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      工業(yè)控制系統(tǒng)作為工廠流程的一部分出現(xiàn)在世人面前大約是在十八世紀(jì)中期，但事實(shí)上，古希臘人與阿拉伯人就已經(jīng)開(kāi)始在諸如水鐘、油燈這樣的裝置中使用浮動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行自動(dòng)控制了。世界上第一臺(tái)有記載的自動(dòng)控制設(shè)備是公元前二百五十年左右埃及人所使用的水鐘。這臺(tái)水鐘以水作為動(dòng)力進(jìn)行計(jì)時(shí)與矯正，將世界最準(zhǔn)確計(jì)時(shí)工具的頭銜保持了將近兩千年，直到擺鐘被發(fā)明。

       1745年，安裝在風(fēng)車(chē)中控制磨盤(pán)間的間隙，已經(jīng)開(kāi)始由自動(dòng)裝置進(jìn)行控制。這種控制機(jī)構(gòu)是最早真正用于工業(yè)的控制系統(tǒng)之一，并且最終導(dǎo)致了由蒸汽引擎引發(fā)的第一次工業(yè)革命。

       之后的一個(gè)多世紀(jì)，絕大部分的工業(yè)控制系統(tǒng)所關(guān)注的重點(diǎn)是對(duì)蒸汽系統(tǒng)中的溫度、壓力、液面以及機(jī)器轉(zhuǎn)速的控制。但隨著工業(yè)革命的深入，十八世紀(jì)中期至二十世紀(jì)初，工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始了有史以來(lái)第一次全面發(fā)展:

       航海:1873 年，一名法國(guó)企業(yè)家兼工程師，發(fā)明了“動(dòng)力輔助器”的裝置。今天，經(jīng)后人改進(jìn)，他的發(fā)明有了新的名字:伺服機(jī)構(gòu)。

       制造:繼電器開(kāi)始在工廠中大量使用。通過(guò)繼電器構(gòu)筑的邏輯(如“開(kāi)/關(guān)”和“是/否”)代替了之前使用人工的制造業(yè)控制方式?？删幊踢壿嬁刂破?/span>（PLC）就是繼電器邏輯發(fā)展的產(chǎn)物。

       電力:1920 年，雖然絕大多數(shù)控制手段只是簡(jiǎn)單的“開(kāi)/關(guān)”，中央控制室已經(jīng)成為大型工廠和電站的標(biāo)準(zhǔn)配置。中央控制室中的記錄器能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行繪制或者使用彩色燈泡反映系統(tǒng)狀態(tài)，操作員則以此為依據(jù)對(duì)某些開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，完成對(duì)系統(tǒng)的控制。用于現(xiàn)代電廠的工業(yè)控制系統(tǒng)已現(xiàn)雛形。

       交通:工業(yè)控制系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的發(fā)展得益于用于控制平衡以及自動(dòng)駕駛的陀螺儀的首次使用。

       研究:1932 年，“負(fù)反饋”的概念被納入到控制理論中并用于新型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并完成控制領(lǐng)域中“標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)分析”方法的建立。

           1935年，工業(yè)控制系統(tǒng)的啟蒙時(shí)期隨著“通信大繁榮”的開(kāi)始而結(jié)束。遠(yuǎn)距離有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用，標(biāo)志著工業(yè)控制系統(tǒng)古典時(shí)期正式開(kāi)始。

古典主義時(shí)期:1935 年-1950 年

       由于奠定了現(xiàn)代工業(yè)控制理論及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，1935 年至1950 年被很多學(xué)者稱(chēng)為工業(yè)控制領(lǐng)域的古典主義時(shí)期。這一時(shí)期的工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)美國(guó)組織所建立:

       美國(guó)電話(huà)電報(bào)公司：專(zhuān)注于通信系統(tǒng)的帶寬拓寬。

        福克斯波羅公司：設(shè)計(jì)了第一款現(xiàn)代工業(yè)控制中最常用的反饋回路控制部件，比例積分控制器。

       麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室：引入了控制系統(tǒng)“框圖”的概念，開(kāi)始對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

       新的疆域:1950 年至今

       1950年，斯佩里-蘭德公司造出了第一臺(tái)商業(yè)數(shù)據(jù)處理機(jī)UNIVAC ，工業(yè)控制系統(tǒng)正式全面與通信系統(tǒng)及電子計(jì)算機(jī)結(jié)合，開(kāi)啟了工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)置的新領(lǐng)域。

       數(shù)年后，全球第一個(gè)數(shù)字化工業(yè)控制系統(tǒng)建設(shè)完成。這個(gè)系統(tǒng)使用單一計(jì)算機(jī)控制整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，被稱(chēng)為直接數(shù)字控制(Direct Digital Control :DDC )，也就是第一代工業(yè)控制系統(tǒng):計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)。同時(shí)，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也逐漸清晰起來(lái)，其核心組件開(kāi)始形成:

       可編程邏輯控制器(PLC )：用于工業(yè)控制系統(tǒng)的繼電器逐漸顯示出其局限。繼電器價(jià)格昂貴，并且一旦配置完成并啟動(dòng)，就難以對(duì)其控制邏輯進(jìn)行改變，這些缺陷導(dǎo)致了可編程邏輯控制器的發(fā)展。但隨著大規(guī)模集成電路和通訊技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制的控制能力日趨增強(qiáng)，可編程邏輯控制器也由封閉的私有通訊協(xié)議轉(zhuǎn)而使用開(kāi)放的公共協(xié)議，大幅度提高了系統(tǒng)的兼容性，方便了系統(tǒng)的維護(hù)與更新。

       數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA )：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用于地區(qū)或地理跨度非常大的工業(yè)控制系統(tǒng)，其主要功能是收集系統(tǒng)狀態(tài)信息，處理數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)距離通信。根據(jù)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)所采集的各種數(shù)據(jù)，控制中心的管理人員可以進(jìn)行各種操作，維持整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

       遠(yuǎn)程終端單元(RTU )：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的完善需要遠(yuǎn)程終端單元的發(fā)展。遠(yuǎn)程終端單元是在連續(xù)掃描且須快速反應(yīng)的工作狀態(tài)中進(jìn)行操作，其通訊協(xié)議必須兼具高效與安全，且安全是重中之重。因早期協(xié)議不同而無(wú)法兼容，直到國(guó)際電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE )的推動(dòng)以及基于微處理器的通訊接口的發(fā)展下，遠(yuǎn)程終端單元的兼容性問(wèn)題逐步得到了解決。

        通信技術(shù)：從早期的電話(huà)線(xiàn)路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與操作，到后來(lái)因?yàn)樵O(shè)備成本改用可以傳輸數(shù)據(jù)與聲音的電力線(xiàn)載波技術(shù)，不久又被微波技術(shù)取代。接著光纖網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始在廣域網(wǎng)(WAN )中使用。發(fā)展至今已經(jīng)將衛(wèi)星通訊以及更加便宜的900 兆赫茲的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

       協(xié)議：隨著可編程控制器、遠(yuǎn)程終端單元以及智能電子設(shè)備的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)中所傳遞的早已不是“開(kāi)”與“關(guān)”這樣簡(jiǎn)單的信號(hào)。20 世紀(jì)80 年代，IEEE 成立了一個(gè)工作組專(zhuān)門(mén)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)日益擴(kuò)大的協(xié)議兼容性問(wèn)題尋找可行的解決方案。在對(duì)120 個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行篩選之后，制定了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議:分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議版本3 (DNP3 )以及國(guó)際電工委員會(huì)(IEC )60870-5-101 。目前，DNP3 已經(jīng)是使用最為廣泛的工業(yè)控制系統(tǒng)協(xié)議。

       由于電子計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)在幾十年之內(nèi)已經(jīng)完成了多次更新?lián)Q代。

       第一次:從20 世紀(jì)50 年代開(kāi)始，工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始由之前的氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表、手動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)為使用模擬回路的反饋控制器，形成了使用計(jì)算機(jī)的集中式工業(yè)控制系統(tǒng)。

       第二次:大約在20 世紀(jì)60 年代，工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始由計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)升級(jí)為集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)在發(fā)生質(zhì)的飛躍同時(shí)也因?yàn)榧锌刂飘a(chǎn)生了風(fēng)險(xiǎn)。

       第三次:20 世紀(jì)70 年代中期，集中式數(shù)字控制系統(tǒng)逐漸被離散式控制系統(tǒng)所取代。

       第四次:20 世紀(jì)90 年代后期，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制技術(shù)為一體的全分散、全數(shù)字、全開(kāi)放的工業(yè)控制系統(tǒng)--現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS )應(yīng)運(yùn)而生。     

由于技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的安全問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，其面臨的風(fēng)險(xiǎn)及威脅類(lèi)型也越來(lái)越多，包括黑客、間諜軟件、釣魚(yú)軟件、惡意軟件、內(nèi)部威脅、垃圾信息以及工業(yè)間諜。上述風(fēng)險(xiǎn)與威脅針對(duì)控制系統(tǒng)的攻擊方式也各不相同，有的專(zhuān)門(mén)攻擊工業(yè)控制系統(tǒng)本身的漏洞，有的希望通過(guò)入侵工業(yè)控制系統(tǒng)所使用的通信網(wǎng)絡(luò)(包括軟件及硬件)獲取相關(guān)利益。由于工業(yè)控制系統(tǒng)管理著大量的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，其安全性與可靠性對(duì)社會(huì)發(fā)展及國(guó)家安全極其重要，可以斷言，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全策略與防護(hù)措施將持續(xù)受到關(guān)注。【1】

 

 

【1】節(jié)選自《OFWeek工控網(wǎng)》