工业控制系统(ICS)
工業控制系統(ICS)是一個集合術語,用于描述不同類型的控制系統和相關儀表,包括用于操作和/或自動化工業過程的設備、系統、網絡和控制。ICS可快速適配行業和應用場景的差異,高效地完成任務管理。如今,ICS幾乎應用于每個工業部門和關鍵基礎設施,如制造業、運輸業、能源和水處理行業。
ICS有幾種類型,其中最常見的是監控和數據采集(SCADA)系統和分布式控制系統(DCS)。
| 工業控制系統的類型 | |
| 監控和數據采集(SCADA) | SCADA不是一個可以提供完全控制的系統。相反,其能力集中在提供監督級別的控制。SCADA系統由分布在不同位置的設備(通常為可編程邏輯控制器(PLC)或其他商業硬件模塊)組成。SCADA系統可以采集和傳輸數據,并與人機界面(HMI)集成。人機界面為許多過程輸入和輸出提供集中監控。 使用SCADA的主要目的是通過集中控制系統對現場進行遠程監測和控制。SCADA系統可以自動完成這項任務,而不是讓工人長途旅行來執行任務或收集數據。通過現場設備遠程控制完成本地操作,如打開或關閉閥門和斷路器,從傳感器系統收集數據,并監測本地環境的報警條件。 SCADA系統通常用于涉及管道監測和控制、水處理中心和配電以及電力傳輸和配電的行業。 |
| 分布式控制系統(DCS) | 用于控制集中生產系統的系統。在DCS中,一個設定值被發送到控制器,該控制器能夠指示閥門,甚至執行器以保持所需設定值的方式運行。現場數據可以存儲以備將來參考,用于簡單的過程控制,甚至可以使用來自工廠另一部分的數據用于高級控制策略。 每個DCS使用集中監控回路來管理多個本地控制器或設備,這些控制器或設備是整個生產過程的一部分。這使行業能夠快速訪問生產和運營數據。通過在生產過程中使用多個設備,DCS能夠減少單個故障對整個系統的影響。 DCS也常用于制造業、發電、化工制造、煉油廠以及水和廢水處理等行業。 |
ICS環境的實際應用通常可能是DCS和SCADA的混合,兩個系統的功能共同服務于實際場景。
| 工業控制系統(ICS)環境的組件 | |
| IT 和OT | 運營技術 (OT) 包括監控和控制現場物理設備的硬件和軟件系統。OT因行業而異,例如溫度傳感器。 IT 和 OT 的融合為企業提供了更大的供應鏈集成和可見性,包括其關鍵資產、物流、計劃和運營流程。對供應鏈有良好的了解有助于組織保持競爭力。 |
| 可編程邏輯控制器 (PLC) | PLC是DCS 和 SCADA 系統中用作整個系統控制的關鍵部件。同時提供本地管理能力,例如基于傳感器和執行器等反饋控制設備進行過程控制管理。 在 SCADA 中,PLC 提供與遠程終端單元 (RTU) 相同的功能。在 DCS 中,PLC 用作監督控制方案中的本地控制器。 |
| 遠程終端單元 (RTU) | RTU 是微處理器控制的現場設備,它接收命令并將信息發送回 MTU。 |
| 控制回路 | 每個控制回路都由諸如 PLC 和執行器之類的硬件組成。控制回路接收來自傳感器、控制閥、斷路器、開關、電機和其他類似設備的信號。然后將這些傳感器測量的數據傳輸到控制器以執行任務。 |
| 人機界面 (HMI) | 允許操作員和控制器硬件之間進行交互的圖形用戶界面 (GUI) 應用程序。它還可以顯示 ICS 環境中設備收集的狀態信息和歷史數據。它還用于監控和配置設定點、控制算法以及調整和建立控制器中的參數。 |
| 遠程診斷和維護 | 用于識別故障、防止異常操作,并從異常操作或故障中恢復。 |
| 控制服務器 | 控制服務器托管DCS或PLC監控軟件,并與較低級別的控制設備進行通信。 |
| SCADA 服務器或主終端單元 (MTU) | 向現場 RTU 發出命令的設備。 |
| 智能電子設備(IED) | 獲取數據、與其他設備通信、進行本地處理和控制的智能設備。在 SCADA 和 DCS 等控制系統中使用 IED 可以自動完成本地級別的控制。 |
| 歷史數據服務器 | 集中數據庫,用于記錄 ICS 環境中的所有過程信息,然后將數據導出到公司IS。然后將收集到的數據用于過程分析、統計過程控制和企業級規劃。 |
什么是 ICS 系統?
SCADA系統完成什么功能
ICS通信概述
各種 ICS 環境中使用了多種通信協議。這些協議中的大多數都是為特定目的而設計的,例如過程自動化、樓宇自動化、電力系統自動化等等。部分協議可以確保不同制造商之間的互操作性,但是,有些協議只有在協議和設備來自同一制造商時才有效。
常見的 ICS 協議包括:
| 過程現場總線 (PROFIBUS) | PROFIBUS 在現場使用 RTU 到 MTU、MTU 到 MTU 和 RTU 到 RTU 通信。有兩種可用的變體:Profibus DP(分散式外圍設備),用于通過中央控制器操作傳感器和執行器,以及 Profibus PA(過程自動化),用于通過過程控制系統監控測量設備。 |
| 分布式網絡協議 (DNP3) | 基于數據鏈路層、應用層和傳輸層運行的三層協議。該協議廣泛用于電力和/或水和廢水處理廠。 |
| Modbus | 自 1979 年推出以來,Modbus 被認為是最古老的 ICS 協議之一。Modbus 使用與 PLC 的串行通信,并且已成為 ICS 環境中事實上的通信協議。Modbus實現有兩種類型:串行 Modbus——使用高級數據鏈路控制 (HDLC) 標準進行數據傳輸,以及 Modbus-TCP——使用 TCP/IP 協議棧傳輸數據。 |
| 開放平臺通信 (OPC) | OPC 是用于工業通信的一系列標準和規范。OPC 規范基于 Microsoft? 為 Windows? 操作系統系列(OLE、COM 和 DCOM)開發的技術。 |
| 樓宇自動化和控制網絡 (BACnet) | 應用領域包括:控制加熱、通風和空調控制 (HVAC);燈光;?建筑通道;和火災探測。 |
| 通用工業協議 (CIP) | CIP 是一組用于控制、安全、同步、配置、信息等的服務和消息。ICP可以集成到以太網和互聯網中。CIP 具有許多適應能力,可為不同類型的網絡提供相互通信和集成。 |
| 控制自動化以太網 (EtherCAT) | 一種開源通信協議,用于將以太網整合到工業環境中。EtherCAT 用于更新周期短 (≤ 100μs) 且抖動≤ 1μs 的自動化應用中。 |
實踐:工業控制上位機軟件 — MThingshttps://gulink.blog.csdn.net/article/details/106441890
總結
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