工业控制系统

维普资讯 的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。　２．３工业控制系统向智能控制发展　（３）开发简单　自从上世纪６Ｏ年代，美国普渡大学的傅京孙（Ｋ．Ｓ．Ｆｕ）　在驱动和应用两个层面上，软件所能提供的一个重要优　教授将人工智能引入到学习控制系统中，接着Ｌｅｏｎｄｅｓ和　工　势就是模块化，它可以将复杂的大问题轻松的划分为若＝ｆ：个　Ｍｅｎｄｅｌ提出了“智能控制”的概念以来，智能控制的研究进　业　容易解决的小问题。高效的软件构架能与计算机、仪器仪表　人了迅速发展的阶段，到了８Ｏ年代中期，智能控制作为一门　腔　和通讯方面的最新技术结合在一起。简单直观的编程方式、　新学科被建立了。在我国，近些年来才开始对智能控制理论　制　众多的设备驱动程序、多样实用的分析表达和支持功能，使　和应用关注起来。智能控制系统就是以智能控制理论为基　系　您轻松地配置、创建、发布　维护和修改高性能、低成本的　础，具有感知环境　不断获得信息以减少不确定性和计划，　统　测量和控制解决方案。　产生以及执行控制行为能力的工业控制系统。　的　现　（４）无缝集成　相对于传统的工业控制系统而言，智能控制系统直接模　状　虚拟仪器从本质上说是一个集成的软硬件概念。虚拟仪　拟人的经验完成操作，它不但解决了对不确定系统无法建模　器软件的高效率来自软件本身与硬件的无缝集成（例如Ｌａｂ　的难题，还为复杂的非线性系统提供了行之有效的解决方　ＶＩＥＷ带有大量多样性的即用的函数库用于集成各种测量仪　法　智能控制系统具有足够的人的控制思想，具有自学习、　器）。旨在开发测试、测量和控制系统的虚拟仪器软件还包　自适应　自协调　自补偿和自修复等能力，可以通过智能设　括各种广泛的Ｉ／Ｏ的功能，帮助用户轻松地集成多个测量设　备自动的进行对被控对象的控制。　备，减少系统的复杂性。　关于智能控制（自适应控制、模糊控制、专家控制、神　由于基于虚拟仪器构建的工业控制系统具有控制性能优　经网络控制等）理论和应用的研究已经成为工业控制领域的　良、设备使用灵活、系统开发方便、经济效益突出等优势，　一个热点，它为处理实际系统的不确定性和非线性提供了新　因而它的应用特别适应于当前复杂的工业现场对工业控制系　的思路，其独特的自治能力避免了在研究上述系统时必须提　统更高更新的要求。基于虚拟仪器的控制系统具有很好的发　出的一些不切实际的假设。另外实现控制系统的智能化还能　展趋势。　低成本地提高复杂系统的控制性能。　２．２基于现场总线的控制系统的发展　３结束语　分布式控制系统（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＤＣＳ）　基于虚拟仪器的控制系统的出现代表着以硬件为主的传　作为主流的工业控制系统，为用户提供了管理与控制相分离　统测控系统到以软件为主的测控系统的根本性转变，它实现　的有效方法，但是其不可互操作性且造价高的缺点已经不能　了软硬件的无缝集合，是电子测量技术与计算机技术深层次　满足用户对控制系统提出的开放性和低成本的迫切需要，现　的结合，是具有很好发展前景的新一代测控系统。　场总线控制系统（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＦＣＳ）正是在　现场总线控制系统是顺应工业控制系统网络化的潮流，　这种情况下应运而生。现场总线控制系统就是用现场总线这　它的应用使系统具有较好的开放性和互操作性，实现了结构　一开放的、具有互操作性的通信网络将现场各智能设备和控　上的彻底分散。工业控制系统将朝着现场总线控制系统的方　制设备连接构成的工业控制系统。　向发展。　从２Ｏ世纪８Ｏ年代开始，各种现场总线相继产生，其巾　智能控制系统在解决复杂系统问题时体现出突出优势，　有８种现场总线成为ＩＥＣ６１　１５８现场总线标准：基金会现场总　随着智能控制理论和应用的不断深入，智能控制前景广阔。　线ＦＦ（Ｆｏｕｎｄａｚｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、控制局域网络ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｅｔ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、局部操作网络Ｌｏｎ　Ｗｏｒｋｓ（Ｌｏｃａｌ　Ｏｐｅｒａｔ－　参考文献　ｉｎｇ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、过程现场总线Ｐｒｏｆｉｂｕｓ（Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）　【１］王学文，潘健．国内工业控制技术的状态与趋势［Ｊ］．　和｝　Ｔ协议（１Ｉｉｇｈｗａｙ　Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）以　湖北工学院学报，１９９５，ｌＯ（４）＝７５　７９．　及ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ、Ｐ—ＮＥＴ。多种现场总线标准并　［２】美国国家仪器（Ｎ１）有限公司．虚拟仪器（白皮书）［Ｍ／　存的局面除了技术上的竞争外，商业利益上的激烈竞争是其　ＣＤｊ．ｈｔｔＰ：／／ｈｏ　ｒ　ｓ　ｅｆｏｏｔ．ｇ　ｏ．ｎ　ｅ　ａ　ｓ　ｅ．ｎ　ｅｔ／　主要的原因。　％ＤＯ％Ｅ９％Ｃ４％Ｅ２％Ｄ２％Ｃ７％Ｃ６％Ｆ７．ｐｄｆ，２００５＂０５－１０．　尽管多种现场总线标准并存的局面将会在一段较长的时　［３】美国国家仪器（ＮＩ）有限公司．选择虚拟仪器的理由　期内存在，但是相对于ＤＣＳ而言，ＦＣＳ仍然具有巨大的优势。　［ＥＢ／ＯＬ】．ｈｔｔｐ：／／ｄｉｇｉｔａ１．ｎｉ．ｃｏｍ／ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ／ｃｈｉｎａ．ｎｓｆ／　ＦＣＳ采用公开化的通信协议，遵守同一通信标准的不同厂商　ｗｅｂ／ａ１１／Ｆ７８Ｅ６Ｂ１１　２Ｂ２０７６ＣＢ４８２５６Ｄ７２Ｏ０３８２４４Ｄ？　的设备之间可以互连及实现信息交换。用户可以灵活选用不　ＯｐｅｎＤｏｃｕｍｅｎｔ＆ｎｏｄｅ＝２００１３７一ｚｈｓ，２００５，０５，１０．　同生产厂家的现场总线产品来组成实际的控制系统，使系统　［４］沈德耀，金敏．现场总线纵横谈［Ｊ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．　具有较好的开放性和互操作性。智能化的现场设备具有独立ｔｋｙｂ．ｃｏｍ／ｆｃＳ＿－１．ｈｔｍ，２００５，０５，１６，　自动控制的基本功能，从而实现了结构上的彻底分散，简化　【５］白玫．智能控制理论综述［Ｊ］．华北水利水电学院学　了系统结构，提高了系统的可靠性，降低了开发成本，另外　报，２００２，２３（１）：５８　６２．　ＦＣＳ对多变的工业环境还具有高度适应性。近些年来，为了　加快新一代系统的开发　【控界正在着力于对工业以太网与　作者简介　现场总线相结合的研究。普遍认为，ＦＣＳ取代ＤＣＳ将成为必然　聂志刚，男，助教，硕士生，从事计算机科学与技术方　趋势。　面的教学，主要研究方向：计算机控制系统设计及应用。　

工业控制系统的信息安全　

高三山．王翰儒　

（西南交通大学，四川成都６１　１７５６）　技术天地２０１４年第５期　

【摘要】随着计算机网络技术和物联网的发展以及信息化与工业化的深度融合，工业控制系统产品越来越多地采用通用协议、通用　

硬件和通用软件，以各种方式与互联网等公共网络连接，由于开发标准与互联网技术的广泛使用，针对工业控制系统的攻击行为大幅　度增长．工业控制系统信息安全问题日益突出。本文即讨论工业信息安全的可靠性及防范措施。　

［关键词】工业控制；信息安全　

【中图分类号】ＴＰ２７　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００７—４２４４（２０１４）０５—３７１—１　

工业控制系统主要由ＰＬＣ、ＤＣＳ等组成，信息安全可靠在　

工业控制系统中是至关重要的。为此在设计工业控制系统时，需　

要在安全可靠方面作了重点设计。　

一、工业控制系统及其信息安全可靠的重要性　

信息安全可靠性是工业控制系统的灵魂，不可靠会造成工　

业系统的瘫痪：（１）控制系统的控制依据是采集到得各种信号和　

数据进行计算或逻辑控制，信息不可靠会使系统乱动作乱控制，　

使设备瘫痪，严重时会造成重大事故。（２）现代控制系统网络往往　

与大型网络连接。控制平台必须能抵御网络攻击，在病毒与干扰　

下不会瘫痪。（３）设备运行环境存在雷电等强大电磁干扰，系统必　

需有“不倒翁”的特性．否则冲击使设备停机，严重时会造成重大　

事故。（４）电路板由于长期运行会出现故障，使设备瘫痪，系统应　

能为报警、预警、自动发现故障作应急处理，防止事故的发生。（５）　

控制系统的设计必须考虑到可靠性与合理性，系统可靠性是第　

一位的。为此，在设计时需要特别注重信息安全可靠，使其成为　

高信息安全及高可靠的工业控制系统，达到国家有关信息安全　

的要求。　

二、工业控制系统信息安全目前存在的问题　

（１）安全评估是开展信息安全防护的第一步，然而这项工作　

的推进却遇到了很大的困难，主要原因是：①仅有国家的信息安　

全评估标准，缺乏针对特定行业的评估规范。②现有的信息安全　

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．３，２０１　３　

生产线工业控制系统的设计　

沈川平　

（中国石油吐哈油田公司，新疆鄯善８３８２０２）　

摘要：根据油管加厚生产线电气控制系统存在的问题，提出了设计方案，进行了系统设计。经过应用后，提高了产品加　

工精度，降低了工人劳动强度，提高了生产线自动化水平，取得了显著的经济效益。　

关键词：控制系统；设计；ＰＬＣ；组态王　

中图分类号：ＴＭ５８　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ【２０１　３）０３—０２７０—０２　

随着石油勘探技术的发展及石油开发区域的不　

断扩大，油井深度也１３益增大，尤其在西北地区，　

３　０００米以上的油井在各油田分布很多。油管作为石　

油开采的重要管材，市场需求量日益增大，但是在对　

较深的油井进行开采时，由于油管自重增加，油管接　

头处要承受很大的拉应力，因而对其强度要求很高。　

同时，由于采油技术的需要，经常通过油管注入高压　

水或气体，有时还需注入酸液进行酸化处理以增加　

采收率，所以油管还要承受很大的内压力。因此，近　

年来，各油田不仅对油管的需求量逐年增多，而且对　

其质量也提出了更严格的要求。　

１　存在问题　

某公司有一套利用传统继电器控制的油管生产　

线，此生产线主要由液压加厚机、步进机构、气压控　

制系统、中频感应加热炉、电气控制系统等组成。由　

于该套生产线投产时间长，控制系统落后，所以电气　

系统经常出现故障，造成了生产线停机，严重影响了　

生产，并且该套生产线没有设置监控系统，管理者不　

能及时全面掌握生产线的运行情况，设备的运行情　

况依靠生产线上每个员工随时进行检查，工人劳动　

强度大，电气系统维修费用高，安全隐患多，已远远　

不能满足生产需求。因此，对油管生产线电气控制系　

统进行改造，设计一套自动化程度高的工业控制系　

统，降低工人劳动强度，提高加工精度和加工效率，保　

障油田开采中对油管的需求成为当务之急。　

工业自动化控制系统

工业自动化控制系统一般用于监控生产流程或生产环境。这些自动化系统不断从生产线上的传感器接收连续数据 (电荷耦和传感器相机)，然后在通过客户专用的图像识别算法之前过滤这些数据。这些图像识别模块允许自动化系统识别生产过程中的不同状态。 例如生产线上没有产品或者是存在缺陷的产品。这些信息被传送到主机。由主机控制加速或者减慢生产线速度，或在生产线上对特定部分生成产生阻碍。

图1显示了一个典型的工业自动化系统。包含有具有自主知识产权(IP)核的Altera器件，可以帮助减少开发所需的成本、增加设计的灵活性并且缩短工业自动化应用的开发周期。 设计工程师还可以轻松的放置32位的Nios® 软核处理器于Cyclone™器件中，可以帮助他们灵活的实现应用中所需的外设功能。并达到所需要的内核性能。 工程师可以灵活的配置系统的成本和性能，以获得一个低端、低成本的从系统或是一个在速度和外设需求上经过优化的高端的、高性能的系统。

图1.典型的工业自动化系统

注释

1. FIR = 有限脉冲响应

2. UART = 通用异步收发器

Cyclone器件能够在工业自动化系统中实现多种不同的应用。32位Nios嵌入式处理器可以作为控制器组件应用，减轻主机系统的任务。根据系统的要求实现各种接口控制系统， 例如以太网媒体存储控制器(MAC)、局域网控制器(CAN)或是Profibus控制器。用Altera提供了IP来实现10/100M以太网媒体存取控制(MAC)和局域网控制器，更进一步的缩短了设计周期。Cyclone器件中的M4K M-RAM块可以实现缓冲器功能应用，并且应用Cyclone器件中的Altera的IP核可以实现FIR过滤器和UART功能，最终得到一个完整的工业自动化解决方案。设计工程师可以应用Altera的IP核结合Nios来加速他们的设计使他们可以花更多精力去关注在系统设计的其他部分。除此之外，将独立器件的功能集成到单一的Cyclone器件中还可以减少电路板上的独立器件的数量，减少开发时间，而且有效的降低了产品的成本。