工業控制系統

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工業控制系統(Industrial Control System)

　　工業控制系統是指由電腦與工業過程式控制制部件組成的自動控制系統。

　　工業過程式控制制部件對實時數據進行採集、監測,在電腦的調配下,實現設備自動化運行以及對業務流程的管理與監控,其特點主要表現在數據傳送的實時性、數據的事件驅動及數據源主動推送等。隨著電腦技術、通信技術和控制技術的發展，傳統的控制領域正經歷著一場前所未有的變革，開始向網路化方向發展。控制系統的結構從最初的CCS（電腦集中控制系統），到第二代的DCS（分散控制系統），發展到現在流行的FCS（現場匯流排控制系統）。

　　電腦及網路技術與控制系統的發展有著緊密的聯繫。最早在50年代中後期，電腦就已經被應用到控制系統中。60年代初，出現了由電腦完全替代模擬控制的控制系統，被稱為直接數字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，隨著微處理器的出現，電腦控制系統進入一個新的快速發展的時期，1975年世界上第一套以微處理為基礎的分散式電腦控制系統問世，它以多台微處理器共同分散控制，並通過數據通信網路實現集中管理，被稱為集散控制系統（DistributedControlSystem,DCS）。

　　進入80年代以後，人們利用微處理器和一些外圍電路構成了數字式儀錶以取代模擬儀錶，這種DDC的控制方式提高了系統的控制精度和控制的靈活性，而且在多迴路的巡迴採樣及控制中具有傳統模擬儀錶無法比擬的性能價格比。80年代中後期，隨著工業系統的日益複雜，控制迴路的進一步增多，單一的DDC控制系統已經不能滿足現場的生產控制要求和生產工作的管理要求，同時中小型電腦和微機的性能價格比有了很大提高。於是，由中小型電腦和微機共同作用的分層控制系統得到大量應用。

　　進入90年代以後，由於電腦網路技術的迅猛發展，使得DCS系統得到進一步發展，提高了系統的可靠性和可維護性，在今天的工業控制領域DCS仍然占據著主導地位，但是DCS不具備開放性，佈線複雜，費用較高，不同廠家產品的集成存在很大困難。從八十年代後期開始，由於大規模集成電路的發展，許多感測器、執行機構、驅動裝置等現場設備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統一的通信協議通信介面的現場設備連接起來，在設備層傳遞的不再是I/O（4～20mA/24VDC）信號，而是數字信號，這就是現場匯流排。由於它解決了網路控制系統的自身可靠性和開放性問題，現場匯流排技術逐漸成為了電腦控制系統的發展趨勢。從那時起，一些發達的工業國家和跨國工業公司都紛紛推出自己的現場匯流排標準和相關產品，形成了群雄逐鹿之勢。

　　隨著互聯網+和新一代信息技術的不斷滲透和蔓延，占據工業互聯網+“控制大腦”地位的工業控制系統也不可避免地朝著“互聯網++”方向發展。工業控制系統原有相對封閉的使用環境逐漸被打破，開放性和互聯性越來越強，使得工業控制系統與各種業務系統的協作成為可能，工業設備、人、信息系統和數據的聯繫越來越緊密，系統一體化、設備智能化、業務協同化、信息共用化、決策需求全景化、全部過程網路化等成為工業控制系統的發展趨勢。據SHINE、SHODAN等互聯網+工業控制系統搜索引擎獲得的數據顯示，數以億計的工業控制系統已經與互聯網+連接，包括SCADA、PLC、RTU及與其相連的電腦、伺服器、網關等。“互聯網++”並非僅限於工業控制系統的一個首碼，簡單地與互聯網+相連並不能形成真正的“互聯網++工業控制系統”，只有實現“1+1>2”的創新融合，才能讓互聯網+和工業控制系統成為密不可分、互相促進的有機整體，從而迸發出新的生產力，然而這條創新融合之路還面臨諸多挑戰。

　　一是關鍵技術亟待突破。這場融合的浪潮才剛剛開始，能否運用大數據技術實現工業數據的海量獲取、精準分析和整合反饋，提升工業控制系統的智能控制與決策能力;能否藉助物聯網實現感測器、控制器、工業設備之間的無縫對接和遠程設備管控，滿足分散式工業控制系統的互聯互通需求;能否利用雲計算技術打造雲製造平臺，實現資源盤活、按需獲取、降低成本、協同製造甚至是全球共用等等，還有很多現在無法想象或尚未成熟的各種融合技術都需要腳踏實地地設計與實施，才能實現“互聯網++工業控制系統”的完美對接。

　　二是生態環境尚未建立。“互聯網++”下工業控制系統跨領域、跨行業應用的特征將更為凸出，順應 “互聯網++”打破系統隔離、信息孤島、行業壁壘的趨勢，實現模式上的創新、觀念上的變革，加強產業鏈協同創新和生產信息互通共用，完成從產品設計到生產製造再到市場營銷全流程一體化，構建起一個覆蓋整個產業鏈條上各主體的完整的生態圈是推進“互聯網++工業控制系統”快速發展的關鍵，也是擺在我們面前、亟待解決的問題。

　　三是跨界標準嚴重缺失。隨著信息技術的引入，工業控制系統從傳統的獨立和封閉變得愈發智能、透明、開放和互聯。然而，如果沒有大量統一的技術標準、服務標準、管理標準和安全標準，很難實現系統兼容、數據共用、信息安全以及互聯互通。德國提出標準先行，將標準作為其“工業4.0”優先實施的領域之一，認為標準是信息技術與工業技術融合發展的內在要求，組建了跨行業、跨領域的標準化工作組，制定了《“工業4.0”標準化路線圖》，在標準方面做出一系列前瞻性佈局，重點開展跨界術語、參考模型等急需標準的制定工作。因此，工業控制系統集成、互聯互通和融合升級過程中標準不統一的問題亟待解決，以便搶占全球競爭的標準制高點。