeries系統中的各個站（控制處理器，操作站處理器等）之間提供高速，冗余的點到點通訊，具有優異的性能和安全性。與主要設計成處理連續量，反饋類型的控制回路的DCS不同，I/ASeries設計成用來滿足全部測量和控制需求。系統提供的綜合控制組態軟件包用于處理一個公共的，基于對象的智能測量值和連續控制，順序控制和梯形邏輯控制。

使用久經考驗的各種控制功能塊算法。包括為了幫助用戶使最難對付的回路處于控制之下，I/ASeries系統使用了基于專家系統的EXACTPID參數自整定和多變量EXACTMVPID參數自整定等先進控制算法的專利。有專用于脈沖/數字信號控制開關閥、電動閥和其他執行器的控制模塊，還有為了對付在過程中會碰到的長遲滯回路，系統中還提供了SMITH預估算法。

Invensys最新ArchestrATM結構確保系統可伴隨用戶的需求而增長，并準許融入各種第三方解決方案，用于未來提升用戶工廠的生產力。ArchestrA將Invensys系統、第三方設備和用戶的應用程序整合為一體，將當前與未來的應用都嵌入到同步的工廠級應用模式中，并且鼓勵其正在進行的改變與提高，它包含了一整套獨特的新穎成套工具與新式應用基礎服務，允許迅速生成新的應用程序、產品以及服務。

InvensysA2自動系統基于Wonderware產品的人機界面，系統可升級的開放系統設計與嵌入式基于目標的OPC接口，可使用戶編程、工程設計或觀察其他Invensys儀表，或集成第三方產品，滿足操作、維護和工廠管理甚至連接到IT系統上的需求。

1.6.1.2　DeltaV的DCS

PlantWeb（Emerson Process Mangement）是Emerson提出的用于過程管理的數字化工廠架構，其中DeltaV作為PlantWeb中的核心組成部分，提高可靠的數字化工廠過程控制系統。DeltaV系統是Fisher-Rosemount公司于1996年開始推出的現場總線控制系統，DeltaV在兩套DCS系統（RS3、PROVOX）的基礎上，依據現場總線FF標準設計出的兼容現場總線功能的全新控制系統，它充分發揮眾多DCS系統的優勢，如：系統的安全性、冗余功能、集成的用戶界面、信息集成等，同時克服傳統的DCS系統的不足，具有規模的靈活可變、使用簡單、維護方便的特點。

DeltaV系統的控制器和工作站一般配置2個以太網接口，在控制器和工作站之間可采用冗余網絡結構，以保證數據傳輸的可靠性。在業界的同類產品中，DeltaV系統在其控制層較早的使用了最近才開始流行的以太網結構和TCP/IP協議。在DeltaV系統I/O子系統中包括現場總線接口卡（FF的H1和HSE），每塊現場總線接口卡可以連接32個底層的現場總線設備，如傳感器、執行器等。DeltaV過程控制系統的技術特點：

①開放的網絡結構與OPC標準；

②基金會現場總線（FF）標準數據結構；

③模塊化結構設計；

④即插即用、自動識別系統硬件，所有卡件均可帶電插拔，操作維護可不必停車；同時系統可實現真正的在線擴展；

⑤常規I/O卡件采用8通道分散設計，且每一通道均與現場隔離。

1.6.1.3　ABB的DCS

ABB公司開發的Industrial IT分為控制IT、操作IT、信息IT，Industrial IT的核心是AC800系列控制器和相應的I/O，系統支持現場總線，如Profibus。提供了多種選擇的Industrial lT800xA控制和I/O產品，能夠滿足制造和加工過程中控制需要。ABB控制器備有軟件庫，其中包括豐富的預定義、用戶自定義控制元素，據此可針對任何應用要求，輕松設計出從簡到繁各種控制策略（包括連續控制、時序控制、批量控制和先行控制）。

ABB控制器在設計上從始至終都借助了工業標準現場總線和開放式通訊協議的強大能力，并以此提供了全系列工業I/O供遠程和就地安裝之用，這些I/O模塊占用面積小，可在導軌上安裝，并有廣泛的I/O類型（包括本安I/O）。采用了模塊化設計的AC800M控制器和相關的I/O選項，對小型混合系統與集成的大型自動化應用同樣有效的子系統模塊化設計，允許用戶按照實際需求靈活地選擇具體功能。而采用同樣的基本硬件提供了多種多樣的中央處理單元（CPU）、I/O、通訊模塊和電源選項，從而在功能性、性能和尺寸等方面也提供了靈活性。800xA控制器和I/O采用了一整套完善的自我診斷功能，有助于降低維護成本。所有模塊都配備了前面板LED顯示器，顯示故障和性能降低情況。系統支持若干通訊和I/O模塊。

1.6.1.4　Honeywell的DCS

Honeywell公司推出的過程知識系統（簡稱EPKS系統）是與A2同時代的產品，控制器采用C200，與原來的TSP系用的控制器有很大的差別，C200控制器既能連接插件式I/O，也能連接導軌式I/O，同時支持基金會現場總線，采用的軟件可以嵌入VB語言，支持ActiveX，它是一體化的混合控制系統，是世界上第四代DCS控制系統的代表，其核心是基于開放且功能強大的Microsoft公司的2000服務器/客戶系統。它由高性能的控制器，先進的工程組態工具，開放的控制網絡等構成先進的體系結構。

硬件配置EPKS系統的核心部件是混合控制器（簡稱C200），包括電源、機架、控制處理器模件（CPM）、控制網絡通訊模件（CNI）、以太網接口模件、輸入輸出模件和可選的冗余模件（RM）、電池擴展模件（BEM）等組成。所有模件都支持帶電插拔，且適應惡劣的生產環境。C200適用于廣泛的工業應用，包括連續過程、批量過程、開關量運算以及機械設備控制等各類型的控制。對于要求將調節控制、快速邏輯控制、順序控制以及批量控制諸應用一體化的集成應用，C200是理想的控制器。

1.6.1.5　西門子DCS

德國西門子公司的SIMATIC PCS7——全集成自動化的過程控制系統，通過全集成自動化（TIA），實現了基于單一平臺提供用于所有過程自動化應用的統一自動化技術的目標。這種統一的自動化技術還可用于優化一個企業的所有業務流程，從企業資源計劃（ERP）級，到管理執行系統（MES）級和過程控制級，直到現場級。通過將自動化平臺連接到IT環境，可以將過程數據在整個公司范圍內應用于設備運行、生產流程以及商務流程的評價、規劃、協同和優化。同時，還可滿足全球化公司的分布式生產的地域要求。

（1）PCS7系統結構。SIMATIC PCS7的內部通信采用SIMATIC NET網絡部件，基于全球標準，采用開放性的通信理念，可保證工廠中所有層級和位置的可靠數據傳送。所有SIMATIC NET產品都專為工業應用開發，適合用于所有工業領域和工廠。網絡部件可滿足最高的應用要求，尤其是易遭受外部影響的應用領域。

（2）PCS7的通信。STMATIC NET總線更是實現了所有系統部件之間的統一、無故障通信，包括工程師站和操作員站通信，自動化系統內部通信，I/O和現場部件通信。ST-MATIC NET系統是一個典型的自動化系統，具有三級網絡結構：現場設備層網絡、單元層網絡及管理層網絡。

①現場設備層：現場設備層的主要功能是連接現場設備，例如分布式I/O、傳感器、驅動器、執行機構和開關設備等，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站（PLC、PC或其他控制器）負責總線通信管理及與從站的通信?？偩€上所有設備生產工藝控制程序存儲在主站中，并有主站執行。西門子的SIMATIC NET網絡系統將執行器和傳感器單獨分一層。

②車間監控層：車間監控層又稱單元層，用來完成車間管理人與生產設備之間的連接，實現車間級設備的監控。車間級監控包括生產設備狀態的在線監控、設備故障報警及維護等，通常還具有諸如生產統計、生產調度等車間級生產管理功能。車間級監控通常要設立車間監控室，有操作員工作站及打印設備。車間級監控網絡可采用Profibus-FMS或工業以太網，Profibus-FMS是一個多主網絡，這一級數據傳輸速度不是最重要的，但是應能傳送大容量的信息。

③工廠管理層：車間操作員工作站可以通過集線器與車間辦公管理網連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為工廠主網的一個子網，通過交換機、網橋或路由器等連接到廠區骨干網，將車間數據集成到工廠管理層。工廠管理層通常采用符合IEC 802.3標準的以太網，即TCP/IP通信協議標準。廠區骨干網可以根據工廠的實際情況，采用FDDI或ATM等網絡。

（3）SIMATIC PCS7的特點

①優勢：借助于其創新性的理念、基于最先進SIMATIC技術的模塊化和開放式架構、工業標準的繼承性使用以及配合使用的高性能控制功能，使用過程控制系統SIMATIC PCS7，可以實現所有項目階段中控制技術設備的高性價比實現和經濟運行，從規劃、工程、調試和培訓，到運行、維護和保養，直到擴展和完善。

②一致而協同的完整系統：作為現代化的過程控制系統，SIMATIC PCS7系統可單獨使用，也可與運動控制系統和SIMATIC結合使用，形成一個通用而協同的完整系統。隨著對無縫通用自動化技術要求的不斷提高，競爭和價格壓力的不斷增大，SIMATIC PCS7系統的優勢越來越明顯。隨著復雜性的日益增大，尤其是自動化技術與信息技術的融合，通用系統平臺的縱向和橫向集成，實現所謂的“Best-of-Class產品”自動化解決方案。采用全集成自動化理念的SIMATIC PCS7系統即可最佳滿足這種高要求。

③靈活性和可擴展性：借助于其模塊化和開放式結構，基于甄選的SIMATIC標準硬件和軟件部件，SIMATIC PCS7可以靈活適配各種小型和大型工廠規模。其易于擴展或系統改進的特點，使得用戶可以從容應對其生產要求。SIMATIC PCS7可從一個小型單一系統（由160個過程對象組成，包括電動機、閥門、PID控制器），到具有60000個過程對象客戶機-服務器結構的分布式多用戶系統，例如用于大型生產工廠的自動化系統或設備工段。

④面向未來：SIMATIC PCS7基于全集成自動化系統系列的模塊化硬件和軟件部件，可以相互完美協同。該系統可以無縫、經濟地進行擴展和創新，通過其長期穩定的接口，而面向未來。因此，盡管創新速度越來越快，生產壽命周期越來越短，仍能保護客戶的投資。SIMATIC PCS7采用連續性強、全新、功能強大的先進技術以及國際工業標準，例如IEC、XML、Profibus、以太網、TCP/IP、OPC、@aGlance、ISA S88或S95。SIMATIC PCS7的開放性更是使其可以運行在所有平臺和自動化系統以及過程I/O中，以及操作員和功能系統、工業通信或SIMATIC IT Framework，并以連接到公司范圍內的信息工具、協同工具、規劃工具。其開放性不僅表現在系統架構上，縱向繼承和橫向集成以及通信上，而且還表現在用戶程序的編程和數據切換接口，圖形、文本和數據的導入導出，例如從CAD/CAE環境中導入和導出數據。由此，SIMATIC PCS7系統也可以與來自其他制造商的部件一起使用，連接到現有基礎構架中。

1.6.2　國產DCS產品

現在，國內陸續地出現了很多DCS生產廠家，就銷售量和性能而言，以杭州和利時、浙大中控、浙江威盛三個品牌的產品最引人注目。

（1）和利時DCS。和利時公司于1992年開發出第一代DCS系統HS-DCS-1000系統，1995年推出HS2000系統（采用智能I/O結構、部分實現IEC1131-3標準功能），1999年推出MACS系統，2002年年初推出第四代DCS-MACS-Smartpro（智能過程系統）。Smartpro系統充分體現信息管理功能和集成化，系統采用了三層網絡結構。其中，高層網絡以服務器為中心，可以支持各種管理功能，并且，和利時自己也開發了一些適合中小型企業的管理軟件平臺。

HS2000ERP、進銷存平臺、RealMIS平臺、Web服務能源管理（應用于冶金企業）等。其中RealMIS已取得廣泛應用。此外，該系統支持開放數據接口標準，支持OPC、ODBC、DDE、COM/DCOM、OLE、TCP/IP等協議，可以方便地連接第三方的管理軟件。采用完全符合IEC 61131-3全部功能的控制組態軟件。它的HMI軟件既可以采用和利時自主知識產權的FOCS軟件平臺，也可以采用通用的如CITECT等軟件平臺。系統的硬件除了可以集成和利時I/O模塊外，還可以集成其他PLC、RTU、FCS接口、無線通信，變電站數據采取與保護、車站微機連鎖等，以及各種智能裝置。Smartpro系統現場控制單元采用分散化的智能小模塊，可以實現完全分散。模塊之間采用Profibus-DP現場總線連接。

此外，Smartpro在現場級還可以支持架裝的I/O組件、現場總線系統、各種規格（大、小、中、微）型的PLC。而且，Smartpro的智能I/O單元本身全部隔離，而且可以做到路路隔離。針對不同的行業，基于Smartpro系統有幾個專用應用平臺，例如核電控制系統，火力發電控制系統，化工過程控制系統，水泥生產控制系統，造紙集成控制系統等。

（2）浙大中控DCS。國產DCS的開發時間是在20世紀90年代中期，當時進口DCS的封閉弊病已經顯露出來，國際上已經將以太網引入工業控制。國產DCS是在更高的起點上開始開發的，尤其是通信網絡上采用開放結構。如浙江中控的JX300XP、JX500系統、和利時的MACS、新華的XDPS-400等系統在控制器和人機界面的連接都采用以太網。數據的傳送遵循TCP/IP和UDP/IP。

WebFieldJX-300XP是浙大中控在基于JX-300X成熟的技術和性能的基礎上，推出的基于Web技術的網絡化控制系統。WebFieldJX-300XP系統采用三層網絡結構：

第一層是網絡信息管理網Ethernet（用戶可選）采用以太網絡，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現全廠綜合管理的信息通道。

第二層網絡是過程控制網SCnetll連接了系統的控制站、操作員站、工程師站、通信接口單元等，是傳送過程控制實時信息的通道。

第三層網絡是控制站內部I/O控制總線，稱為SBUS控制站內部I/O控制總線。主控制卡、數據轉發卡、I/O卡件都是通過SUBS進行信息交換的。SBUS總線分為兩層：雙重化總線SBUS-S2和SBUS-S1網絡。主控制卡通過它們來管理分散于各個機籠內的I/O卡件。

JX-300XP最大系統配置為：15個冗余的控制站和32個操作員站或工程師站，系統容量最大可達到15360點。系統每個控制站最多可掛接8個IO機架。每個機架最多可配置20塊卡件，即除了最多配置一對互為冗余的主控制卡和數據轉發卡之外，還可最多配置16塊各類I/O卡件。在每一個機架內，I/O卡件均可按冗余或不冗余方式任意進行配置。