1.1 信息化不能代替經營決策而只能幫助決策
企業的經營決策永遠是企業經營者的職責。信息化可能會幫助企業經營者決策提供信息，但是，決策的任務必須由經營決策者承擔。企業的經營決策者通過對競爭環境分析，自己的資源優勢和劣勢以及競爭對手的系統分析之後制定經營決策。計算機系統本身不能制定決策。企業經營決策過程本身是壹個取舍過程，因為我們總是面對很多的機遇，而我們的資源總是有限的，決策的過程同時也是壹個風險判斷過程。計算機系統為我們提供的信息越多，如果信息沒有經過梳理，反而使得決策過程變得復雜。我們很多民營企業經營者本身沒有很高的學歷，也不太懂信息系統，但是他們經營決策很果斷，有些取得了很大成就。而壹些大型企業擁有很現代化的信息支持系統，也沒有產生相應的效益。當然，對大多數國內企業而言，簡單實用的信息管理系統的確可以輔助決策者防範風險，理性決策。
1.2 信息化不能代替執行卻可促進並監督執行
盡管通過實施先進的自動化控制系統可以替代生產過程的許多人工*作，而且控制的精度和效率可以顯著提高，然而在整個生產過程中人的執行能力仍然起決定作用。因為信息系統和過程控制壹旦投入運行，該系統只能完成規定的功能，而市場的變化和生產過程的許多變化是非固定的。所以，信息系統本身不能代替生產過程中各級*作人員處理各種意外並自動取得執行結果。但是，壹個好的信息系統（包括自動化系統）通過信息流的暢通，信息的及時反饋，報警的處理和分析，*作指導等可以促進提高人的執行能力。此外，由於信息的通暢和*作歷史記錄的準確性，信息系統可以監督各級執行人員是否完成職責。應用網絡技術，公司可以實現網上銷售。采用自動化辦公系統，各級執行人員可以提高信息傳遞的效率，特別是對於異地辦公的企業，壹套實用的信息系統可以大大提高信息傳遞效率和執行效率。
1.3 信息化可以提高控制品質，提高生產效率
信息系統，特別是自動化系統的實施可以真實地提高過程的控制品質和裝置的生產效率。例如，人工的控制周期只能做到數秒鐘，*作的精度基本在1％~5％量級，同時*作的實際情況還要受到*作者熟練程度、精神狀態等因素的幹擾。而計算機控制系統可以做到毫秒級控制周期（這對大型快速設備如火電廠的汽輪機控制等極為重要），控制參數的精度可以做到0.1%~0.5%，對於特殊的回路，精度還可以更高，因此，可以大大提高產品的品質。對於壹些大型復雜的生產過程，*作工只能完成簡單的單回路控制*作，而計算機控制系統則可以根據不同的生產狀況（原料的變化、環境的變化、目標產品的變化）進行優化或準優化控制，顯著提高生產的效率。此外，當代的企業信息與自動化系統可以實現從生產現場到裝置、從單個裝置到車間，從車間到全廠，從全廠到整個公司的信息采集、整理，從而實現全廠的綜合監控，提高整個生產過程的效率。通過合適的統計分析和處理，信息系統可以幫助發現企業的效率漏洞，找出成本的分布，從而為經營者解決問題提供客觀依據。系統的設備管理功能可以幫助實現預測維修，從而減少停車大修的次數和時間，提高生產率。先進的批處理功能可以幫助*作人員在更換產品或改變裝置產量的時候自動切換到合理的控制參數，提高效率。
1.4 信息化可能增加風險
信息化在促進和提升工業化的同時，也增加了風險因素。
(1) 信息的集中和經營決策對信息系統的依賴，使得經營危險相對集中。如果信息系統遭到破壞，企業的經營可能會陷入癱瘓。
(2) 計算機控制系統實現越來越多、越來越復雜的控制功能，使得*作工變成計算機系統的輔助，如果系統出現重大問題，可能導致事故。
(3) 大型的開放信息系統為工作帶來了方便，也提高了效率，但是企業的機密保護變得困難。
(4) 越來越復雜的信息系統可能會遭到黑客或病毒的襲擊，使系統癱瘓。
1.5 信息化如何為提升工業化服務
中國革命和建設的實踐反復證明了馬克思主義基本原理只有同中國實際相結合才能成功。同樣，信息化只有同工業化的實際水平相適應才能取得效益。
(1) 企業的領導人是企業興衰的決定因素之壹，信息化的水平必須適應企業領導人的水平，否則，信息化註定失敗。
(2) 企業的各級執行人員（管理幹部、技術專家、現場*作人員等）是企業經營決策的執行者，也是信息系統（包括控制系統）的實際*作者，信息系統必須適應他們的水平，除非企業可以換掉不適應的人員。壹定不要本末倒置，要所有的執行人員來適應信息系統。
(3) 各信息產品廠家在推銷與實施信息系統時，在給用戶的決策者和各級相關執行人員充分培訓之後，壹定要明確該用戶的實際需求水平，然後根據實際的需求定制合適的信息系統。中國的工業企業水平可以從最小的作坊式制造到跨國大型現代化企業集團，可以從十六、十七世紀工業水平跨越到二十壹世紀水平，所以最好的信息系統方案也不能滿足所有中國用戶的需求。只有滿足適當客戶的適當方案，才是有效率的方案。
(4) 企業信息化要有成本意識。中國的國情決定我們最大的資源（與國際競爭中的比較優勢）是擁有取之不盡、用之不竭的廉價勞動生產力。所以，應用信息化和自動化時壹定要核算計算機信息系統代替人所創造的價值。在相當多的情況下，人工成本會大大低於信息化的成本。在這種情況下，企業最好利用人工，而信息系統作為管理支持系統和執行監控系統。
(5) 中國在法制體系完善和銀行現代化實現之前，實施先進的eBusiness可能性很小。最有效的信息化是工廠過程自動化，財務管理，實用的辦公管理等系統。讓我們忘掉那些時髦的信息技術概念，走中國信息化與工業化相結合的道路。讓用戶在信息化方面花費的每壹筆投資都能創造價值，才能使由信息廠家推動信息化的局面變成工業企業追逐信息化的局面。
2 世界DCS發展現狀與趨勢
在工業企業中，應用效益最直接明顯的系統應當是工業控制系統，特別是DCS（分布式控制系統）。盡管若幹年以前，就有人判定DCS即將被FCS（現場總線控制系統）所取代，然而，直至今日，DCS仍然具有相當的生命力。ARC咨詢機構2003年發布了他們對世界DCS市場的預測報告。該報告預測世界DCS市場從2002年至2007年將保持2.5％的增長速度，從2003年的91億美元增長到103億美元。DCS的發展速度之所以不高主要原因是美國等發達國家的經濟增長速度減慢所造成的。而中國近幾年的DCS的增長速度應該在10％以上。當今的DCS與十年前的DCS相比，發生了根本性的變化。
1.1 DCS已經進入第四代
受信息技術（網絡通信技術、計算機硬件技術、嵌入式系統技術、現場總線技術、各種組態軟件技術、數據庫技術等）發展的影響，以及用戶對先進的控制功能與管理功能需求的增加，各DCS廠商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、橫河、ABB為代表）紛紛提升其DCS系統的技術水平，並不斷豐富其內容。可以說以Honeywell 公司最新推出的Experion PKS（過程知識系統），Emerson公司的PlantWeb（Emerson Process Management），Foxboro公司的A2，橫河公司的R3（PRM－工廠資源管理系統），ABB公司的Industrial IT系統為標誌的新壹代DCS已經形成。如果我們把當年Foxboro公司的I/A Series看作第三代DCS系統的裏程碑，以上幾家的最新DCS可以劃為第四代。第四代DCS的最主要標誌是兩個“I”開頭的單詞：Information（信息）和Integration（集成）。
1.2 第四代DCS的體系結構
第四代DCS的體系結構如圖1所示。主要分為四層結構：現場儀表層、控制裝置單元層、工廠（車間）層和企業管理層。壹般DCS廠商主要提供下面的三層功能，而企業管理層則通過提供開放的數據庫接口連接第三方的管理軟件平臺（ERP、CRM、SCM等）。所以說當今DCS主要提供工廠（車間）級的所有控制和管理功能，並集成全企業的信息管理功能。
圖1 第四代DCS體系結構圖
2.3 第四代DCS的技術特點
(1) DCS充分體現信息化和集成化（Information & Integration）
信息和集成（Information and Integration）這兩個“I”開頭的單詞基本描述了當今DCS系統正在發生的變化。我們已經可以采集整個工廠車間和過程的信息數據，但是用戶希望這些大量的數據能夠以合適的方式體現，並幫助決策過程，讓用戶以他明白的方式，在他方便的地方得到他真正需要的數據。
信息化體現在各DCS系統已經不是壹個以控制功能為主的控制系統，而是壹個充分發揮信息管理功能的綜合平臺系統。DCS提供了從現場到設備，從設備到車間，從車間到工廠，從工廠到企業集團整個信息通道。這些信息充分體現了全面性、準確性、實時性和系統性。基本上大部分DCS提供了過去常規DCS功能、SCADA功能以及MES（制造執行系統）的大部分功能。與ERP不同，MES匯集了車間中用以管理和優化從下定單到產成品的生產活動全過程的相關硬件或軟件組件，它控制和利用實時準確的制造信息來指導、傳授、響應並報告車間發生的各項活動,同時向企業決策支持過程提供有關生產活動的任務評價信息。MES的功能包括車間的資源分配、過程管理、質量控制、維護管理、數據采集、性能分析及物料管理，與DCS相關的各功能模塊如圖2所示，其作用簡述如下。
① 資源配置與狀態（Resource Allocation and Status）：管理機器、工具、勞工技能、材料、設備和其它實體，使其在*作前按順序可得，同時提供資源的具體歷史信息，保證設備正確安裝並提供實時狀態。上面提到的所有DCS都以不同的軟件名稱提供了類似的功能如設備管理、知識管理、能源管理等。
② 派遣生產單元（Dispatching Production Units）：管理以工件、訂單、批量、時序等為形式的生產單元流程，提供派遣信息，並可改變預先的調度方案和通過緩沖區管理來控制加工數量。過去的連續過程生產裝置是按某種產品的生產能力進行設計，物料平衡公式和設備的選型也是按該生產能力進行（也許加上10％的富裕量），因此，我們經常會聽到車間主任或班組長如何努力，而生產出超過裝置設計能力20％或25％時，如何興高采烈，並可能領取超額獎金。極少有裝置生產能力小於設計生產能力的情形。然而，如果該產品由於市場需求降低，從而要求生產量降低時，則該裝置的各種物理參數和控制參數很難適應，不能保證產品的質量。當由於市場競爭、管制、或其它任何原因要停止該產品，而轉生產另壹種產品時，通常我們不得不停止該裝置，或進行大投資改裝。當今，靈活滿足市場需求，快速響應市場已經變成主要的經營驅動力，我們的過程控制或生產控制必須適應這種需求。儀器儀表協會也制定了批量控制的標準ANSI/ISA S88.01 Batch Models and Terminology，為我們開發和應用批量控制提供了很好的指導。第四代的DCS基本都提供了自主的或集成的批處理功能軟件。他們把批量控制（BATCH-CONTROL）加入DCS系統，變成壹種類似先進控制算法模塊的組件。
圖2 MES的壹般功能模塊示意圖
③ 文檔控制（Document Control）：控制與生產單元相關的記錄，具有編輯和指令下達等功能。第四代DCS基本都能自動生成各種*作記錄、日誌以及各種檔案文件。
④ 數據收集/獲取（Data Collection/Acquisition）：提供獲取內部數據的接口，構成相應的表格和記錄，數據的收集可以是自動或手動方式。
⑤ 勞工管理（Labor Management）：提供職員有關狀態，並與資源配置關聯來決定最優分配，值得壹提的是，在現代生產過程中，人和設備越來越變成有機配合的整體。
⑥ 質量管理（Quality Management）：提供度量的實時分析來保證產品質量控制並鑒定需註意的問題，建議更正的建議，也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查*作的管理以及LIMS的分析等。
⑦ 維護管理（Maintenance Management）：跟蹤和指導設備和工具維護的活動來保證生產和調度的進程，也提供緊急問題的反應，如報警，並維護歷史信息來支持問題的診斷。例如，Emerson聲稱通過其設備管理功能，用戶可以在正確的時間、以正確的方式維護正確的設備，節省掉大部分的例行大修時間並排除非計劃停車時間。
⑧ 產品跟蹤和系譜（Product Tracking）：提供工作的可見度和相關的狀態信息，在線跟蹤功能可產生歷史記錄。
⑨ 性能分析（Performance Analysis）：通過分析不同功能的匯總信息，提供實際生產*作與歷史記錄和期望結果的報告。
DCS的集成性則體現在兩個方面：功能的集成（如上面所述）和產品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發為主，提供的系統也是自己的系統。當今的DCS 廠商更強調系統的集成性和解決方案能力，DCS中除保留傳統DCS所實現的過程控制功能之外，還集成了PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端設備），FCS（Fieldbus Control System，現場總線），各種多回路調節器，各種智能采集或控制單元等。此外各DCS廠商不再把開發組態軟件或制造各種硬件單元視為核心技術，而是紛紛把DCS的各個組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數DCS廠商自己不再開發組態軟件平臺，而轉入采用兄弟公司（如Foxboro 用Wonderware軟件為基礎）的通用組態軟件平臺, 或其它公司提供的軟件平臺（Emerson 用Intellution的軟件平臺做基礎）。此外，許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模塊，橫河的R3采用富士電機的Processio作為I/O單元基礎, Honeywell公司的PKS系統則采用Rockwell公司的PLC單元）作為現場控制站。
(2) DCS變成真正的混合控制系統
過去我們區分DCS和PLC 主要通過被控對象的特點（過程控制和邏輯控制）來進行劃分。但是，第四代的DCS已經將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制，實現了混合控制。這也是為了適應用戶的真正控制需求。因為，多數的工業企業絕不能簡單地劃分為單壹的過程控制和邏輯控制需求，而是由過程控制為主或邏輯控制為主的分過程組成的。我們要實現整個生產過程的優化，提高整個工廠的效率，就必須把整個生產過程納入統壹的分布式集成信息系統。例如，典型的冶金系統、造紙過程、水泥生產過程、制藥生產過程和食品加工過程、發電過程，大部分的化工生產過程都是由部分的連續調節控制和部分的邏輯聯鎖控制構成。第四代的各DCS系統幾乎全部采用IEC61131-3標準進行組態軟件設計。而該標準原為PLC語言設計提供的標準。同時壹些DCS（如Honeywell公司的PKS）還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過去大型PLC的所有基本邏輯運算功能，而且高級運算、通信以及運動控制也能實現。
(3) DCS包含FCS功能並進壹步分散化
過去壹段時間，壹些學者和廠商把DCS和FCS（現場總線控制系統）對立起來。其實，真正推動FCS進步的仍然是世界主要幾家DCS廠商。所以，筆者以前也曾說過DCS不會被FCS所代替，而是DCS會包容FCS，實現真正的DCS。如今，這壹預測正在被現實所驗證。所有的第四代DCS都包含了各種形式的現場總線接口，可以支持多種標準的現場總線儀表、執行機構等。此外，各DCS還改變了原來機櫃架式安裝I/O模件、相對集中的控制站結構，取而代之的是進壹步分散的I/O模塊（導軌安裝），或小型化的I/O組件（可以現場安裝）或中小型的PLC。分布式控制的壹個重要優點是邏輯分割，工程師可以方便地把不同設備的控制功能按設備分配到不同的合適控制單元上，這樣，*作工可以根據需要對單個控制單元進行模塊化的功能修改，下裝和調試。另外的優點是各個控制單元分布安裝在被控設備附近，既節省電纜，又可以提高該設備的控制速度。壹些DCS還包括分布式HMI就地*作站，人和機器將有機地融合在壹起，***同完成壹個智能化工廠的各種*作。
例如，Emerson的DeltaV，Foxboro的A2中的小模塊結構，Ovation的分散模塊結構等。可以說現在的DCS廠商已經越過炒作概念的誤區，而是突出實用性。壹套DCS可以適應多種現場安裝模式：或用現場總線智能儀表、或采用現場I/O智能模塊就地安裝（既節省信號電纜，又不用昂貴的智能儀表）或采用櫃式集中安裝（特別適合改造現場）。壹切由用戶的現場條件決定，充分體現為用戶設想的理念。
(4) DCS已經走過高技術產品時代，進入低成本時代。配置靈活，適應各種系統應用
DCS在八十年代，甚至九十年代還是技術含量高、應用相對復雜、價格也相當昂貴的工業控制系統。隨著應用的普及，大家對信息技術的理解，DCS已經走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的，價格合理的常規控制產品。第四代DCS的另壹個顯著特征就是各系統紛紛采用現成的軟件技術和硬件（I/O處理）技術，采用靈活的規模配置，大大降低系統的成本與價格。可以說現在采用先進的DCS實現工業自動化控制比原來采用常規的儀器儀表進行簡單控制，用戶投資增加不多，但是實現的功能確大大加強。就控制站而言，原來壹個物理信號處理平均1 500元（人民幣），而現在已經降到800元左右。過去國外DCS壹般只適合於大中型的系統應用，在小型應用中成本很高，但第四代DCS都采用靈活的配置，不僅經濟地應用於大中型系統，而且應用於小系統也很合適。
(5) DCS平臺開放性與應用服務專業化
二十年來，工業自動化界討論非常多的壹個概念就是開放性。過去，由於通信技術的相對落後，開放性是困擾用戶的壹個重要問題。為了解決該問題，人們設想了多種方案，其中包括CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，計算機集成制造系統）系統概念中的開放網絡（MAP 7層網絡協議平臺）。然而，有心栽樹樹不活，MAP網絡協議並沒有得到真正的推廣應用。而當代網絡技術、數據庫技術、軟件技術、現場總線技術的發展為開放系統提供了可能。各DCS廠家競爭的加劇，促進了細化分工與合作，各廠家放棄了原來自己獨立開發的工作模式，變成集成與合作的開發模式，所以開放性自動實現了。第四代DCS全部支持某種程度的開放性。開放性體現在DCS可以從三個不同層面與第三方產品相互連接：在企業管理層支持各種管理軟件平臺連接；在工廠車間層支持第三方先進控制產品、SCADA平臺、MES產品、BATCH處理軟件、同時支持多種網絡協議（以以太網為主）；在裝置控制層可以支持多種DCS單元（系統）、PLC、RTU、各種智能控制單元等以及各種標準的現場總線儀表與執行機構。
值得註意的是開放性的確有很多好處，但是在考慮開放性的同時，首先要充分考慮系統的安全性和可靠性，因為，生產過程的故障停車或事故造成的損失可能比開放性選擇產品所節省的成本要高得多。同時需註意，在選擇系統設備時，先要確定系統的需求，然後根據需求選擇必要的設備。盡量不要裝備壹些不必要的功能，特別是網絡功能和外設的選擇壹定要慎重。例如，我們在選擇開放網絡的同時，遭到病毒或黑客襲擊的可能就會加大；我們選擇豐富的外設如光驅或軟驅，就給*作人員提供了裝載無關軟件（如遊戲等）的機會等等。這些都會導致系統癱瘓或其它致命故障。
隨著開放系統和平臺技術的發展，產品的選擇更加靈活，軟件組態功能越來越強大並靈活，但是，每壹個特定的應用都需要壹個獨特的解決方案，所以專業化的應用知識和經驗是當今工業自動化廠商或系統集成商成功的關鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術優勢的同時，更是努力宣傳自己的行業方案設計與實施能力。為不同的用戶提供專業化的解決方案並實施專業化的服務將是今後各DCS廠家和系統集成商競爭的焦點，同時也是各廠家盈利的主要來源。
3 工作實踐
3.1 國產DCS簡介
中國自動化界的仁人誌士經歷了不懈的努力致力於發展自己的DCS產業。目前以和利時、浙大中控、上海新華為代表的國內DCS廠家經過十年的努力，各自推出自己的DCS系統：和利時推出MACS－Smartpro第四代DCS系統，浙大中控推出Webfield（ECS）系統，新華推出XDPF－400系統。三家積極努力，通過競爭成功地將自主系統應用於各種工業現場，正在逐步取得用戶的認可。例如新華公司在火力發電方面取得顯著成績，浙大中控在化工控制等方面業績突出，和利時公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥以及造紙等方面取得了壹定的業績。和利時公司僅2002年就在各行業取得500多個合同。此外，和利時公司把DCS結構進行拓展，應用到大型軌道交通自動化系統和管網SCADA系統。通過激烈競爭，和利時公司成功地實現了秦山核電站60萬千瓦核電站綜合計算機監控系統和常規島控制系統，並與國內外公司競爭獲得了秦山壹期30萬千瓦核電站計算機系統改造，大亞灣核電站等各個核電站部分計算機系統合同。公司承擔的北京輕軌和深圳地鐵綜合監控系統采用分布式數據庫結構，實現了遠距離（十幾個車站，幾十公裏）、大數據量（物理點幾萬個）、通信信息復雜（城域網、局域網、現場總線網、無限通信網等）、多樣化（電力電器控制、環境控制、RTU、部分機車運行信號、車站信息等）綜合功能。該系統的成功應用為我國城鐵和地鐵發展提高了綜合監控能力，並降低了成本，該方案已經成為事實上的綜合監控標準。
在中國的DCS市場上，三家國內廠商已經具備了相當的競爭能力。例如通過新華公司與和利時公司在火電站控制領域的競爭以及和利時公司與浙大中控在化工等領域的競爭，使得國外的DCS紛紛降價。可以說三家公司最大的貢獻是把國外的DCS價格降到了原來40％以下，為DCS在國內工業企業的普及應用，特別是在中小型企業中的應用做出了貢獻。
3.2 和利時公司第四代DCS簡介
和利時公司的前身是電子部六所自動化工程事業部， 1992年開發出第壹代DCS系統HS-DCS-1000系統，95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，應用於秦山核電站控制系統和數百套電站、化工、水泥等控制。和利時公司在總結多年用戶需求的基礎上，綜合了國際技術成果，集中其核心技術與國際先進技術，2002年初推出第四代DCS——MACS-Smartpro（智能過程系統）。該系統結構如圖3所示。
圖3 Smartpro系統結構圖
與上述五家國際知名企業推出的第四代DCS相比，Smartpro仍有些地方還存在差距，例如，管理軟件功能不夠強大，有些國外產品集成SAP的ERP系統，但是Smartpro的管理功能可能更適合中國大部分企業的現狀。Smartpro的現場總線功能也還不完全，提供的先進控制算法不豐富，但目前國內大部分裝置很難應用先進控制。今後，隨著國內用戶水平的提高，和利時正在不斷豐富Smartpro的先進控制功能。Smartpro與國外系統相比差距最大的是外觀結構，和利時公司將投資徹底改變此狀況。但是Smartpro在本質特征上已具備第四代DCS特點，同時，Smartpro的軟件平臺和I/O模塊已經經過幾百個各類工業現場的考驗，正在走向成熟。
Smartpro還在進壹步豐富和完善中，但是已經具備了第四代DCS的基本框架結構和特征。
(1) 充分體現信息管理功能和集成化
Smartpro系統采用三層網絡結構（在地鐵應用中采用四層網絡：包括壹個連接車站的城域網）。其中，高層網絡以服務器為中心，可以支持各種管理功能，並且，和利時自己也開發了壹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（應用於冶金企業）等。其中RealMIS已取得廣泛應用。此