什麼是工業控制系統？
工業控制系統（ICS）是一個專門用來定義軟硬體與網路結合的術語，用於平衡關鍵的工業基礎設施。它使用多種技術，例如可程式邏輯控制器（PLC）、監控與資料擷取系統（SCADA）、工業自動化與控制系統（IACS）、遠端終端單元（RTU）、智慧型電子裝置（IED）控制伺服器和感測器。
因此，它通常是一種資訊系統，用於控制不同的工業流程，例如產品處理、製造、生產和配送。這些機制包括資料擷取系統和監控系統，以管理地理上分散的資產。
工業控制系統的演變
最初，製程工廠使用本地面板來控制。然而，這種系統需要人員操作。在下一個發展階段，引入了中央控制室來傳輸所有工廠測量數據。這種集中化流程在某種程度上證明是成功的。但缺乏彈性，因為每個控制迴路都有自己的控制器硬體，這進一步需要透過重新佈線或重新管路來重新配置訊號。此外，該系統還需要操作員不斷移動，這可能帶來困難。
因此，電子處理器被採用，以基於電腦的演算法取代這些離散控制器。這些演算法託管在輸入/輸出機架及其控制處理器上。這是當時實現的一種分散式系統。該策略可行，因為它引入了事件自動記錄、實現了複雜的警報處理，並消除了實體記錄的需求，例如圖表記錄器。
許多製造商開發了各種形式的控制機架，並在商業上將其命名為分散式控制系統（DCS），用於控制大型系統。這些系統也被 PLC 所取代，以使用控制顯示器和訊號網路。它首先被汽車產業採用，該產業對順序邏輯的使用非常複雜。然後，它被引入其他事件驅動應用。
您可以透過使用不同的配送應用（例如天然氣、電力和水管），追溯 SCADA 系統的發展，這些應用需要透過高延遲連結收集遠端資料。它們通常使用遠端終端單元（RTU）將資料傳輸回控制中心。
這樣，SCADA、PLC 或 DCS 有效地演變為管理開放或閉環系統。處理器速度的提升進一步提高了流程效率。1993 年，隨著程式碼標準化的提升，產業開始改進控制軟體。物件導向程式設計（OOP）的引入使得工業 PC（IPC）和可程式自動化控制器（PAC）的開發成為可能。與傳統 PLC 相比，它進一步觸發了許多高效的進步和成本節省。
新技術和平台對 SCADA 和 DCS 系統的演變做出了重大貢獻，進一步模糊了定義上的差距。
為什麼工業控制系統很重要？
使用 ICS 的目的
- 主要目標是透過各種協定促進通訊。
- 其他目的包括電力系統自動化、建築自動化、流程自動化等。
- 使用協定可確保製造商之間的互通性。
流程控制系統的優點
- 提高性能、安全性和可靠性。
- 所謂的氣隙有助於增強安全性。
- 它還有助於在第四次工業革命中維護網路實體系統，當一切都連接到網際網路時。
- 高效的電子任務管理。
- 它減少能源浪費，同時改善環境績效。
工業控制系統的限制
以下是在大規模實施工業控制系統時需要面對的幾個挑戰。
- 許多因素需要考慮，例如流程不確定性、干擾、流程動態和致動器飽和。
- 使用計算工具設計控制系統可能會使結果複雜化。
- 出現的錯誤可能具有危險性或可能損壞整個系統。
工業控制系統的不同類型
以下是三種常見的電氣控制類型。
監控與資料擷取系統（SCADA）
SCADA 系統用於透過集中機制監控遠距離現場站點。它們通常包含分佈在不同位置的 PLC 或其他商業硬體模組等裝置。它們不是提供完全控制，而是在監控層級提供監督。管線、水處理中心或電力傳輸等產業都使用這類系統。
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分散式控制系統（DCS）
這些系統用於控制單一地點的生產。所需的設定點被維持並發送給控制器或致動器指令閥門。這些資料可以保留以供將來參考，或用於進階控制策略。每個 DCS 使用監控控制迴路來管理多個本地裝置或控制器。此外，DCS 能夠消除單一故障對整個系統的影響。
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可程式邏輯控制器（PLC）
PLC 能夠透過內建模組（例如電源供應、CPU、I/O 模組和其他通訊模組）執行各種工業應用。PLC 可以是整合式或模組化的。模組化 PLC 緊湊且固定，具有有限的 I/O 功能，而整合式 PLC 則根據其功能擴展 I/O 模組。輸入模組與感測器連接，而致動器或其他輸出裝置則與輸出模組連接。
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工業控制系統的應用 – 從範例中學習
以下是三個實際範例。它們將幫助您更好地理解這個概念。工業控制系統
PID 是 ICS 中廣泛使用的控制器，下圖顯示了它如何被控制。它自動對控制功能應用回應性和準確的校正。您可以根據控制器對錯誤的回應性有效地描述它的回應。
這是三路回應器的範例，是 ICS 中使用的控制器之一。該圖表簡單，使用各種符號來表示流程。
生產 PID 範例是一個流程控制系統。雖然它看起來有些複雜，但使用不同的符號和形狀使其易於閱讀。請仔細閱讀該圖表以獲得理解。
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製作工業控制系統圖表之前需要考慮的事項：
- 了解您想要建立的特定類型。
- 學習與圖表相關的不同符號和形狀。
- 透過分析不同類型的 ICS 來考慮您的產業需求。
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工業控制系統的未來
作為工業生產的安全系統，工業控制系統通常會採用新開發的技術來改進整體工業系統。公司傾向於遵循針對特定需求和應用的控制流程。基於電腦的系統在未來也將成為所有工業需求的基礎。無論基於階層式還是通用結構，電氣控制工業控制系統工業控制系統都適用於各種產業。
它進一步需要在工業工廠中使用智慧機器，以確保所有流程在最短時間內完成。因此，它需要不同的控制系統來促進操作設備，並以正確的精度、速度和耐力自行執行所有分配的任務。這可以透過上述各種技術實現，並且在企業希望避免任何意外事件之前將永遠存在。
(AI & Web)