工业领域SCADA与ICS术语的区别

Posted 2020-09-10

初入工业领域的新手，对于SCADA系统和ICS系统有什么区别很难做一个区分，因为有些人告诉我们这是没有区别的。但是如果没有区别，那为什么我们需要两个不同的名字？

这个问题一直困扰着我很久，我觉得要解释这个问题，可能需要这个工程师在工业自动化领域工作多年，对工业自动化有相当深的认识才可以。在工业自动化领域，专业的术语不仅有SCADA和ICS，还有过程控制，离散控制，工业自动化，制造自动化系统，分布式控制系统，能源管理系统等等。我觉得作为一个初学者，搞清楚这些术语的含义以及这些术语的历史来源，是我们入门的第一步。

SCADA系统，严格来讲是工业控制系统(ICS,Industrial Control System) 的一部分，但现在很多时候SCADA系统和工控系统都是混用。所以使得我们这些入门这困惑不已。一般来讲，SCADA通常指跨越大型地理区域的控制系统，例如气体管道、输电系统或配水系统，因为在最初的时候，大型的工厂系统往往都是这些输气输水输电的大型工厂模型。基于传统的原因，“SCADA”就通常被新闻界、政府官员和公众所熟知和引用，这样照成的结果就是新闻界、政府官员和公众都认为SCADA是代表了工业自动化的一个术语。而工业界也同时使用这两个术语SCADA和ICS，但是就技术角度来说，“SCADA”仅仅是指那些用于覆盖广泛地理区域的控制系统，如果要代指的是所有类型的工业自动化，"ICS"才是工业界在技术上对工业自动化的称呼最正确的术语。

明白了SCADA和ICS的区别之后，那么我们就需要来看看SCADA以及ICS产生的来龙去脉了。

首先我们需要回顾微控制器之前工业控制的历史。在那些工业历史中，从事工业控制的从业者们接触的是：

1、过程控制

2、离散控制

3、广域控制

那个时候没有PLC、DCS以及SCADA这些术语，有的只有这些：如过程控制、离散控制以及广域控制等等术语，而这些术语中，过程控制系统使用机械气力学用于逻辑控制，离散控制系统使用继电器用于汽车等行业的工业控制，广域控制使用的晶体管和无线电实现地理和功能上的分散控制。这些不同的工业控制分类以及基础技术的差异也意味着系统、员工、功能和术语都将会有所差异。

在今天，这些分类因为微控制器的兴起而发生了改变，逐渐的兴起了一些新的名词术语，比如PLC、DCS以及SCADA等。这些术语是以微处理器为代表的一个新的工业控制时代因为核心技术的变革而引发的术语或者说是架构的变革。但是和微处理器之前一样，这些术语又和之前的过程控制等交叉存在，比如过程控制主要应用于精炼厂等行业，典型的控制设备是分布式控制系统（DCS）；离散控制主要应用于汽车等行业，典型的控制设备是可编程逻辑控制器（PLC）；而SCADA则应用于广域控制，所谓广域控制就是大范围的控制，比如大型传输管道行业，典型的控制设备是主终端单元（MTU）/ 远程终端单元（RTU）。

现在微控制器很快，每个人（特别是厂商）都意识到，理论上都可以将这些自动化控制都通过通用的微控制器来实现。我说“理论上”，因为在过去的这几年里，每一个垂直领域已经开发出了很多专门的知识和体系（习惯），这个是使用通用微处理来实现所有自动化控制的难点之一。但是，在今天的一个PLC中，我们可以使用PLC进行过程控制，因为它有一个PID控制器。当然，PLC有一个PID功能块，但是它缺少流程工程师在DCS上预期的70％的功能。类似地，在尝试对DCS进行高速离散控制也是可能的。现在我们也可以在SCADA系统上使用PLC作为远程终端单元等等这些融合以及打破了传统中微处理时代之前过程控制、离散控制以及广域控制的分类和技术划分，而基于微处理时代的工业自动化控制实现了融合的趋势。

到今天，所有的供应商正在慢慢地融合到真正可以移动到其他空间的产品。然而，仍然有很多经验和传统使得这不太可能。同样，产品被优化，以在给定的垂直方面表现最好的性能以及功能实现。基于这样的环境因素，利用传统的工业技术很难实现（或实现周期太长）将产品融合到真正可以移动到其他空间的产品。但是现在虚拟化技术的兴起已经颠覆了ICT行业的架构，实现了几乎所有ICT领域的异构架构的统一和融合。我看到很多厂商已经开始在对这一块加大投入，利用虚拟化技术颠覆原有的工业控制产品架构，可以快速实现上述所说，将产品融合到真正可以移动到其他空间的产品。

上述的这个针对PLC的虚拟化架构目前正有国外的一个机构在实现，这种虚拟化PLC的架构将PLC执行环境与I/O模块解耦来利用这些PLC功能模块，同时使用支持SDN的以太网架构提供与分离的I/O子系统的互联。

在vPLC中，PLC I/O总线被高速网络功能所取代，SDN允许在I/O结构上创建灵活的虚拟通道，以适应vPLC实例和I/O模块之间的连接流，例如传感器接口或运行控制器，并且基于SDN的控制可以提供灵活的业务隔离。此外，由于近年来在现场可编程门阵列（FPGA）和专用集成电路（ASIC）技术方面的进展，这种I/O模块可以使用FPGA或ASIC模块以更低的复杂度来构建。在这种架构中，SDN重新配置是通过SDN控制器经由与其北向接口交互的高可用性（HA）服务器（图中未示出）来管理的。HA服务器连续监视SDN交换机统计信息和路径可达性，在性能下降或故障的情况下触发重新配置过程。虚拟化PLC之后的发出是显而易见的，我们值得期待。

因此基于虚拟化架构的工业架构以及自动化控制架构，将会又是另一种以技术核心驱动的术语以及体系的改变。

言归正传，在外行人都在以SCADA来代表工业自动化系统的时候，我们工业界内部这些年针对于工业自动化的术语讨论在历史上也曾经发生了很多的讨论：

毫无疑问的是，工业控制系统（ICS，Industrial Control System）是这种讨论的获胜者，不然今天我们也没法使用ICS代表工业自动化的技术和体系。在这些争论中，工业自动化（IA，Industrial Automation） 曾经是一个非常有力的竞争者。制造和控制系统（M＆CS，Manufacturing and Control Systems）由ISA-99委员会使用，直到2006年停止使用。在停用之后，ISA-99委员会启用了工业自动化与控制系统（IACS，Industrial Automation and Control Systems），直到今天还在使用。控制系统（Control Systems）这个竞争者包含太笼统，因为它包括了楼宇自动化甚至家用电器的控制系统等等。最后一个是SCADA系统 ，工业界认为SCADA作为一个全面的术语，SCADA是不达标的，因为工业界所有的老工程师都认为SCADA是管道系统、输电等的广域控制的统称。据说这个讨论曾经持续时间长达30年之久，最后很多控制工程师共同觉得将“工业控制系统”（ICS）定义为全面的工业控制领域的全面统称术语。

但是由于ICS还没有被外行人所普遍认识，所以现在我们所写作的术语中，都是这样的表述：“ICS/SCADA”。

随着工业互联网、工业大数据等的兴起以及对ICT领域的融合，我相信这个关于术语的辩论还没有结束.......

本文出自 “我拿流年乱了浮生” 博客，请务必保留此出处http://tasnrh.blog.51cto.com/4141731/1915519