文章总结： 工业控制系统(ICS)是用于监控和控制工业过程的软硬件系统，包含现场层、控制层、监控层和管理层。核心组件包括PLC、DCS、SCADA、HMI和RTU，分别负责不同层面的控制与监控功能。PLC作为工业自动化的主力，执行逻辑运算和顺序控制；DCS适用于大型连续过程控制；SCADA侧重于地理分散系统的数据采集与监控。文章还介绍了各组件的架构、常见厂商及软件，为理解工控系统基础提供了全面框架。
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文章分类： 工业控制系统,工控安全,网络安全,技术标准,解决方案
【大话工控安全】工业控制系统基础知识
原创
老付话安全
老付话安全
2025年11月21日 20:22
山东
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什么是工业控制系统
工业控制系统 是一套用于监控和控制工业过程的硬件和软件系统，它确保工厂、基础设施或生产设施能够按照预设的目标自动、高效、安全地运行。
一个典型的工业控制系统ICS架构包括：现场层（传感器、执行器、仪表、阀门、变频器等）、控制层（可编程逻辑控制器（PLC）、远程终端单元（RTU）、DCS控制器）、监控层（组态软件数据采集与监控系统（SCADA）、人机界面（HMI））、管理层（制造执行系统（MES）等其他与生产相关的系统）。
工业控制系统中常见的核心组件
- PLC（可编程逻辑控制器）：工业自动化的“主力军”，坚固可靠，专为工业环境设计，执行逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等控制功能。
- DCS（分布式控制系统）：用于大型、复杂的连续过程控制（如化工厂、炼油厂）。其特点是控制功能分散在不同的控制器中，而监控管理集中，提高了系统的可靠性和灵活性。
- SCADA（数据采集与监控系统）：侧重于广域、地理分散的系统（如输油管道、电网、供水系统）。它负责从成千上万个远程站点（通过RTU）采集数据，并进行集中监视和控制。
- HMI（人机界面）：操作员与控制系统交互的窗口，通常是触摸屏或电脑屏幕，显示工艺流程的动态图、报警信息和数据趋势。
- RTU（远程终端单元）：通常部署在偏远现场，功能与PLC类似，但更强调通信能力，能将现场数据通过无线或有线网络传送到远方的SCADA中心。
工控网络总体架构如下：
IEC62264标准把工控系统的功能按层次模型进行了划分：
这个模型很直观的把工控系统的功能按照设备所处的位置进行了展示，我们可以从这个图中了解到每层设备所起的功能。
控制器－系统的大脑 ：自动控制系统中控制器在整个系统中起着重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。系统性能的优劣很大程度上取决于控制器的好坏。
传感器－系统的耳目: 传感器被用来测量各种物理量，种类有温度传感器、 流量传感器、压力传感器等等。传感器要满足可靠性的要求，从传感器的输出 信号中得到被测量的原始信息，如果传感器不稳定，那么对同样的输入信号， 其输出信号就不一样，则传感器会给出错误的输出信号，也就失去了传感器应 有的作用。
执行器－系统的手脚: 执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四肢， 它接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常运行。 在生产现场，执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往往会给生产过 程的自动控制带来困难。因此执行器的选择、使用和安装调试是个重要的环节。
现场控制层-可编程逻辑控制器（ PLC ）
采用可编程存储器，通过数字运算操作对工业生产装备进行控制的电子设备。PLC主要 执行各类运算、顺控控制、定时执行控制等指令，用于控制 工业生产装备的运作，是工业控制系统的主要基础单元。PLC分为主CPU和IO扩展卡件。
PLC设备的基本组成：
系统程序是出厂固化到硬件的系统，类似于电脑的操作系统；但是它是控制系统。现代的PLC引入了硬实时操作系统如VxWorks；软实时操作系统包括如嵌入式Linux或Windows IoT和基于Linux的RTOS，还有倍福的TwinCAT系统（它在Windows系统上运行一个实时内核，将PC变成一个强大的PLC）
现场控制层/过程监控层-分布式控制系统（ DCS ）
它由控制器、 I/O模块、操作站、通讯网络、图形及编辑软件等组成；也就是说控制器通过上位机服务器的软件系统来监视控制现场设备，控制层主要是控制器（注意与PLC进行区别）。
现场控制层/过程监控层-安全仪表系统（ SIS ）
安全仪表系统（SafetyInstrumentedSystem，SIS），有时称为安全联锁系统（SafetyInterlockingSystem，SIS），主要是为了实现工厂控制系统中报警和安全 联锁，对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部分。它是在一些流程性工厂里负责紧急停车的一套独立系统（如化工厂），它不与其他系统互联或者之采集少量的数据，当监测到仪表数据运行超过阈值就会触发联锁控制，就像汽车的安全气囊一样。
现场控制层/过程监控层数据采集与监视控制系统（ SCADA系统）
SCADA系统主要组成部分：监控计算机、远程终端单元（RTU）、可编程逻辑控制器（PLC）、通信基础设施、人机界面（HMI）。它与DCS有点类似，但是它主要是以监控为主，一些场景下也会有一些指令值的微调。实际上SCADA就是一套高级组态软件。工业控制系统专用软件的作用：
常见工控软件：
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| PLC + HMI部分 | | | | |
| 厂商 | 硬件型号 | 下位编程 | 上位监控 | |
| 西门子 | S5 | Step5 | | |
| S7-200 | MicroWin | | |
| S7-300/400 | Step7 | WinCC | |
| S7-300/400S7-1200/1500 | TIAStep7 | TIA WinCC | |
| ABB | AC500 | Automation Builer | | |
| 施耐德 | 小型PLC M2X8 | SoMache | VijeoCitect Intouch | |
| 中大型PLC | UnityPro | |
| GE | PAC RX3i PACRX7i | ProficyME | CimplicityiFix | |
| PAC8000 | PAC8000Workbench | |
| Rockwell | MicroLogix | RSLogix500 | RSView32 RSViewSE | |
| 1769/1756 | RSLogix5000 | |
| Omron | | CX-One | | |
| Mitisubishi | FX | FXWin | | |
| Q | GX-Developer | | |
也就是说，要想让PLC正常运转，它自己的系统不会自行运转，需要给它安装程序，比如第一步该怎么做、第二步该怎么做，都是需要工程师给它下图纸指令，它才能一步步的往下走。就像组长接到任务后，把任务下发给组员，组员去执行任务。工程师下发任务的主机叫工程师站，相对PLC来说是它的上位，也就上位机。
任务下发完成组员执行的过程中肯定会有偏差，也可能快也可能慢还可能保持平稳，得有人监督及时修正，它就是操作员站。操作员站上安装组态软件上面有很直观的画面，也会显示执行值。操作员根据情况可能会微调，如液位、压力可能会调高或调低。
今天介绍到这里，下期我们介绍常见的工业通信协议，如工程师站、操作员站和PLC、控制器进行通信，它们是采用什么协议，是IT的HTTP、FTP协议还是专用协议呢，他们之间有什么区别呢？欢迎各位看官关注我，我们为您一一呈现。
结束
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