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工業自動化的未來丨一文看懂“如來方略柜”和SCADA、DCS
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工業自動化的未來丨一文看懂“如來方略柜”和SCADA、DCS

作者:
文/智物聯網絡
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【摘要】:隨著工業企業智能化應用普及和水平的提升,工業自動化系統和產品越來越的出現在人們的眼前。其中較為常見的包括SCADA、DCS、FCS、PLC等等
那么SCADA、DCS到底是何物? “如來方略柜”何以為“方略”? 工業自動化的未來到底會走向何方?

智物聯

工業自動化的未來將走向何方?

 

 

智物聯Mixlinker

隨著工業企業智能化應用普及和水平的提升,工業自動化系統和產品越來越的出現在人們的眼前。其中較為常見的包括SCADA、DCS、FCS、PLC等等

 

那么SCADA、DCS到底是何物? “如來方略柜”何以為“方略”? 工業自動化的未來到底會走向何方?

 

SCADA(監控和數據采集系統)

從20世紀70年代至今,SCADA已經歷單體系統、分布系統、網絡系統、多系統融合四個時代。綜合利用計算機技術、控制技術、通信與網絡技術,實現對測控點分散的各種過程或設備的實時數據采集,本地或遠程的自動控制,以及生產過程的全面實時監控。

▽SCADA監控和數據采集系統▽

 

SCADA的重點在于“數據采集和監控”,對數據采集的速度、數據處理的能力和數據呈現的效果的要求很高。在設備側有一個RTU或者DTU之類的設備,能夠同時實現采集數據和向上位機傳輸數據。上位機收取數據后再轉發至數據庫保存。SCADA應用軟件再從數據庫中調用數據進行呈現。


 

DCS(分布式控制系統)

DCS分布式控制系統又稱之為集散控制系統,是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統,它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。
 

 

▽DCS分布式控制系統▽

 

DCS通常部署在工業現場,通過有線網絡甚至工業總線來對設備進行聯網,并通過上位機(一般是一個PLC)對各個下位機(也是部署在各個設備或生產環節上的PLC)進行控制。在應用側又需要多個應用軟件系統來對上位機進行操作,從而實現對下位設備的精細控制。

 

▽SCADA和DCS特征對比▽

 

 

 

 

工控系統的挑戰與未來

1

廣泛涉及基礎設施,系統穩定如何保障?

SCADA和DCS系統大多涉及基礎設施,如電力電網、油氣傳輸、軌道交通、化工、火\核電領域。美國ICS-CERT通過信息產品、安全通告以及漏洞和微信信息共享提供了工業控制系統安全事件監控及行業態勢分析。由2012年10月至2013年3月期間,ICS-CERT監測到200多起工業控制系統安全事件:

 

2013年11月22日,山東省某地東黃線地下輸油管線破裂,原油出現泄漏。在管道破裂后SCADA系統雖然及時發現原油泄漏及漏點定位,但未及時發現原油已經進入市政管網。在搶修作業現場,原油發生爆燃,事故造成共62人死亡、136人受傷,直接經濟損失7.61億。

 
 

2

技術受制于人,信息安全如何保障?

工業控制系統結構復雜,國內企業起步較晚,在這些領域國外企業擁有極高話語權,并已占據行業的制高點,他們利用自身的技術優勢和行業占有率,廣泛參與到行業標準、國際標準的制定中,極力推行有利于自己利益的技術標準,使客戶在投資建設SCADA和DCS等系統時,被迫的傾向于選擇國外公司的產品。

 

 
 
 
 
 
 
稍感欣慰的是,在電力系統我國較早的進入自動化和數字化。經過多代人二十多年,中國電科院研發的CC-2000A和國網電科院研發的OPEN-3000,全面替代國外產品。2010年國家電網整個南北兩院研發優勢,實現D5000電網調度自動化系統軟件的研發,并已在國網調控中心應用。
 
 
 
 
 
 

 

在工業控制系統中高端工控產品80%以上由國外公司提供,如西門子、施耐德、霍尼韋爾、ABB等

 

 

 
 

系統不自主可控,如同自帶“定時炸彈”

 
 
 
在20世紀80年代,蘇聯特工從加拿大竊取了一套油氣管道SCADA系統,而這套系統已被美國人預先埋入邏輯炸彈,系統在運行一段時間后會不受控的調整油泵速度和閥門設置,從而產生大大超過油管接頭承受壓力,最終破壞整個管道系統。這個“邏輯炸彈”在1982年夏天被引爆,造成西伯利亞一條天然氣管道大爆炸;
 
 
◇ 在前不久,我們故事的主角換成了破而后立的俄羅斯,當然另一位依舊是美國;

6月,CCTV報道了兩條意味深長的國際快訊,美媒稱美國在俄羅斯電網系統植入可使系統癱瘓的攻擊性代碼,能隨時發動對俄羅斯電網系統的攻擊。隨后俄能源部反擊表示俄有能力保障國內電力系統安全穩定。這到底是美國人欲蓋彌彰還是確有其“實” 我們未可知。
 
 

但在技術層面受制于人,系統層面不自主可控,將會對民眾、企業和國家的信息安全構成了極大的威脅。

 
 

3

工業控制系統的智能化之路?

不可否認,歷經多年發展,SCADA和DCS等工業控制系統已日漸成熟,但由傳統工控思路孕育而成的它們,其靈活性、可擴展性均存有一定的瓶頸。
 
 
在今天,隨著數據庫系統、工業智能等發展,尤其是知識庫系統(KBS)和專家系統(ES)的應用,如自學習與控制、遠程診斷和工業現場最優解等,人工智能將會在工控系統各級實現。
 
 
在萬物互聯+AI的浪潮中,以目前工控系統的線性控制邏輯現狀,似乎大有“掉隊”趨勢[1]。 所以非線性的整體的策略優化和調度控制勢必是傳統工控系統邁向智能化的必經之路,而這之中“數學”將起到決定性的作用,這個時代需要“數學家”,工業控制的未來更需要“數學的能力”

 

線性控制:系統的輸入、輸出關系是簡單的對應關系,如:溫度高于30℃,就開啟空調。
 
 

 

如來柜(工業現場AI控制柜)

 

如來柜是一個基于邊緣計算、物聯網、大數據分析架構開發而成的一個工業互聯網軟、硬件一體系統。它由現場數據采集、物聯網平臺軟件和邊緣層計算與控制組成,其中非線性調度與控制正是其核心功能之一。

  • 非線性調度控制:在工業現場,探尋多設備,多種類設備協同工作場景中的優化運營“最優解”,幫助實現安全生產、節能降耗、增產增效;

  • 泛接入&再組織:支持對多個工業設備進行組織、重新定義對象,快速適配多種不同種類、不同型號工業設備;

  • 邊緣計算能力:工業現場、設備邊緣實現高效、高可靠數據應用;

  • 調度與控制:支持根據數據分析結果和調度算法,生成控制策略并下發;

  • 本地私有化部署:實現核心數據本地私有化+通用數據上云遠端展現,保障企業信息安全;

  • 低延遲高可控:將平臺軟件安裝在機柜的服務器中,實現本地計算和本地控制;

     
     

▽SCADA和DCS和如來柜特性對比

 

我們堅信,未來的工業自動化(工業控制)將是可視化(Visualization)、數字化(Digitization)、智能化(Intellectualization)的深度融合,在工業現場,探尋最佳生產和運營策略。

 

參考資料:

工業互聯網網絡安全解決方案白皮書

工業控制系統信息安全的安全保障-Achilles認證[J].自動化博覽

2014工業控制系統的安全與研究實踐[J].計算機安全

 

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