工业控制系统的特点

工业控制系统（Industrial Control Systems, ICS）与通用信息系统相比，具有一系列鲜明的特点，主要源于其所处的工业环境（OT环境）和对生产过程的控制需求。以下是其主要特点：

高度的实时性要求：
- 许多工业过程需要在极短的时间窗口（毫秒甚至微秒级）内完成检测、计算和控制动作，以确保产品质量、设备安全和生产效率。
- 控制环路一旦建立，其响应时间必须是确定性的（可预测），不能出现不可接受的延迟或抖动。否则可能导致过程失控、产品报废或安全事故。
极高的可靠性与可用性：
- 系统通常需要7x24小时不间断运行。意外停机造成的经济损失巨大，甚至可能伴随安全和环境风险。
- 普遍采用冗余设计（如双控制器、双网络、双电源等）来实现故障安全/容错运行。冗余切换时间要求非常短（如热冗余切换在毫秒级）。
- 设计目标是高可用性（>99.99%）和长平均无故障时间。
恶劣的物理环境：
- 系统部署在工厂车间、野外、井下等环境，需耐受极端温度、湿度、粉尘、振动、腐蚀性气体、电磁干扰等。
- 工业级硬件具有更宽的工作温度范围、更强的抗电磁干扰能力、更强的防护等级（如IP54, IP67等），以满足工业现场要求。
复杂的连接性与异构性：
- 系统连接众多传感器（输入）、执行器（输出）和现场设备（如PLC、RTU、驱动器、变频器、阀门、仪表等）。
- 通信协议种类繁多，包括现场总线（如Profibus, Modbus, CAN, DeviceNet）、工业以太网（如Profinet, EtherNet/IP, Powerlink, EtherCAT）、专有协议等，互操作性是挑战。
生命周期长：
- 工业设备（如PLC、控制系统核心）通常设计使用寿命长达10-20年甚至更长（“遗留系统”）。
- 升级改造周期长，需要考虑与旧设备、旧协议的兼容性。
安全性和功能安全至关重要：
- 功能安全： 系统设计必须确保在发生故障或人员误操作时能进入预定安全状态，防止人员伤害、设备损坏或重大环境污染。通常遵循IEC 61508和行业特定标准（如IEC 61511过程工业安全仪表系统、ISO 13849 机械安全、IEC 62061功能安全）。
- 信息安全（网络安全）： 随着IT/OT融合，工业控制系统成为网络攻击目标（如勒索软件、定向攻击如Stuxnet震网病毒）。传统的IT安全解决方案可能不适用于OT环境（影响实时性、可靠性），需要专门的工控安全方案。关键要求包括：物理隔离、访问控制、协议深度解析、异常行为监测、补丁管理策略（需考虑系统稳定性）。
确定性操作与闭环控制：
- 控制系统严格按照预先设定的逻辑、程序和时序进行工作，强调流程和操作的可重复性、一致性。
- 核心是闭环控制，系统根据测量值（反馈）与设定值（目标）的偏差，实时调整执行机构的动作（输出），以达到所需的控制效果（如保持温度、流量、速度、液位等）。
专注于过程控制与自动化：
- 核心任务是监视（SCADA、HMI）、控制（PLC/DCS的逻辑控制、顺序控制、回路调节）、数据采集（DAQ）和操作员交互。
- 目标是实现生产过程的自动化、优化，提高效率、质量和安全性，降低成本。
强健性和模块化：
- 系统设计必须足够健壮，能够在部件故障或环境扰动下维持核心功能或安全降级。
- 常常采用模块化设计，便于扩展、维护和故障诊断/更换。
操作维护人员技能不同：
- 操作和维护人员通常是熟悉具体工艺流程和设备特性的工程师或技术员，他们对IT安全和编程技能的掌握程度可能不如IT部门人员。