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工业自动化的未来丨一文看懂“如来方略柜”和SCADA、DCS
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工业自动化的未来丨一文看懂“如来方略柜”和SCADA、DCS

作者:
文/智物联网络
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【摘要】:随着工业企业智能化应用普及和水平的提升,工业自动化系统和产品越来越的出现在人们的眼前。其中较为常见的包括SCADA、DCS、FCS、PLC等等
那么SCADA、DCS到底是何物? “如来方略柜”何以为“方略”? 工业自动化的未来到底会走向何方?

工业自动化的未来将走向何方?

 

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随着工业企业智能化应用普及和水平的提升,工业自动化系统和产品越来越的出现在人们的眼前。其中较为常见的包括SCADA、DCS、FCS、PLC等等


那么SCADA、DCS到底是何物? “如来方略柜”何以为“方略”? 工业自动化的未来到底会走向何方?

 

SCADA(监控和数据采集系统)

从20世纪70年代至今,SCADA已经历单体系统、分布系统、网络系统、多系统融合四个时代。综合利用计算机技术、控制技术、通信与网络技术,实现对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集,本地或远程的自动控制,以及生产过程的全面实时监控。

▽SCADA监控和数据采集系统▽

 

SCADA的重点在于“数据采集和监控”,对数据采集的速度、数据处理的能力和数据呈现的效果的要求很高。在设备侧有一个RTU或者DTU之类的设备,能够同时实现采集数据和向上位机传输数据。上位机收取数据后再转发至数据库保存。SCADA应用软件再从数据库中调用数据进行呈现。


 

DCS(分布式控制系统)

DCS分布式控制系统又称之为集散控制系统,是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

 

▽DCS分布式控制系统▽

 

DCS通常部署在工业现场,通过有线网络甚至工业总线来对设备进行联网,并通过上位机(一般是一个PLC)对各个下位机(也是部署在各个设备或生产环节上的PLC)进行控制。在应用侧又需要多个应用软件系统来对上位机进行操作,从而实现对下位设备的精细控制。

 

▽SCADA和DCS特征对比▽

 

 

 

工控系统的挑战与未来

1

广泛涉及基础设施,系统稳定如何保障?

SCADA和DCS系统大多涉及基础设施,如电力电网、油气传输、轨道交通、化工、火\核电领域。美国ICS-CERT通过信息产品、安全通告以及漏洞和微信信息共享提供了工业控制系统安全事件监控及行业态势分析。由2012年10月至2013年3月期间,ICS-CERT监测到200多起工业控制系统安全事件:

2013年11月22日,山东省某地东黄线地下输油管线破裂,原油出现泄漏。在管道破裂后SCADA系统虽然及时发现原油泄漏及漏点定位,但未及时发现原油已经进入市政管网。在抢修作业现场,原油发生爆燃,事故造成共62人死亡、136人受伤,直接经济损失7.61亿。


2

技术受制于人,信息安全如何保障?

工业控制系统结构复杂,国内企业起步较晚,在这些领域国外企业拥有极高话语权,并已占据行业的制高点,他们利用自身的技术优势和行业占有率,广泛参与到行业标准、国际标准的制定中,极力推行有利于自己利益的技术标准,使客户在投资建设SCADA和DCS等系统时,被迫的倾向于选择国外公司的产品。

 

稍感欣慰的是,在电力系统我国较早的进入自动化和数字化。经过多代人二十多年,中国电科院研发的CC-2000A和国网电科院研发的OPEN-3000,全面替代国外产品。2010年国家电网整个南北两院研发优势,实现D5000电网调度自动化系统软件的研发,并已在国网调控中心应用。

 

在工业控制系统中高端工控产品80%以上由国外公司提供,如西门子、施耐德、霍尼韦尔、ABB等

 

 


系统不自主可控,如同自带“定时炸弹”


在20世纪80年代,苏联特工从加拿大窃取了一套油气管道SCADA系统,而这套系统已被美国人预先埋入逻辑炸弹,系统在运行一段时间后会不受控的调整油泵速度和阀门设置,从而产生大大超过油管接头承受压力,最终破坏整个管道系统。这个“逻辑炸弹”在1982年夏天被引爆,造成西伯利亚一条天然气管道大爆炸;

◇ 在前不久,我们故事的主角换成了破而后立的俄罗斯,当然另一位依旧是美国;

6月,CCTV报道了两条意味深长的国际快讯,美媒称美国在俄罗斯电网系统植入可使系统瘫痪的攻击性代码,能随时发动对俄罗斯电网系统的攻击。随后俄能源部反击表示俄有能力保障国内电力系统安全稳定。这到底是美国人欲盖弥彰还是确有其“实” 我们未可知。

但在技术层面受制于人,系统层面不自主可控,将会对民众、企业和国家的信息安全构成了极大的威胁。


3

工业控制系统的智能化之路?

不可否认,历经多年发展,SCADA和DCS等工业控制系统已日渐成熟,但由传统工控思路孕育而成的它们,其灵活性、可扩展性均存有一定的瓶颈。

在今天,随着数据库系统、工业智能等发展,尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用,如自学习与控制、远程诊断和工业现场最优解等,人工智能将会在工控系统各级实现。

在万物互联+AI的浪潮中,以目前工控系统的线性控制逻辑现状,似乎大有“掉队”趋势[1]。 所以非线性的整体的策略优化和调度控制势必是传统工控系统迈向智能化的必经之路,而这之中“数学”将起到决定性的作用,这个时代需要“数学家”,工业控制的未来更需要“数学的能力”

 

线性控制:系统的输入、输出关系是简单的对应关系,如:温度高于30℃,就开启空调。

 

如来柜(工业现场AI控制柜)

 

如来柜是一个基于边缘计算、物联网、大数据分析架构开发而成的一个工业互联网软、硬件一体系统。它由现场数据采集、物联网平台软件和边缘层计算与控制组成,其中非线性调度与控制正是其核心功能之一。

  • 非线性调度控制:在工业现场,探寻多设备,多种类设备协同工作场景中的优化运营“最优解”帮助实现安全生产、节能降耗、增产增效;

  • 泛接入&再组织:支持对多个工业设备进行组织、重新定义对象,快速适配多种不同种类、不同型号工业设备;

  • 边缘计算能力:工业现场、设备边缘实现高效、高可靠数据应用;

  • 调度与控制:支持根据数据分析结果和调度算法,生成控制策略并下发;

  • 本地私有化部署:实现核心数据本地私有化+通用数据上云远端展现,保障企业信息安全;

  • 低延迟高可控:将平台软件安装在机柜的服务器中,实现本地计算和本地控制;

▽SCADA和DCS和如来柜特性对比

 

我们坚信,未来的工业自动化(工业控制)将是可视化(Visualization)、数字化(Digitization)、智能化(Intellectualization)的深度融合,在工业现场,探寻最佳生产和运营策略。

 

参考资料:

工业互联网网络安全解决方案白皮书

工业控制系统信息安全的安全保障-Achilles认证[J].自动化博览

2014工业控制系统的安全与研究实践[J].计算机安全

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