1.3 分散控制系统的发展趋势

分散控制系统的发展与科学技术的发展密切相关。在过去的三十年中，分散控制系统已经历经了四代变迁，系统功能不断完善，可靠性不断提高，开放性不断增强。目前，分散控制系统的发展主要体现在以下几个方面。

1.分散控制系统的网络结构

传统的分散控制系统多采用制造商自行开发的专用计算机网络。网络的覆盖范围上至用户的厂级管理信息系统，下至过程控制站的I/O子系统。随着网络技术的不断发展，分散控制系统的上层将与 Internet 融合在一起，而下层将采用现场总线通信技术，使通信网络延伸到现场。最终实现以现场总线为基础的底层网 Infranet、以局域网为基础的企业网 Intranet和以广域网为基础的互联网Internet所构成的三网融合的网络架构，如图1-8所示。

三网融合促进了现场信息、企业信息和市场信息的融合、交流与互动，使基础自动化、管理自动化和决策自动化有机地结合在一起，实现三者的无缝集成（Seamless Integration）。它可以更好地实现企业的优化运行和最佳调度，并且能在更大的范围内支持企业的正确决策，给企业创造更好的经济效益。

2.人机接口技术

工业图形显示系统（Industrial Graphic Display System）是最常用的人机接口设备之一，正向着高速度、高密度、多画面、多窗口和大屏幕的方向发展。

工业图形显示系统的硬件趋向于采用专用器件，以达到更高的响应速度。如采用 32 位精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）、采用多处理器并行处理、设置专用积压画面存储器等，使工业图形显示系统处理速度达到以前的2倍。

新型工业图形显示系统具有多窗口功能，可从多个帧存储器中随意切出几部分画面，很方便地组合在一起，以多窗口方式显示出来；此外，还具有多层重合画面功能，可将几个画面重合在一起，按其优先顺序，以透过或非透过的方式显示。新型工业图形显示系统可定义超过显示器尺寸的大画面，采用滚动方式把一个逻辑上的大画面在有限的显示器屏幕上显示出来。这种滚动方式是连续的、任意方向的，可采用鼠标或专用滚动键操作，还可在保持原画面输入、输出功能的前提下，将画面放大或缩小，在一台显示器上显示多幅画面。

大屏幕显示装置已进入实用阶段。70～100英寸的大型显示器和工业电视装置已投入使用。这些大屏幕显示主要用在中央控制室内，同时显示多个运行人员了解的信息，可取代BGT（Boiler，Generator，Turbine）盘上的显示仪表及记录仪表，同时将来自工作站或个人计算机的文件或图像放大显示，或传达会议消息。

多媒体技术将在人机接口设备中发挥越来越重要的作用。语音信息、图像信息将为运行人员提供良好的“视听”功能。运行人员在操作站上不但能了解生产过程中的实时数据，而且还能看到现场设备的运行情况，听到现场设备的运行声音，得到运行支持系统的语音提示。

3.标准化、通用化技术

分散控制系统的另一个重要的发展方向是大量采用标准化和通用化技术。分散控制系统中的硬件平台、软件平台、组态方式、通信协议、数据库等各方面都采用标准化和通用化技术。例如，现在许多分散控制系统的厂家都推出了基于PC和Windows/UNIX平台的运行员操作站。这不仅降低了系统造价，提供了更完善的系统功能，而且便于运行人员学习并掌握使用方法。另外，许多系统都采用了OPC（OLE for Process）技术，使各种不同厂家的产品之间能十分方便地交换信息。其他如组态方法，不少厂家都在向国际电工委员会发布的IEC1131-3 标准靠拢，用户不必再花费许多精力去学习各种不同分散控制系统的组态方法。为了在分布式环境下更好地组织功能块的运行，新的功能块标准 IEC61499 正在成为 DCS厂家竞相研究与采纳的标准。

总之，标准化、通用化技术的全面采用，大大提高了分散控制系统的开放程度，显著减少了系统的制造、开发、调试和维护成本，为用户提供了更广阔的选择余地，同时也为分散控制系统开辟了更广泛的应用前景。

4.人工智能技术

未来的分散控制系统中，将逐渐采用人工智能研究成果，如智能报警系统 IMARK。当生产过程发生异常时，IMARK 可把报警输出数量限制在必要的最低限度，避免当一个主要报警原因发生时，因联锁保护动作而造成大量其他原因的报警。

人工智能还将用于各种运行支持系统。对于火力发电厂的运行支持系统，可分为启停时的运行支持系统、正常运行时的优化支持系统和异常时的运行支持系统。启停时的运行支持系统属于自动化技术范畴，后两项为专家系统的应用技术。这些运行系统都可以在分散控制系统中实现。

模式控制系统正走向实用阶段。在传统的温度、压力控制系统中，通常将某点的温度或压力作为被控制量。而在实际生产过程中，常常需要对某温度场中的温度分布或某容器内的压力分布进行控制，这时，被控制量就成为分布在某一空间上的模式控制。之前，因技术上的原因，这种控制方案难以实现。随着人工智能技术的飞速发展，模式识别及模式控制问题可通过智能控制得到较圆满的解决。目前，某些分散控制系统已经能够提供人工智能技术开发平台，或者通过第三方软件公司提供专家系统外壳、模糊控制外壳和神经网络外壳。可以预计，在未来的分散控制系统中，以人工智能方法为基础的各种控制方案会不断出现。

5.厂级监控信息系统

近年来，以经济控制为目标的发电厂厂级监控信息系统（Supervisory Information System，SIS）成为研究的热点，并在新建电厂得以应用。监督控制的目的就是在一定的约束条件下，求出一组能够使生产过程的目标函数取得极值的最优操作变量。从工程应用角度来看，SIS 主要包括五个功能：生产过程的监控、经济信息的管理和生产成本的在线计算、竞价上网报价系统、经济分析和最优控制，如能够实现实时优化、生产计划、生产成本实时计算和生产成本预测功能的semCost竞价上网报价系统等。

【自律分散系统】

自律可控性是指任一子系统故障时，其余子系统的控制器可随意控制系统的状态变量；自律可协调性是指任一子系统故障时，其余子系统的控制器可协调各控制器彼此不同的控制目标。同时满足自律可控性和自律可协调性的系统称为自律分散系统。