工业控制系统ICS(Industrial Control System)是指用于监控和控制工业过程的计算机系统。 它主要应用于工业自动化领域,包括能源、制造、交通、水利等各个行业。
常见的ICS: 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、 分散式控制系统(Distributed Control System,DCS)、 监控与数据采集系统(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。 它采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
DCS分散式控制系统(Distributed Control System, DCS) 在国内自控行业又称为分布式控制系统、集散控制系统。 DCS是一个由过程控制级、过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机、通信、显示和控制等技术,DCS基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、灵活配置以及方便组态。DCS分散式控制系统(Distributed Control System, DCS) 在国内自控行业又称为分布式控制系统、集散控制系统。 DCS是一个由过程控制级、过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机、通信、显示和控制等技术,DCS基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、灵活配置以及方便组态。
工程师站(Engineer Station, ES)
主要给仪表工程师使用,作为系统设计和维护的主要工具。仪表工程师可在工程师站上进行系统配置、I/O数据设定、报警和报表设计打印、操作画面设计和控制算法设计等工作。一般每套系统配置一台工程师站即可。工程师站可以通过网络连入系统在线(On-Line)使用,比如在线进行算法仿真调试,也可以不连入系统离线(Off-Line)运行。基本上在系统投运后,工程师站就可以不再连入系统甚至不上电。
操作员站(Operator Station, OS)
主要由运行操作员使用,作为系统投运后日常值班操作的人机接口(Man-Machine Interface, MMI)设备使用。在操作员站上,操作人员可以监视工厂的运行状况并进行少量必要的人工控制。每套系统按工艺流程的要求,可以配置多台操作员站,每台操作员站供一位操作员使用,监控不同的工艺过程,或者多人备份同时监控相同的工艺过程。有的操作员人机接口还需配置大屏幕(占一面墙)进行显示。
系统服务器(System Server)
一般每套DCS配置一台或一对冗余的系统服务器。系统服务器的用途可以有很多种,各个厂家的定义可能有差别。总的来说,系统服务器可以用作:
①系统级的过程实时数据库,存储系统中需要长期保存的过程数据;
②向企业管理信息系统(Management Information System, MIS)提供单向的过程数据,此时为区别慢过程的MIS办公信息,将安装在服务器上的过程信息系统称为RealMIS,即实时管理信息系统,因为它提供的是实时的工艺过程数据;
③作为DCS向其他系统提供通信接口服务并确保系统隔离和安全,如防火墙(FireWall)功能。
主控制器(Main Control Unit, MCU)
主控制器是DCS中各个现场控制站的中央处理单元,是DCS的核心设备。在一套DCS应用系统中,根据危险分散的原则,按照工艺过程的相对独立性,每个典型的工艺段应配置一对冗余的主控制器,主控制器在设定的控制周期下,循环执行以下任务:从I/O设备采集现场数据→执行控制逻辑运算→向输出设备输出控制指令→与操作员站进行数据交换。
输入/输出设备(I/O设备)
用于采集现场信号或输出控制信号,主要包含模拟量输入(Analog Input, AI)设备、模拟量输出(Analog Output,AO)设备、开关量输入(Digital Input,DI)设备、开关量输出(Digital Output, DO)设备、脉冲量输入(Pulse Input,PI)设备以及一些其他的混合信号类型I/O设备或特殊I/O设备。
控制网络(Control Network, CNET)及设备
控制网络用于将主控制器与I/O设备连接起来,其主要设备包括通信线缆(即通信介质)、重复器、终端匹配器、通信介质转换器、通信协议转换器及其他特殊功能的网络设备。
系统网络(System Network, SNET)及设备
系统网络用于将操作员站、工程师站、系统服务器等操作层设备和控制层的主控制器连接起来。组成系统网络的主要设备有网络接口卡、集线器(或交换机)、路由器和通信线缆等。
电源转换设备
主要为系统提供电源,主要设备包含AC-DC转换器、双路AC切换装置(仅在某些场合使用)和不间断电源(UPS)等。 机柜和操作台
机柜用于安装主控制器、I/O设备、网络设备以及电源装置。操作台用于安装操作员站设备。
数据监控与采集(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)系统是一种大规模的分布式系统,用来控制和管理地理位置上广域分布的资产,这些资产一般分散在数千平方公里范围内。 SCADA系统广泛应用在供水工程、污水处理系统、石油和天然气管网、电力系统和轨道交通系统中。
SCADA控制中心集中监视和控制远距离通信网络中的野外现场节点设备,包括告警信息和过程状态数据等。中央控制中心依靠从远程站点获取的信息,生成自动化的或者过程驱动型的监视指令并发送至远程站点,以实现对远程装置的实时控制,这类远程装置就是工业领域的现场设备。 现场设备操作类似阀门和断路器的开启/关闭、传感器数据采集和现场环境监视报警等本地作业。
SCADA系统硬件
SCADA系统主要由一系列远程终端单元(RTU)和中心控制主站系统组成,RTU收集现场数据,并通过通信系统反馈数据给主站,主站显示这些采集到的数据并允许操作员执行远程控制任务。