DCS，即集散控制系統，從1975年誕生至今已近50年的歷史，已成為流程工業(yè)優(yōu)化過程精準控制、提升生產安全水平，實現數智化升級不可或缺的自動化控制系統。
回望90年代初的中國DCS市場，國外品牌占據著絕對的主導地位。直到1993年底，中控JX-100 DCS的問世和順利投用，打開了國內DCS系統知識自主可控的“新地圖”，不但降低了產品價格和引進成本，更推動了國產工控品牌向陽發(fā)展。
多年來，雖DCS產品的小改進從未停止，但囿于應用行業(yè)的特殊性，許多廠商不敢也不愿做出大的改變。不能否認的是，無論是面對風險的謹小慎微，亦或是安于現狀，都導致DCS的原理、架構、設計思想和控制方式等，從未發(fā)生過大的顛覆與變革。
如今，大數據、云計算、物聯網、AI等新一代信息技術的快速崛起，在推動經濟社會各領域加速變革、重塑的同時，也為自動化控制系統帶來了技術融合應用的挑戰(zhàn)。更重要的是，DCS也終于迎來了實現“質變”，翻開流程工業(yè)過程控制新篇章的機遇。
近日，國內智能制造領導廠商，致力于成為工業(yè)AI全球領先企業(yè)的中控技術，發(fā)布了震撼全球自動化領域的通用控制系統Universal Control System(UCS)的首款產品Nyx。這一舉，可以稱得上是DCS近50年來的第一次顛覆式革新。
也不禁引人思考：中控UCS的問世，未來能代替DCS成“新寵”嗎？！
01 立足數智時代：DCS好，但還不夠好
數字化、智能化的新時代已經到來，在工業(yè)領域，以數據為核心的智能制造是行業(yè)發(fā)展的大趨勢?？刂葡到y作為智能制造的基礎層、自動化控制層的核心，是智能制造架構之中“硬能力”的核心環(huán)節(jié)，需要具有更強大的數據采集、存儲、計算以及分析能力，才能更好地支撐上層智能化軟件的應用。
當前，隨著復雜流程工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)過程控制對大量現場信號的采集、傳遞和數據轉換，以及對精度、可靠性、管控一體化、智能化都提出了更新、更高的要求。而傳統的DCS系統難以滿足這些需求，主要原因涉及兩方面：
● 開放性不足：各廠商將自己的專用硬件、軟件系統強綁定，一旦選擇某個廠商的DCS就要和他們“一條路走到黑”，專用硬件的維護、升級、生命周期管理等都很困難；
● 互操作性差：DCS的現場總線盡管有了國際標準，但標準種類很多，IEC61158國際標準規(guī)定的就有8種，導致互操作性差，“數據孤島”難以避免。
此外，從用戶使用的角度來看，除了算力受限，DCS無論是模擬信號傳輸還是現場總線傳輸，傳輸帶寬、速度、精確度等都無法滿足數智化時代的要求，且模擬儀表和現場總線儀表的大量使用，現場需要大量的I/O卡件、網關、接線以及通信電纜，導致DCS工程周期長、安裝費用高、維護困難等問題。
02 從架構設計入手，回歸控制系統的本質
歷史的局限性，導致了傳統DCS不能很好地滿足新時代的需求。早期，曾被看作必然替代DCS的現場總線控制系統(FCS)并沒有被廣大用戶接受采納，現場總線也只是作為DCS的總線網絡存在。如今，流程工業(yè)市場期盼有更先進、更通用和智能的新一代過程控制系統，融合最新技術，助力行業(yè)走向數字化、智能化。
有幸的是，新技術的進步，為控制系統的設計回歸本質(即感知、連接和計算)鋪平了道路。此次中控技術所發(fā)布的UCS，正是基于這樣的理念，采用了“云-網-端”的極簡架構，即控制數據中心、全光工業(yè)網絡和現場智能設備：
● 控制數據中心相當于UCS的大腦，負責UCS的程序運行、數據處理分析、控制管理等任務。不同之處在于，它不必用專用的控制器硬件，而是采用通用的IT基礎設施和成熟的云技術來部署(*考慮到數據安全性、實時性、可靠性，控制數據中心并不是部署在云端，而是私有云的形式存放于本地)。軟件定義，意味著可以根據需求自動調整資源規(guī)模和容量，實現彈性和可伸縮性的算力供給?？刂茢祿行倪€裝有專為工業(yè)實時控制設計的云實時操作系統NyxOS，可提供安全可靠的實時控制任務運行環(huán)境。另外，冗余和分布式部署架構，還可以確?？刂葡到y的高可用性和容錯性。
● 全光工業(yè)網絡指的是控制數據中心和現場設備之間全部用光纖連接，現場數據以10Gbps速度和并行冗余方式直達控制數據中心，能節(jié)省80%以上的電纜和空間。
● 現場智能設備是UCS的傳感器、執(zhí)行器、現場儀表部分。在UCS中，中控采用基于Ethernet-APL(以太網高級物理層)的現場連接技術，支持2區(qū)本安防爆的現場連接箱和APL模組，實現了儀表IP化，通信速率提升100倍以上。
可以看出，和傳統DCS的架構相比，只有“云-網-端”三個層級的UCS，確實開啟了DCS控制系統發(fā)展的嶄新局面，具有著跨時代的非凡意義。
03 開放的軟件定義，UCS“當打之年”真的來了
遙想當年，在外資企業(yè)有絕對市場話語權的壓力下，本土工控企業(yè)在面對“代理國外品牌求得生存”VS“堅持自主創(chuàng)新”的選擇時，常會對后者望而止步。而如今，中控基于數十年的積累和發(fā)展，帶著UCS的概念與產品，在高手林立的工業(yè)自動化市場中實現突圍，無疑是一座令國人自豪的里程碑。
UCS概念上的標新立異固然重要，但對于“安穩(wěn)長滿優(yōu)”要求甚高的流程行業(yè)來說，倘若不能為企業(yè)生產創(chuàng)造效益，一切都是空談。而軟件定義、全數字化、云原生，不僅是當前控制技術的發(fā)展趨勢，也是UCS內生的三個典型特性，據悉，這些特性也讓UCS可以讓企業(yè)成本大幅降低，機柜室空間減少90%、線纜成本減少80%，并縮短50%的建設周期。
舉例來說，一方面，極簡的UCS架構給控制系統帶來了前所未有的變化，它打破了傳統物理控制器、I/O模塊與機柜群的桎梏，突破了傳統DCS封閉專用、層級僵化、算力有限的束縛，讓控制系統無需大量的控制機柜，這對于用戶而言的益處無需贅述。
在開發(fā)層面，正如UCS中的“U”(Universal)“通用、開放”的含義，UCS從根本上實現了軟硬件的解耦，軟件系統無需根據硬件專門定制開發(fā)，只需采用IT人員常用的編程語言即可，這樣一來降低了開發(fā)和運維的難度，也十分符合IT/OT技術加速融合的發(fā)展趨勢。
在技術融合應用層面，由于UCS的控制數據中心是基于私有云部署的，這讓引入最新的IT技術更具先天優(yōu)勢。生態(tài)伙伴完全可以基于通用平臺開發(fā)云原生APP實現豐富功能，這對傳統DCS來說，要在控制層實現融合這些技術會非常困難。
在數智化時代，APL憑其獨到優(yōu)點已成為數據量大的現場儀表和執(zhí)行機構的最佳選擇，中控對這一發(fā)展趨勢也早已洞悉于心?；贏PL的現場設備給UCS帶來了全數字化信號傳輸模式，基于以太網的APL不僅可實現10Mbps高帶寬和1000米遠距離通訊，同時還可以實現數據傳輸和為現場設備供電，滿足防爆設計規(guī)范。此外，APL儀表也可以完全替代4-20mA+HART儀表，省去原來負責模數轉換的I/O卡件。
而除了前瞻洞察，為實現APL設備的輕松集成，中控已做了萬全準備，早在2019年就著手研究APL技術。目前，基于多年技術與Know-How積累，中控已擁有電源交換機、現場交換機、現場儀表等APL全線產品，并積極打造了產業(yè)化生態(tài)，與20余家國內外儀表廠商合作，儀表類型更是覆蓋全部的主流過程測量儀表，以及絕大多數優(yōu)化與分析儀表。
當然，UCS同樣也支持現有的4-20mA+HART儀表，只需要給這些儀表加上一個APL轉換器，就可以接入到系統中了?？梢?，在UCS問世前、中、后的每個階段，中控已不似早年艱難的“摸著石頭過河”，而是事無巨細地做到了胸有成竹。
04 融合工業(yè)AI，“換道超車”釋放更多價值
在IT技術蓬勃發(fā)展的今天，對本土工業(yè)自動化廠商來說，與時俱進地尋找突破口，實現彎道或換道超車十分重要?，F如今，AI技術進入工業(yè)領域已有些時日，很大程度改變了各行業(yè)發(fā)展與競爭的格局。而對于UCS來說，融合AI技術并非難事，在Nyx中，中控就提出了AI-Inside的設計理念，即AI賦能控制。
目前，Nyx已實現基于強化學習的控制回路優(yōu)化功能AI-PID，以及可以通過自然語言或設計文檔輔助生成控制算法的AI輔助編程，這兩個功能已經展現出來驚人的控制效果和工程效率的提示，未來AI在預測性維護、報警預測、數字孿生等方面的潛力也很值得期待。
對用戶而言，安全性、可靠性是系統開放架構最常詬病的兩個點。中控在設計UCS之初就考慮到了這些問題。首先，控制數據中心的硬件進行了可靠性設計，包括關鍵部件的冗余設計，以及采用高可靠性的超融合技術，而且數據中心99%的硬件和軟件都有故障風險診斷分析，可以預先識別風險。
那在信息安全層面，UCS已經不再采用傳統的縱深防御策略，而是改為更先進的零信任安全框架，所有數據訪問都要經過身份驗證、授權和持續(xù)驗證。由于之前OT技術通常都落后于IT，零信任安全很難實施，由于UCS采用了通用IT基礎設施，在IT領域熱門的零信任技術自然能得到應用。
從工業(yè)3.0起家，如今中控借助自身強大的研發(fā)、供應鏈伙伴力量，持續(xù)發(fā)力工業(yè)4.0，這也賦予了UCS強大的通用和開放特性，使得它能夠輕松駕馭和融合AI、零信任等先進的IT技術，讓其在未來的“人工智能”新時代，釋放無限的產業(yè)應用價值，從而成為DCS的顛覆者、替代者。
另一方面，工業(yè)AI技術的深度融合，也有望成為中控與國內外同業(yè)企業(yè)拉開身距的“殺手锏”，正如新能源汽車領域的“換道超車”，UCS能否替代DCS實現工業(yè)控制領域“換道超車”，同樣值得期待。
05 從并跑到領跑，且看國產崛起新未來
近年來，為解決國產自主可控的難題，國內扶持了一批本土DCS企業(yè)與外資品牌競爭。經過幾十年的快速發(fā)展，如今，我國DCS市場已進入相對穩(wěn)定和成熟的時期。其實，在此次UCS推出之前，中控技術的DCS主打產品是大規(guī)模聯合控制系統ECS-700，這也是首次打破國外公司對中國石化核心裝置控制系統壟斷的優(yōu)秀產品。
隨著互聯網向工業(yè)控制領域不斷滲透，用戶的使用習慣、需求和期望都發(fā)生了巨大變化，“軟件定義控制系統”的構思也有了更具養(yǎng)分的土壤。中控技術從提出UCS架構，到成功打造出UCS第一款產品Nyx，得益于其世界級的工程和研發(fā)能力，以及精干的專業(yè)團隊。
如今，中控正在工業(yè)AI領域進行全方位探索，旨在借AI加速著產品技術的迭代和重構，推動流程工業(yè)的革命性轉變。UCS正是其中優(yōu)秀成果之一。
環(huán)顧全球，當前，我們正處于百年未有之大變局的關鍵時間節(jié)點。放眼工業(yè)自動化控制領域，之前的百年，我們一直是在跟隨全球的發(fā)展。而這一次，在云技術、AI和軟件定義等IT技術日趨成熟，工業(yè)通信和智能儀表等技術出現換代技術之際，中控基于在過程控制領域三十多年的技術和行業(yè)知識經驗積累，推出的開創(chuàng)性的UCS，或將在新的百年帶領更多民族工控品牌崛起，引領全球工業(yè)控制領域的發(fā)展！
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