化工行业DCS浅析，与云计算结合的业务思考
问题意识
最近笔者走访了几家本地化工企业，在和IT部门对话过程中，经常会听到化工行业流程控制的专业名词，如 DCS、SIS、APC等，似乎云计算技术的浪潮，尚未从在线经济蔓延到传统化工行业，在对话之后，产生以下几个问题，搜索之余，做个小结。
- 国内 DCS 主流厂商介绍，技术差异比较？
- 当下 DCS 与云计算、IT、人工智能有哪些结合点？
- 化工上下游企业对云计算有哪些需求？
1. 分布式控制系统（DCS）在中国概述
分布式控制系统（DCS）是一种广泛应用于工业领域的自动化控制系统，尤其是在需要对连续生产过程进行控制的场合。与传统的集中式控制系统不同，DCS的核心在于将控制功能分散到工厂各个部分的独立控制单元中，每个单元负责管理特定的工艺过程。通过这种分散式的控制架构，DCS能够实现对整个生产流程的实时监控和精确控制。一个典型的DCS系统包含多种硬件和软件组件，例如传感器、执行器、控制器、数据采集设备、实时监控系统以及高速网络通信设备。这些独立的控制单元通过网络相互连接，共同协作，确保整个系统的协调与高效运行. 在中国，DCS通常被称为集散控制系统，这个名称准确地概括了其分布式控制和集中操作的关键特性. DCS的基本思想可以概括为分散控制，集中操作，分级管理，配置灵活，以及组态方便 。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物 。
DCS在中国工业领域的应用，最初是为了满足大型工业自动化生产线对于集中操作和分散控制的需求，其主要目标是最大限度地减少流程设备的停机时间 。从应用占比来看，化工（chemical）、电力（power）和石化（petrochemical）行业是中国DCS系统应用最为广泛的三个领域，合计占比超过70% 。这表明，这些国民经济的基础性产业在早期就高度依赖DCS技术来管理其复杂且连续的生产运营。随着化工、电力和石化行业的生产机组日益趋向于大型化和自动化，对于结构优化的需求也日益增强，这将持续推动中国DCS市场的发展 。DCS特别适用于过程自动化控制，能够有效地处理模拟量，满足连续或半连续工业过程以及大型基础设施的控制需求 。这与化工行业的生产特点高度契合，因为化工生产通常涉及连续的物质转化和对温度、压力、流量等模拟参数的精确调节。
中国DCS市场的发展历程可以划分为三个主要阶段：20世纪80年代至90年代中期的萌芽期，90年代中期至2000年的初步探索期（期间以和利时和浙大中控等国内企业开始崭露头角为标志），以及2000年至今的进口替代期 。这个发展轨迹清晰地展示了国内DCS产业从无到有，并逐步壮大的过程。国家政策的支持对于国内DCS厂商的发展起到了至关重要的作用，尤其是在中小型企业市场，由于外资品牌难以盈利并逐渐退出，本土DCS品牌的市场份额得以显著提升 。这种政策性的扶持为国内品牌创造了更有利的竞争环境，加速了其市场扩张。
传统的集中式控制系统将所有的控制功能都集中在一个中央控制器中。相比之下，DCS将控制功能分散到多个独立的控制器中，从而提高了系统的可靠性和可扩展性。DCS尤其擅长管理具有大量控制点和复杂、连续性的过程，这正是化工生产的典型特征 。DCS的分布式架构提供了更好的容错能力；一个控制单元的故障不会导致整个系统瘫痪，这对于需要不间断运行的化工生产至关重要。此外，与可编程逻辑控制器（PLCs）相比，DCS在数据传输和管理方面具有更强的能力，更适合需要处理大量数据的复杂项目，例如大型化工联合装置 。
化工、电力和石化等基础产业对DCS的早期大规模采用，以及这些行业生产规模的不断扩大和自动化程度的提高，直接促使了中国DCS市场的持续增长。国内DCS产业经历的从依赖进口到逐步实现国产替代的演变，是中国工业技术自主发展的一个重要体现，这得益于国内企业在技术研发上的持续投入以及国家政策的大力支持。DCS在处理模拟信号和复杂连续过程方面的技术优势，使其天然地契合了化工行业的控制需求，为保障化工生产的安全、稳定和高效运行提供了关键技术支撑。
2. 中国主要国内DCS制造商
中国国内涌现出了一批重要的DCS制造商，它们凭借自身的技术实力和对本土市场需求的深刻理解，在激烈的市场竞争中占据了一席之地。以下将介绍几家主要的国内DCS厂商及其概况：
中控技术股份有限公司（Zhejiang SUPCON Technology Co., Ltd.）于1993年在杭州成立 。其业务范围广泛，涵盖化工、石化、电力、制药、冶金、建材、造纸等多个工业领域 。中控技术是中国DCS市场的领导者，在2021年占据了33.8%的市场份额 。该公司还在中国的先进过程控制（APC）市场中连续三年位居第一，2021年的市场占有率高达28.6% 。中控技术提供包括工业控制系统、仪器仪表和工业软件在内的全方位产品 。2007年，中控技术推出了新一代ECS-700大型联合控制系统 。尤其值得一提的是，中控技术在化工领域拥有强大的市场地位，2021年的市场份额达到了51.1% 。
和利时自动化科技有限公司（HollySys Automation Technologies Ltd.）于1993年在北京成立 。其主要服务行业包括工业自动化、轨道交通和医疗设备 。和利时成功开发了HOLLiAS-N全数字核电仪控系统 。该公司还推出了OCS工业光总线控制系统，该系统采用了软件定义I/O技术和工业光总线技术，旨在提高效率并降低成本 。和利时在核电和高速铁路控制系统市场中占有显著的市场份额 。
上海新华控制技术（集团）有限公司成立于1985年 。其业务领域涉及电力、环保、市政工程、水泥、石化、冶金等行业 。新华控制在工业自动化产品开发方面拥有近20年的经验 。该公司开发了一种DCS系统架构，该架构不仅具有高可靠性，而且与传统的DCS配置方式和所有功能兼容 。
南京科远智慧科技集团股份有限公司（Nanjing Sciyon Wisdom Technology Group Co., Ltd.）于1993年在南京成立 。其主要服务行业包括石油、化工、光伏、电力、钢铁等 。科远智慧开发了NT6000分散控制系统，该系统已应用于多个节能减排领域 。该公司还成功地在国内首次使用其100%自主可控的NT6000 V5系统替换了660MW超临界机组的进口DCS 。
北京国电智深控制技术有限公司成立于2002年 。其主要服务行业为大型火电、水电和煤化工 。国电智深开发了拥有完全自主知识产权的EDPF系列控制系统 。该公司率先在中国研发出大型自动化分散控制系统（DCS），尤其在电力行业取得了显著成就 。国电智深还推出了智能发电运行控制系统（ICS） ，并首次将其自主研发的智能控制系统应用于百万千瓦级机组 。
北京广利核系统工程有限公司专注于核电数字化仪控系统的设计、制造和工程服务 。该公司开发了“和睦系统”（Hémù Xìtǒng），这是中国首个自主研发的核级DCS平台 。广利核的DCS已应用于多个核电项目，包括石岛湾高温气冷堆和华龙一号核电机组 。
杭州优稳自动化系统有限公司成立于2008年 。其服务行业涵盖化工、制药、炼油、石化、钢铁、能源和建材等 。优稳自动化提供包括UW900高可靠安全主控系统和UW600大型分布式控制系统在内的多种DCS和SIS产品 。该公司还自主研发了OCS工业光总线控制系统 。
北京新航道自动化科技有限公司成立于2005年 。其业务范围包括电力、化工、冶金、热力、风电、建材等行业 。
在市场份额方面，中控技术在2021年以33.8%的市场份额位居国内DCS市场首位 。和利时等其他国内厂商在2021年合计占据了约21.9%的市场份额 。而艾默生、霍尼韦尔、ABB、西门子等国际厂商则占据了44.3%的市场份额 。在APC市场，中控技术连续三年保持领先地位，2021年的市场占有率为28.6% 。在SIS市场，中控技术和康吉森的市场集中度较高，在2019年合计占据了国内市场超过50%的份额 。另一份数据显示，浙江中控在2020年的市场份额为16.72%，超过霍尼韦尔成为中国DCS市场占有率第一的厂商 。
中控技术在中国DCS市场，尤其是在化工和石化领域，已经确立了其主导地位，这标志着国内企业在进口替代方面取得了显著的成功。虽然外资品牌仍然占据相当大的市场份额，但国内厂商的市场份额正在稳步增长，这表明本土DCS解决方案的技术成熟度和客户信任度都在不断提高。除了中控技术，和利时、广利核和科远智慧等国内企业也在核电和发电等特定的高价值领域占据了重要的地位，这体现了国内企业在专业化和技术实力方面的不断增强。国内DCS厂商市场份额的不断提升，预示着客户对本土解决方案的信心日益增强，这可能得益于国内厂商在成本效益、本地化支持以及响应速度等方面的优势，同时也与国家产业政策的推动密不可分。
以下表格总结了中国主要DCS制造商的市场份额和主要行业：
| 年份 | 制造商 | 市场份额 (%) | 主要行业 |
|---|---|---|---|
| 2021 | 中控技术 | 33.8 | 化工、石化、电力、制药、冶金、建材、造纸等 |
| 2021 | 和利时等国内厂商 | 21.9 | 工业、轨道交通、医疗等 |
| 2021 | 艾默生等国际厂商 | 44.3 | |
| 2020 | 浙江中控 | 16.72 | 化工、石化、电力、制药、冶金、建材、造纸等 |
| 2021 | 中控技术 (APC) | 28.6 | |
| 2019 | 中控技术 (SIS) | ~25 | 炼化及石油化工、化工等 |
| 2019 | 康吉森 (SIS) | ~25 | 炼化及石油化工、化工等 |
| 科远智慧 | 石油、化工、光伏、电力、钢铁等 | ||
| 国电智深 | 大型火电、水电、煤化工等 | ||
| 广利核 | 核电 | ||
| 优稳自动化 | 化工、制药、炼油、石化、钢铁、能源、建材等 | ||
| 新华控制 | 电力、环保、市政工程、水泥、石化、冶金等 | ||
| 新航道 | 电力、化工、冶金、热力、风电、建材等 |
3. 国内DCS技术比较分析
国内主要的DCS制造商在技术上各有侧重和特点，以满足不同行业和应用场景的需求。
中控技术致力于构建从底层硬件到上位软件的完整工业自动化产品线 。其于2007年推出的新一代ECS-700大型联合控制系统，标志着其具备了处理大型和关键工业项目的能力 。中控技术还开发了i-OMC系统，并在湖北三宁等工厂成功应用，显著提高了运行效率和生产稳定性 。在技术创新方面，中控技术推出了Nyx通用控制系统，该系统采用软件定义、完全数字化和云原生架构，并深度融合了人工智能技术，实现了自动化组态生成和AI集成的PID控制等先进功能 。此外，中控技术非常注重系统的高可靠性，例如在其控制系统中采用了热冗余等技术 。
和利时自动化在技术方面也取得了显著的成就。其开发的OCS工业光总线控制系统，创新地采用了软件定义I/O和全光纤传输技术，从现场到控制柜实现了全程光纤通讯，从而降低了工程成本和缩短了项目周期 。和利时还推出了HiaPlant智能化平台，该平台不仅支持符合IC6131-3标准的算法，还支持C等高级语言，方便用户集成其工业知识和算法 。针对制药行业，和利时提供了集成的控制系统解决方案，涵盖了DCS、SIS以及符合GMP规范的计算机化系统等，满足制药行业特殊的监管和操作要求 。此外，和利时还成功开发了应用于核电领域的HOLLiAS-N系统 。
新华控制专注于为电力、环保等行业提供DCS解决方案 。在逻辑设计组态过程中，新华控制采用了模块化、阶段化和结构化的方法，使得控制策略更加清晰有效，同时也便于调试和修改，提高了系统的安全性 。新华控制还开发了一种DCS系统架构，该架构采用了三重冗余技术，以确保系统的高度可靠性 。
科远智慧开发的NT6000分散控制系统已广泛应用于节能减排项目 。该公司在国产替代方面取得了重要突破，其100%自主可控的NT6000 V5系统成功替换了国内首台660MW超临界机组的进口DCS 。科远智慧还致力于将智能控制技术应用于无人化操作和先进制造等领域 。
国电智深以其完全自主知识产权的EDPF系列控制系统而闻名 。该公司在中国大型自动化DCS的研发方面处于领先地位，尤其是在电力行业 。国电智深还推出了智能发电运行控制系统（ICS），具备智能监视和报警等功能 ，并率先将其国产智能控制系统应用于百万千瓦级机组 。
广利核专注于核电DCS领域，其开发的“和睦系统”覆盖了核安全级和非安全级应用 。广利核的技术重点在于满足核电站对高可靠性和严格安全标准的极高要求 。该公司还开发了采用高强度钢的轻量化核安全级DCS机柜 。
优稳自动化提供包括UW600大型DCS在内的多种DCS和SIS产品，服务于化工、制药等多个行业 。该公司还自主研发了OCS工业光总线控制系统 ，并致力于为各行业提供高性价比的自动化解决方案 。
国内DCS制造商的技术发展呈现出自主创新和专业化并行的趋势。中控技术和和利时等领先企业正在积极开发自己的核心技术，例如中控技术的Overdrive内核和Nyx架构，以及和利时的光总线技术，这有助于减少对国外技术的依赖，并增强其市场竞争力。同时，一些国内厂商，如广利核和国电智深，则专注于特定的高价值行业，如核电和发电，通过深入的技术积累和行业经验，为这些关键领域提供定制化的解决方案。此外，国内DCS产品普遍采用了先进的技术，如光纤通信（和利时）、冗余技术（新华控制）以及人工智能集成（中控技术、广利核），这表明国内DCS技术正在不断进步，以满足日益复杂的工业需求。
4. DCS与云计算、IT和人工智能的集成
分布式控制系统（DCS）正积极地与云计算、信息技术（IT）和人工智能（AI）等新兴技术进行融合，以提升其功能和应用价值。
中控技术推出的Nyx系统是一个云原生的通用控制系统，这标志着工业控制领域开始利用云计算的弹性部署和可扩展性 。云计算平台为DCS系统提供了数据存储、高级分析和安全远程访问的强大基础设施，使得用户可以更有效地管理和优化工业过程 。通过将虚拟化和仿真技术与云平台相结合，可以在实际部署之前对DCS应用程序进行测试和调试，从而降低风险并缩短启动时间 。华为云提供的分布式缓存服务（DCS）可以与工业控制系统协同使用，以增强数据管理能力，提供高速缓存、高可靠性和可扩展性等关键特性 。
DCS是工业互联网的关键组成部分，为工业互联网的实施奠定了基础，提供了实时控制和数据采集的核心功能 。DCS与制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）系统的集成对于实现全面的工厂级控制和管理至关重要，它连接了操作技术（OT）和信息技术（IT） 。中控技术专注于构建一个集成了DCS、MES和ERP的工业信息化架构 。这种集成促进了控制层和管理层之间的数据顺畅交换，从而能够做出更明智的决策并优化整体运营效率 。
与化工企业IT部门对话中了解到，与DCS相结合的轻量化MES是他们现阶段在规划的方向，如何为化工企业提供具备定制化功能的MES系统，是需求痛点。企业需要的是过渡、具备定制化能力的产品，而不是中控大厂一步到位、大规模投资的新设备。
中控技术在将人工智能融入其DCS产品方面处于领先地位，开发了AI驱动的控制引擎，实现了自动化组态生成和AI集成的PID控制等先进功能 。人工智能正被越来越多地应用于DCS控制的工业过程中，用于数据预测、基于实时状况的自适应控制、预测性维护以及异常检测 。国内制造商正在积极开发AI算法，以优化控制策略，提高DCS管理的复杂工业运营的效率和安全性 。广利核，作为核电DCS的专业厂商，也在探索使用像DeepSeek这样的人工智能大模型来提高其高度监管系统的产品研发和测试验证等关键领域的效率 。
虽然云计算在中国DCS领域的集成尚处于早期阶段，但中控技术等国内厂商推出的云原生DCS系统预示着未来可能会更多地采用基于云的DCS解决方案，以获得更强的灵活性和数据管理能力。国内制造商对DCS-MES-ERP集成的强烈重视，反映了他们对工业企业全面数字化转型的关注，旨在打破数据孤岛，提高企业各个层级的运营效率。以中控技术为代表的国内厂商，以及广利核在核电领域的探索，都在积极将人工智能融入DCS，这标志着中国正在朝着更智能、更自主的工业控制系统迈进，这些系统能够实现自我优化和预测功能。
5. 化工行业对云计算的需求
化工行业，无论是上游的原材料供应商和基础化学品生产商，还是下游的精细化学品和化学产品制造商，都对云计算展现出日益增长的需求。
上游化工企业可能需要云计算来优化供应链管理，实现对原材料库存、供应商绩效和潜在中断的实时监控。物流和运输对于这些公司至关重要，云计算解决方案可以帮助优化运输路线、高效管理车队并跟踪货物，确保原材料和基础化学品及时送达下游加工商。分析与市场趋势、原材料价格波动以及自身运营绩效相关的大量数据，需要借助云端数据湖和分析工具。与广泛的供应商、分销商和其他利益相关者进行协作和沟通，可以通过云平台得到显著改善，实现无缝的信息共享和项目管理。对于运营地点分散的企业，例如原材料开采点，云计算提供的远程监控功能可以提供有价值的运营参数洞察，尽管出于安全和延迟考虑，直接的DCS实时控制仍可能保留在本地。
了解本地企业的供应链基础设施，如何为企业的供应链提供针对性的云化方案是需要思考的！
下游化工企业，专注于生产特种化学品和各种化工产品，对基于云的高级过程控制（APC）和优化软件有强烈的需求。这使他们能够分析DCS系统产生的大量生产数据，从而发现提高效率、最大化产品产量和确保质量一致性的机会。预测性维护是另一个关键需求，基于云的资产性能管理（APM）解决方案可以集成来自DCS系统的实时和历史数据，帮助预测潜在的设备故障，从而实现主动维护计划并最大程度地减少意外停机。维持高产品质量和遵守严格的法规对于下游化工制造商至关重要。基于云的质量管理系统（QMS）可以帮助跟踪质量数据、电子化管理批次记录、确保符合行业标准并促进审计。对于生产特种化学品的公司而言，管理客户关系和提供定制化服务至关重要。基于云的客户关系管理（CRM）系统可以帮助跟踪客户互动、管理销售渠道并提供个性化支持。研发（R&D）在特种化学品领域发挥着至关重要的作用。云平台可以为存储和分析研究数据提供安全且可扩展的环境，促进地理上分散的研发团队之间的协作，并可能提供对云端仿真工具的访问，用于设计和测试新的化学工艺和产品。鉴于化工生产的能源密集型特性，基于云的能源管理系统对于监控和优化整个生产设施的能源消耗非常有价值。与DCS系统中关于工艺能源使用的数据集成可以为提高能效提供精细的洞察。
化工行业固有的复杂性、严格的安全法规以及持续优化以管理成本和质量的需求，使得云计算提供的高级数据处理和分析能力具有重要的价值。这表明，云计算在中国化工行业的价值链中具有巨大的应用潜力。上游企业可能最初侧重于利用云计算优化供应链和物流，以确保原材料的可靠和经济的流动，而下游企业则更倾向于利用云计算来增强其核心制造过程，通过与本地DCS基础设施直接集成的高级过程控制、预测性维护和质量管理系统来实现。然而，考虑到化工生产的关键性质，通常涉及危险材料和工艺，以及工业控制系统日益增长的网络安全风险，安全和数据隐私将是化工企业采用云计算解决方案时最重要的问题。混合云模式，允许企业将敏感的运营数据和关键控制功能保留在本地，同时利用云进行分析和不太敏感的应用，可能会成为一种更受青睐的部署策略，以平衡云计算的优势与对核心运营的强大安全性和控制的需求。
6. 结论与未来趋势
中控技术在中国国内DCS市场占据着显著的领先地位，而其他国内厂商则在特定的细分领域展现出专业化优势。国内DCS制造商在技术上不断创新，例如中控技术的Overdrive内核和Nyx架构，以及和利时的光总线技术。国产替代的趋势仍在继续，国内DCS供应商的竞争力日益增强。
展望未来，中国的DCS市场将呈现出与云计算更紧密的集成，从而增强数据分析、远程监控和预测性维护能力。DCS与IT系统的融合以及工业互联网在工业环境中的更广泛应用也将成为趋势。人工智能和机器学习将在DCS中发挥越来越重要的作用，用于过程优化、预测性维护和提高运营效率。政府对国内DCS制造商及其技术进步的支持也将持续下去。模块化和灵活的DCS系统有望得到更广泛的应用 。
对于化工企业而言，在选择DCS供应商之前，应彻底评估其特定的控制和数据管理需求。应考虑与云计算、IT和AI系统进行长期集成的路线图。评估不同国内DCS制造商的技术优势和行业专业知识至关重要。应优先考虑那些具有强大网络安全能力以及清晰的云平台安全集成策略的供应商。化工企业还应探索AI驱动的DCS功能在过程优化和预测性维护方面的潜力，以提高运营效率并降低成本。
中国DCS市场的未来将受到化工等行业数字化转型步伐的深刻影响，云计算、IT集成和人工智能将成为创新和效率提升的关键驱动因素。能够成功集成这些新兴技术，同时保持强大的安全性和可靠性的国内DCS制造商，将更有能力在未来的市场中占据更大的份额，并在高端DCS市场与国际厂商竞争。中国的化工企业应积极探索云集成和AI增强的DCS解决方案的潜力，通过优化运营、提高产品质量和降低成本来获得竞争优势，同时确保数据安全和合规性。
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