第1章 工业控制系统概述

1.1 工业控制系统的基本概念

工业控制系统（Industrial Control System,ICS）是用于工业生产的多种控制系统的统称，包括监控和数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA）系统、分布式控制系统（Distributed Control System,DCS）、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）等，按照实现功能和通信网络的不同，可以分为管理调度层、网络通信层、集中监控层、现场控制层和采集执行层。

工业控制系统在几十年之内已经完成了多次更新换代：第一次是从20世纪50年代开始，由之前的气动、电动单元组合式模拟仪表、手动控制系统升级为使用模拟回路的反馈控制器，形成了使用计算机的集中式工业控制系统。第二次大约是在20世纪60年代，工业控制系统开始由计算机集中控制系统升级为集中式数字控制系统。系统中的模拟控制电路开始逐步更换为数字控制电路，并完成了继电器到可编程逻辑控制器的全面替换。由于系统的全面数字化，工业控制系统使用更为先进的控制算法与协调控制，从而使工业控制系统发生了质的飞跃。但由于集中控制系统直接面向控制对象，因此在集中控制的同时也集中了风险。第三次始于20世纪70年代中期，由于工业设备大型化、工艺流程连续性要求增加以及工艺参数控制量的增多，已经普及的组合仪表显示已经不能满足工业控制系统的需要。集中式数字控制系统逐渐被离散式控制系统所取代。大量的中央控制室开始使用CRT显示器对系统状态进行监视。越来越多的行业开始使用最新的离散式控制系统，包括炼油、石化、化工、电力、轻工以及市政工程。第四次是在20世纪90年代后期，集计算机技术、网络技术与控制技术于一体的全分散、全数字、全开放的工业控制系统——现场总线控制系统（FCS）应运而生。相比之前的分布式控制系统，现场总线控制系统具有更高的可靠性、更强的功能、更灵活的结构、对控制现场更强的适应性以及更加开放的标准。不同时期的工业控制系统如图1-1所示。

图1-1 不同时期的工业控制系统