DCS简介

我国DCS市场概况及发展趋势

一我国DCS市场概况

1 我国2002年DCS市场销售收入为23～26亿元人民币。

我国DCS产量比2001年增长了20%。由于国产DCS的快速发展，使DCS的平均价格有所下降，因此销售额的增长没有产量增长率高。但总体上，国产系统和进口系统都得到很大的发展。

值得注意的是，我国加入WTO后，DCS的进口量猛增。2002年以DCS 的名称报关的系统达到1509套，价值15372万美元，比2001年增长46.5%，对国内的DCS市场产生一定的冲击。

目前我国市场上DCS的主要供应商有十多家，它们所占市场份额如图1所示。

2 具有自主知识产权的国产品牌DCS的市场占有率，销售收入已经接近总额的30%，项目数已经接近50%。

以新华控制工程有限公司、北京和利时系统工程股份有限公司和浙大中控为代表的我国具有自主知识产权的DCS供应商都是在大学或科

研院所创办企业的基础上发展起来的，人才资源比较丰富。在体制上都实行了股份制或合资形式，有较好的运行机制。大体上在1998年左右开始推出自行研制开发的DCS，依靠自身产品的质量、功能，良好的服务以及低廉的价格，逐步取得用户的信任，打开了市场。2001年以前，每年的增长率都将近100%，近两年增长率也达到60%～70%。它们的出现打破了DCS被国外产品垄断的局面，而且，迫使国外产品降低价格，为国家和广大用户节约了大量的资金。以火电站控制系统

为例，80年代1台三十万千瓦机组的DCS要支付几百万美元，而现在同样的费用可以装备3～4台，而且功能更加完善。目前国产DCS 已经越过了只与国外系统打价格战的阶段，随着DCS和IA技术的发展，国产DCS也都已经更新了好几代，并且开始在系统功能、应用软件、开放性等方面与国外系统进行竞争，在某些领域取得了可观的业绩。

3在国民经济各主要领域中DCS的使用已经十分普遍。大型工程的DCS基本上还是由国外系统垄断，而在中、小工程和某些市场细分中，国产DCS已经占有优势。

目前我国国民经济的主要领域使用DCS已经十分普遍，不但大型、中型工程项目采用，不少小型项目也开始采用。DCS现在是流程工业自控系统最主要的产品。各经济领域采用DCS按销售额的比例（2001年）

4石化是DCS使用比较早和普遍的领域。根据2001年的数据，石化领域采购DCS的金额占总金额的13.6%。该领域的几乎全部大型工程都是采用国外系统。除了DCS本身的硬软件外，中石化系统还大量采购美国Honeywell等公司的优化软件，以提高生产效率。

最近，由BSF、美国壳牌等跨国集团在中国兴建或合建的大型石化工程，据报道也都是全部采用国外系统。在石化领域的DCS中Honeywell公司、日本横河电机株式会社在市场上处于领先地位。

化工领域也是DCS的主要应用领域，大约占总金额的20.3%。从

1981年引进第一套日本横河的DCS到2000年，共使用了国内外系统1378套。在化工领域国产DCS已经取得较大的业绩。浙大中控的DCS每年在化工领域的项目数达到250套左右，该公司所开发的优化软件已经在现场应用，得到用户的肯定。浙江威盛公司在炭黑、小聚酯等领域市场占有率很高，每年向这些领域提供近50套系统。但该领域销售额最高的目前还是日本横河，其次是浙大中控、Honeywell、Emerson以及北京和利时等公司。

火电站是DCS的大用户，每年占DCS市场总额的34.9%（含核电和热电系统）。现在除60万千瓦机组和部分30万千瓦新建机组外，30万千瓦改造机组和30万千瓦以下的所有机组已经大量采用国产DCS。原电力部根据当时情况在大型机组中只准使用8家国外产品的规定，已在2002年取消。在“西电东送”工程中，北京和利时与新华在新建30万千瓦机组招标中双双中标。2002年11月新华在妈湾电厂新建30万千瓦（5#机组）已经成功投运，国内首次实现了机、炉、电及公用设备控制系统一体化。与妈湾电厂前两期工程采用Beilay的Info-90系统以及ABB的Procontrol-P系统相比，有显著的优势。北京和利时公司在火电站的中小机组自控系统领域中市场占有率比较高，做出了卓越的成绩。目前从销售额统计，市场领先的是ABB、新华与和利时，其次是Invensys和Siemens公司。

冶金领域近几年随着本领域技术的发展以及由于该行业自身对控制技术的特殊要求，DCS的使用量正在逐步减少，被PLC系统所替代。

目前DCS的金额大约占总金额的12%。ABB和Siemens在冶金领域名列前茅。

食品行业以酿酒行业使用最多，Siemens由于与丹麦一家啤酒厂合作开发了一套专用系统，在中国市场占有率最高。其次为Honeywell。造纸行业的DCS多与主设备一起进口，芬兰的Mesto是一家造纸设备供应商，同时又有自己的DCS，其他如ABB，Honeywell、横河等在造纸行业都有丰富经验，所以几乎为国外系统垄断。特别是水份定量控制系统，国内尚未掌握这项技术。

其他如水泥、热网管道、输气管线、净水和污水处理等领域，近年来都已经成为DCS新的增长点。但与PLC系统的竞争十分激烈。

二 DCS市场的变化动向及其相关因素

1 技术发展使DCS市场面临新的挑战

近几年，DCS本身的技术以及相关技术都有了很大的发展，从而使DCS 市场面临新的挑战。其中，影响比较大的有DCS自身的技术、PLC和IPC技术以及现场总线技术。

1.1 DCS自身的技术因素

作为DCS基本体系结构本身所涉及的技术已经非常成熟。

随着用户对应用软件的开发越来越熟悉，DCS的制造商逐步演变为仅仅是硬件和系统软件的供应商，价格越来越透明，利润空间越来越薄。为此，世界上各大DCS制造商都在将DCS自身的技术进一步“向上”和“向下”拓展。

所谓“向上”，是指对DCS收集的现场数据，利用先进的数据库技术、

通讯技术，结合用户的工艺实际作进一步的深度加工，从而为用户提供更大的增值作用。现在各家DCS通常采用的有以下几种途径：一种是提供针对某些工艺流程的优化软件，可以使用户提高生产效率；另一种是增加功能，例如增加设备维护功能，更加细致地分析设备的热应力，机械故障状态，通过监测设备的运行状态来判断设备是否需要维护，减少意外停车，提高设备的利用率；还有一种方式就是与用户的管理结合起来，参与用户的全厂信息系统。例如提供CIS（实时信息监控系统）、ERP等软件，帮助用户提高管理水平。

所谓“向下”，是指结合当前现场总线技术的发展和具有现场总线通讯功能的现场仪表不断涌现的趋势，开发出针对各种现场总线通讯协议的现场接口。这时，DCS与现场仪表之间不是仅仅测量数据的传输，而且还要传输大量表达仪表状态、参数、管理等方面的信息，甚至要把简单的控制功能也“下放”到现场仪表中去。为此，DCS要增加大量与现场总线技术有关的通讯软件和组态软件。

通过技术上的拓展，DCS的应用必然要与用户的工艺、管理、生产结合得更加紧密，从而使DCS市场的内涵发生深刻的变化。

1.2 PLC系统和IPC技术

DCS还直接面临与PLC和PC-Based系统之间在性价比方面的挑战。过去，由于PLC的功能比较简单，基本只能用于离散系统的控制。过程控制领域是DCS的铁打江山。但随着计算机技术和通讯技术的飞速发展，PLC的功能迅速提高。因此在某些过程控制领域，特别是批量

控制功能要求较强的领域，PLC得到广泛的应用，逐步蚕食DCS传统市场。比较明显的如冶金行业，除了高炉控制外，转炉控制、联铸联轧等控制系统几乎都已经采用PLC。又如水处理行业，过去净水处理基本采用DCS，现在不论净水还是污水处理基本都采用PLC。

同样IPC技术在我国也得到较快的发展，特别在小工程项目和要求比较特殊的专用系统。这也挤占了DCS的一部分市场。

1.3 现场总线技术

DCS当前正面临着现场总线控制系统（FCS）技术的挑战。尽管现场总线的国际标准不理想，但是作为一种技术趋势已经是不可阻挡的了。目前各家公司都采用将自己的DCS和各种现场总线协议通过接口设备实现连接的过渡方式，虽然在一个系统里，同一种现场总线的不同厂家的现场仪表与DCS之间、不同类型现场总线之间的可互操作性问题还时有发生，但目前在国际上已经有超过4 000个系统在运行，有的系统达到1 000点以上的规模。在我国已经投运的现场总线系统也已经接近100个。可以说，它已经进入实用时期。总之，现场总线控制系统的实用化，将成为DCS未来的强劲对手。

2 全世界DCS供应商都瞩目中国市场，市场竞争将更加激烈。

DCS自1975年问世以来已经经过30年的时间。发达国家普及率已经相当高，且已超过产品生命周期的高峰期，进入衰减期。因此，销量逐年下降。加之，最近几年全球经济不景气，新建工程很少，改造投入也大幅度减少，使得DCS的市场十分萧条。在这种情况下，PLC和

IPC的竞争使DCS面临更大的困难。

面对如此形势，全世界的DCS制造商都看到中国的DCS市场仍处于上升和发展时期，而且有很大的市场空间。所以都将目光转向中国市场，展开激烈的竞争。从2002年DCS进口增长46.5%就可以看出。估计今后会更加剧烈。

值得注意的是，外国DCS厂商最近提出了一个新的概念：解决方案（Solution）。它是在“向上”发展的基础上继续向前发展的结果。DCS制造商不再把自己仅仅看作是DCS的供应商，而是针对用户的某一个项目或装置的控制问题，从控制方案的制定开始，包括系统集成、硬件采购、软件配置、现场调试、开车投运，直到验收，全过程都由其承包。它们既是咨询公司，又是供应商，还是系统集成商。这种做法既可以进一步满足用户的要求，同时也可以解决DCS目前价格过于透明，利润率低的问题。但是这将要求公司对用户的工艺

集散控制（DCS）技术集散控制（DCS，即Distributed control system，直译为分散控制系统）技术的含义是分散控制集中管理，DCS 是计算机技术、数字通讯技术和现代控制技术结合的产物，是信息时代的控制技术。

通常DCS系统的体系结构分为三层：现场控制级、集中操作监视级、综合信息管理级。DCS是面向整体，面向系统的控制技术，目标是整个系统的最优化控制，包括现场实时控制的最优化和综合信息管理的最优化。

EP谐波吸收装置在该系统中的作用引起关注。

控制系统其实从20世纪四十年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS 为代表，从七十年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从九十年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC 的控制系统等。

和最开始的工业控制系统比较起来，DCS系统将不同的控制任务按照一定的设计方案分别由不同的控制站控制，同时控制站之间通过通信网络连接，上层控制人员则又通过通信网络连接下层控制站，实现对现场情况的监视和控制。其优点在于，当一台控制站出故障之后，不会影响到其他控制站的运行，同时，控制站又是处于集中管理的状态，方便维护。

DCS值得详细了解一下，代表了控制系统技术主流：

首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速

率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS 均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。

DCS 系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。是完成过程控制、过程管理的现代化设备。

DCS 集散系统 : DCS 英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM , 中文全称为集散型控制系统。 DCS 可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散 , 而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。 DCS 系统一般由五部份组成： 1. 控制器； 2.I/O 板； 3. 操作站； 4. 通讯网络； 5. 图形及编程软件。

系统的主要技术概述

系统主要有现场控制站（ I/O 站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站 OPS 、工程师站 ENS ）、机柜、电源等组成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。

硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；

易于组态，易于使用。支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。

系统设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。

系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在 CRT 上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。

整个系统的可利用率至少为 99.9 ％；系统平均无故障时间为10 万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。

“ 域” 的概念。把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又是一个功能完整的 DCS 系统，以便更好的满足用户的使用。

网络结构可靠性、开放性及先进性。在系统操作层，采用冗余的100Mbps 以太网；在控制层，采用冗余的 100Mbps 工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层， 12Mbps 的PROFIBUS 总线连

接中央控制单元和各现场信号处理模块。

标准的Client/Server 结构。MACS 系统的操作层采用Client/Server 结构。

开放并且可靠的操作系统。系统的操作层采用 WINDOWS NT 操作系统；控制站采用成熟的嵌入式实时多任务操作系统 QNS 以确保控制系统的实时性、安全性和可靠性。

标准的控制组态软件。系统采用标准的控制组态工具，可以实现任何监测、控制要求。

一、系统概况：

1. DCS系统的特点

DCS系统(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、

操作、管理和分散控制的一捉新型控制技术。其功能特点是：通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。

2. 分散控制系统的构成

作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统，它以多层计算机网络为依托，将分布在全厂范围内的各种控制设备的数据处理设备连

接在一起，实现各部分信息的共享的协调工作，共同完成控制、管理及决策功能。

1) 其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。

管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站、历史数据站等各种功能服务站。

A. 工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系统组态和维护，技术人员也可以通过工程师站对应用系统进行监视。

B. 操作员总理提供技术人员与系统数据库的人机交互界面，用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。

C. 历史站保存整个系统的历史数据，供组态软件实现历史趋势显示、报表打印和事故追忆等功能。

现场控制站用于现场信号的采集处理，控制策略的实现，并具有可靠的冗余保证、网络通信功能。

通信网络连接分散控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其它信息的传递。为保证DCS可靠性，电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。

2) 分散控制系统的软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。

3) 分散控制系统在结构上采用模块化设计方法，通过灵活组态，合理的配置，可以实现火电机组的模似量控制系统（MCS）、数据采集系统（DAS）、锅炉燃烧控制和炉膛安全系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）等功能。

3. 名词术语解释

DCS分散控制系统指控制功能分散、风险分散、操作显示集中、采用分布式结构的智能网络控制系统。

DAS数据采集系统指采用数字计算机控制系统对工艺系统和设备的运行参数、状态进行检测，对检测结果进行处理、记录、显示和报警，对机组的运行情况进行运算分析，并提出运行指导的监视系统。

MCS模拟量控制系统指通过控制变量自动完成被控制变量调节的回路。

CCS协调控制系统指将锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路协调锅炉汽轮机在自动状态下运行给锅炉、汽轮机的自动控制系统发出指令，以适应负荷变化的需要，尽最大可能发挥机组的调频、调峰的能力，它直接作用的执行级是锅炉燃料控制系

统和汽轮机控制系统。

SCS顺序控制系统指对火电机组的辅机及辅助系统，按照运行规律规定的顺序（输入信号条件顺序、动作顺序或时间顺序）实现启动或停止过程的自动控制系统。

FSSS炉膛安全监控系统指对锅炉点火和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸（内爆或外爆）而采取的监视和控制措施的自动系统。其包括燃烧器控制系统BCS和炉膛安全系统FSS。AGC自动发电控制，根据电网对各电厂负荷要求对机组发电功率由电网调度进行自动控制的系统。

MFT总燃料跳闸指保护信号指令动作或由人工操作后，快速切断进入炉膛的所有燃料而采取的措施。

DEH汽轮机数字式电液控制系统，是按电气原理设计的敏感元件、数字电路以及按液压原理设计的放大元件和液压伺服机构构成的汽轮机控制系统。

ATC或ATSC汽轮机自启动，根据汽轮机的运行参数和热应力计算，使汽轮机从盘车开始直到带初负荷按程序实现自启动。

OPC超速保护控制功能，是一种抑制超速的控制功能，常见有以下两种：

i.当汽轮机转速达到额定转速的103%时，自动关闭中、高压调节汽门；当转速恢复正常时，开户这些汽门以维持额定转速。

ii.当汽轮机转速出现加速度时，发出超驰指令，关闭高、中压调速汽门；当加速度为0时由正常转速控制回路维持正常转速。

BPC旁路控制系统，是汽轮机旁路系统的自动投入和旁路系统蒸汽压力、温度等自动控制系统的总称。

ETS汽轮机的紧急跳闸系统，是在汽轮机的运行过程中，机组重要参数越线等异常工况下，实现紧急停止汽轮机运行的控制系统。

MEH给水泵电液调节系统，是采用微型计算机控制和液压执行机构实现控制逻辑，驱动给水泵汽轮机的控制系统。

UPS不间断电源

RB辅机故障减负荷，是针对机组主要辅机故障采取的控制措施，即当主要辅机（如给水泵、送风机、引风机）发生故障机组不能

带满负荷时，快速降低机组负荷的一种措施。

4. 分散控制系统的运行维护的主要内容

包括系统在投运前应做好必要项目的检查，检查合格且一切准备就绪后系统上电，按照相关步骤启动系统，并验收系统各部分正常后，投入在线运行。系统正常运行后，做好日常维护工作，发现问题及时查明原因解决处理，并根据热控系统的运行工况决定热控设备的投入与退出。

5. 分散控制系统常见故障

1) 通信网络类故障，主要有节点总线故障、就地总线故障、地址标识的错误。

2) 硬件故障，主要有人机接口故障、过程通道故障。

3) 人为故障，在系统维护或故障处理时的误操作现象。

4) 电源故障

5) SOE工作不正常

6) 干扰造成的故障。主要有系统的接地情况、电源质量、过程控制处理机主/备处理机之间的切换、大功率无线通信设备等。

6. 分散控制系统的试验

1) 模拟量控制系统扰动试验

投入运行的模拟量控制系统应定期进行扰动试验，其分为内扰和外扰试验。

A. 内扰试验（包括定值扰动）：要求在70%负荷进行，扰动量为被调介质满量程的10%

B. 外扰试验（负荷扰动）：机组负荷在70%以上时可进行负荷扰动试验，负荷变化按快、中、慢三种工况进行。

主要的试验有：

机组燃料调节系统（BCS）扰动试验

条件：A 汽包水位调整到合适位置，负荷保持不变

B 炉膛负压调节系统和送风量调节系统处于自动状态

C 稳定工况下，主汽压力应保持在给定值的±0.2MPa范围内

D 给粉机运行正常，将中层给粉机投入自动调节手动给粉机的转速在450~500 rpm左右

E 试验时应有司炉和工作负责人以上岗位进行操作

F 主控班技术员、生产部专工、热工专工、炉运专工现场监护指导

改变主汽压力定值扰动试验

条件同上

机组送风调节系统AFSC扰动试验

条件：A汽包水位调整到合适位置，负荷保持不变

B 氧量及风量变送器指示准确

C 炉膛负压调节系统在自动状态

D 送风机挡板有一定的调节余量

E稳定工况下，主汽压力应保持在给定值的±0.2MPa范围内

F 试验时应有司炉和工作负责人以上岗位进行操作

G 主控班技术员、生产部专工、热工专工、炉运专工现场监护指导

机组协调控制系统CCS扰动试验

条件：A 汽包水位调整到合适位置，负荷保持不变

B 炉膛负压调节系统、燃料调节系统和送风量调节系统处于自动状态

C 稳定工况下，主汽压力应保持在给定值的±0.2MPa范围内

D 试验时应有司炉和工作负责人以上岗位进行操作

E 主控班技术员、生产部专工、热工专工、炉运专工现场监护指导

2) 控制其它功能试验