工業(yè)自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代制造業(yè)的核心組成部分，涵蓋了PLC、SCADA與DCS等多種控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)各自具有獨特的特點和應(yīng)用場景，共同推動了工業(yè)生產(chǎn)的智能化與高效化。

       工業(yè)控制系統(tǒng)，這一涵蓋了監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）等多種類型的復(fù)雜系統(tǒng)，是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的一部分。這些系統(tǒng)相互協(xié)作，共同推動了工業(yè)生產(chǎn)的智能化與高效化，為企業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型提供了強有力的支持。

五層架構(gòu)

       根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62264-1，工業(yè)控制系統(tǒng)通常被劃分為五個層次，形成一個經(jīng)典的層級模型。這些層次按照功能從高到低進(jìn)行排列，分別是：企業(yè)資源層，主要負(fù)責(zé)決策和管理；生產(chǎn)管理層，負(fù)責(zé)運營和生產(chǎn)控制；過程監(jiān)控層，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控；現(xiàn)場控制層，執(zhí)行具體的控制任務(wù)；以及現(xiàn)場設(shè)備層，即物理設(shè)備層，直接與生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行交互。

L0 物理設(shè)備層

這一層涵蓋了執(zhí)行器、傳感器、智能儀表、電機(jī)以及執(zhí)行裝置等關(guān)鍵組件。它們的核心任務(wù)是轉(zhuǎn)換生產(chǎn)過程中的各類物理變量及電信號，并負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)與執(zhí)行控制命令。正是這一層，為“智能制造”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了堅實基礎(chǔ)。

L1 現(xiàn)場控制層

此層由DCS控制器、PLC等具備邏輯控制功能的設(shè)備構(gòu)成。它們接收來自物理設(shè)備層的數(shù)據(jù)，如傳感器、變送器或智能儀表的讀數(shù)，依據(jù)預(yù)定的控制策略計算所需控制量，并指令現(xiàn)場執(zhí)行器如閥門和電機(jī)進(jìn)行操作。此外，操作員站和工程師站還提供連續(xù)控制、順序控制及邏輯控制功能，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的實時監(jiān)控與操控。

L2 過程監(jiān)控層

該層主要通過操作員站、工程師站、OPC服務(wù)器、SCADA系統(tǒng)以及DCS系統(tǒng)等工具，對生產(chǎn)現(xiàn)場及狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，從而為企業(yè)提供全面的生產(chǎn)狀況概覽。

L3 生產(chǎn)運營層

此層涵蓋了MES、MIS系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮、運行調(diào)度及辦公終端等組件。其核心職責(zé)是執(zhí)行生產(chǎn)過程的管理，涵蓋制造數(shù)據(jù)、計劃排程、生產(chǎn)調(diào)度、庫存、質(zhì)量、工作中心/設(shè)備等多個方面。此外，該層還負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)指揮調(diào)度等關(guān)鍵任務(wù)。

L4 決策管理層

       該層主要由ERP、CRM、采購、門戶、OA、Email及辦公終端等系統(tǒng)組成，是對企業(yè)各類信息化系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)的綜合。它整合并分析多維度的匯總數(shù)據(jù)，為集團(tuán)總部及下屬企業(yè)的管理決策者提供有力的經(jīng)營決策支持。

        接下來，我們將深入探討工業(yè)控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種由計算機(jī)與工業(yè)過程控制部件共同構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)。它包含控制器、傳感器、傳送器、執(zhí)行器以及輸入/輸出接口等關(guān)鍵組件，這些組件通過工業(yè)通信線路和特定的通信協(xié)議相互連接，共同構(gòu)建出一個具備自動化控制能力的工業(yè)生產(chǎn)制造或加工系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)，這一復(fù)雜而關(guān)鍵的自動控制系統(tǒng)，涵蓋了多種類型的控制系統(tǒng)，如監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）以及可編程邏輯控制器（PLC）等。這些系統(tǒng)通過傳感器、執(zhí)行器等關(guān)鍵組件的協(xié)同作用，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控與精準(zhǔn)控制。

PLC系統(tǒng)

        PLC，即可編程邏輯控制器，是一種專為工業(yè)環(huán)境量身定制的電子裝置，它配備了可編程的存儲器，用于存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)以及算術(shù)運算等指令。這些指令直接驅(qū)動各類生產(chǎn)設(shè)備的操作，從而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化、數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化。在生產(chǎn)過程中，PLC扮演著舉足輕重的角色，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)中。其部署結(jié)構(gòu)如右圖所示。

       煤炭行業(yè)是PLC的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。在煤炭企業(yè)中，西門子、AB、三菱以及和利時等品牌的PLC被廣泛應(yīng)用，它們在運輸系統(tǒng)、選煤系統(tǒng)以及采煤系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

       電力行業(yè)同樣對PLC有著強烈的需求。在火電企業(yè)中，西門子、Rockwell和Schneider等品牌的PLC設(shè)備被大量使用，主要應(yīng)用于火電的輔控設(shè)施中。而在風(fēng)電領(lǐng)域，貝福、ABB以及巴赫曼的控制器則成為主流選擇，它們負(fù)責(zé)控制風(fēng)電電機(jī)的運行。

       此外，軌交行業(yè)也是PLC的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。在鐵路企業(yè)中，國內(nèi)廠家承擔(dān)了工業(yè)控制系統(tǒng)的集成工作，并自主研發(fā)了主要控制系統(tǒng)。這些廠商包括卡斯柯、通號院、交大微聯(lián)、蘭州大成和鐵科院等，他們的產(chǎn)品主要應(yīng)用于鐵路的集中調(diào)度和牽引供電等關(guān)鍵系統(tǒng)中。

       港口行業(yè)同樣離不開PLC的應(yīng)用。在港口板塊的企業(yè)中，羅克韋爾品牌的PLC設(shè)備被廣泛使用，它們在翻車、運輸皮帶、堆取料機(jī)以及裝船等環(huán)節(jié)中發(fā)揮著不可或缺的作用。

       航運行業(yè)也對PLC有著特定的需求。在航運板塊的企業(yè)中，Kongsberg和SAM的控制器被廣泛應(yīng)用于船舶自動化控制系統(tǒng)中，確保船舶的安全和高效運行。

       最后，煤化工行業(yè)也是PLC的一個重要應(yīng)用場景。在煤化工企業(yè)中，霍尼韋爾、西門子、AB、GE和施耐德等品牌的PLC設(shè)備被廣泛應(yīng)用于輔控系統(tǒng)，如選煤、備煤、脫硫以及廢水處理等方面，為煤化工企業(yè)的生產(chǎn)提供了有力的支持。

DCS系統(tǒng)

        DCS（分布式控制系統(tǒng)）是一種集實時控制、報警管理、數(shù)據(jù)采集與存儲、報表生成與存儲以及過程操作等功能于一體的系統(tǒng)。它主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場的DCS控制器及過程進(jìn)行全方位監(jiān)控。現(xiàn)場儀表信號會傳輸至現(xiàn)場機(jī)柜室和中央控制室，數(shù)據(jù)傳輸通常采用電纜或光纜進(jìn)行。在中央控制室，操作人員可以實現(xiàn)對整個生產(chǎn)流程的控制、監(jiān)測、報警及報表查看等操作，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定與高效。

          DCS系統(tǒng)在多個工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，特別是在連續(xù)性反應(yīng)過程的控制上，如發(fā)電、化工以及制藥等行業(yè)。在國外，知名的DCS產(chǎn)品供應(yīng)商包括FOXBORO、ABB、Emerson、Siemens、Honeywell和Yokogawa等；而在國內(nèi)，上海新華、和利時、浙大中控、國電智深和浙江威盛等廠商也提供了優(yōu)質(zhì)的DCS產(chǎn)品。具體來說，在電力行業(yè)中，DCS系統(tǒng)主要用于火電企業(yè)火電機(jī)組的主機(jī)和輔機(jī)控制，涉及的品牌有西門子、ABB、艾默生以及國內(nèi)的國電智深、新華等。同時，在煤化工行業(yè)，DCS系統(tǒng)也發(fā)揮著重要作用，主要應(yīng)用于過程控制，涉及的品牌包括霍尼韋爾、和利時和GE新華等。

SCADA系統(tǒng)

       全稱Supervisory Control And Data Acquisition，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。其功能與DCS系統(tǒng)相似，但SCADA系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)控范圍廣泛的生產(chǎn)設(shè)備，覆蓋多個廠區(qū)甚至跨地域，且數(shù)據(jù)傳輸方式靈活多樣。相較于DCS，SCADA對數(shù)據(jù)的實時性要求略低，更側(cè)重于數(shù)據(jù)的集中采集、實時監(jiān)視以及趨勢分析。

        煤炭行業(yè)是SCADA系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。在煤礦板塊中，SCADA系統(tǒng)發(fā)揮著綜合自動化的監(jiān)控作用，涵蓋了供電、運輸、通風(fēng)、排水、選煤等多個系統(tǒng)的集中監(jiān)控。同時，WinCC、IFix、Intouch等主流SCADA軟件在煤炭行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

        電力行業(yè)也是SCADA系統(tǒng)的重要應(yīng)用場景。風(fēng)電企業(yè)中，SCADA系統(tǒng)主要用于采集風(fēng)電場中央監(jiān)控層的數(shù)據(jù)，并配合能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）進(jìn)行統(tǒng)計分析。此外，火電企業(yè)也采用了類似的SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，如電廠變電站的NCS系統(tǒng)等，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

         軌交行業(yè)同樣離不開SCADA系統(tǒng)的支持。牽引供電SCADA系統(tǒng)在調(diào)度牽引供電設(shè)備方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，而其他諸如分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)、車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)等也體現(xiàn)了SCADA系統(tǒng)的功能和屬性。這些系統(tǒng)的生產(chǎn)與集成主要由國內(nèi)廠商承擔(dān)。

        此外，港口行業(yè)和航運行業(yè)也廣泛應(yīng)用了SCADA系統(tǒng)。在港口中，中央控制系統(tǒng)類似于SCADA系統(tǒng)，負(fù)責(zé)自動化系統(tǒng)的整體監(jiān)控；而航運企業(yè)的船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)則包括機(jī)艙監(jiān)控報警、主機(jī)遙控及船舶電站等多個子系統(tǒng)，通過集控室實現(xiàn)對機(jī)艙、主機(jī)及電站的集中監(jiān)控。

        另外，煤化工行業(yè)也采用了SCADA系統(tǒng)進(jìn)行供配電系統(tǒng)的監(jiān)控，以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定與安全?？偟膩碚f，SCADA系統(tǒng)在多個行業(yè)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為企業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型提供了有力支持。