工业控制系统(Industrial Control System)
目录 |
工业控制系统是指由计算机与工业过程控制部件组成的自动控制系统。
工业过程控制部件对实时数据进行采集、监测,在计算机的调配下,实现设备自动化运行以及对业务流程的管理与监控,其特点主要表现在数据传送的实时性、数据的事件驱动及数据源主动推送等。随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）。
计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）。
进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。
进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。从八十年代后期开始，由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，人们便开始寻求用一根通信电缆将具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接起来，在设备层传递的不再是I/O（4～20mA/24VDC）信号，而是数字信号，这就是现场总线。由于它解决了网络控制系统的自身可靠性和开放性问题，现场总线技术逐渐成为了计算机控制系统的发展趋势。从那时起，一些发达的工业国家和跨国工业公司都纷纷推出自己的现场总线标准和相关产品，形成了群雄逐鹿之势。
随着互联网+和新一代信息技术的不断渗透和蔓延，占据工业互联网+“控制大脑”地位的工业控制系统也不可避免地朝着“互联网++”方向发展。工业控制系统原有相对封闭的使用环境逐渐被打破，开放性和互联性越来越强，使得工业控制系统与各种业务系统的协作成为可能，工业设备、人、信息系统和数据的联系越来越紧密，系统一体化、设备智能化、业务协同化、信息共享化、决策需求全景化、全部过程网络化等成为工业控制系统的发展趋势。据SHINE、SHODAN等互联网+工业控制系统搜索引擎获得的数据显示，数以亿计的工业控制系统已经与互联网+连接，包括SCADA、PLC、RTU及与其相连的计算机、服务器、网关等。“互联网++”并非仅限于工业控制系统的一个前缀，简单地与互联网+相连并不能形成真正的“互联网++工业控制系统”，只有实现“1+1>2”的创新融合，才能让互联网+和工业控制系统成为密不可分、互相促进的有机整体，从而迸发出新的生产力，然而这条创新融合之路还面临诸多挑战。
一是关键技术亟待突破。这场融合的浪潮才刚刚开始，能否运用大数据技术实现工业数据的海量获取、精准分析和整合反馈，提升工业控制系统的智能控制与决策能力;能否借助物联网实现传感器、控制器、工业设备之间的无缝对接和远程设备管控，满足分布式工业控制系统的互联互通需求;能否利用云计算技术打造云制造平台，实现资源盘活、按需获取、降低成本、协同制造甚至是全球共享等等，还有很多现在无法想象或尚未成熟的各种融合技术都需要脚踏实地地设计与实施，才能实现“互联网++工业控制系统”的完美对接。
二是生态环境尚未建立。“互联网++”下工业控制系统跨领域、跨行业应用的特征将更为凸出，顺应 “互联网++”打破系统隔离、信息孤岛、行业壁垒的趋势，实现模式上的创新、观念上的变革，加强产业链协同创新和生产信息互通共享，完成从产品设计到生产制造再到市场营销全流程一体化，构建起一个覆盖整个产业链条上各主体的完整的生态圈是推进“互联网++工业控制系统”快速发展的关键，也是摆在我们面前、亟待解决的问题。
三是跨界标准严重缺失。随着信息技术的引入，工业控制系统从传统的独立和封闭变得愈发智能、透明、开放和互联。然而，如果没有大量统一的技术标准、服务标准、管理标准和安全标准，很难实现系统兼容、数据共享、信息安全以及互联互通。德国提出标准先行，将标准作为其“工业4.0”优先实施的领域之一，认为标准是信息技术与工业技术融合发展的内在要求，组建了跨行业、跨领域的标准化工作组，制定了《“工业4.0”标准化路线图》，在标准方面做出一系列前瞻性布局，重点开展跨界术语、参考模型等急需标准的制定工作。因此，工业控制系统集成、互联互通和融合升级过程中标准不统一的问题亟待解决，以便抢占全球竞争的标准制高点。