工业控制系统背景与概述
工业控制系统的背景
工业控制系统是一个广泛的概念，它涉及到各种各样的自动化技术，旨在监测、控制和优化各种工业过程。在这篇博客中，我们将深入探讨工业控制系统的重要性、应用以及未来的发展趋势。
工业控制系统的重要性
在现代工业中，自动化和控制技术已成为必不可少的部分。通过使用工业控制系统，生产过程可以更加高效和准确地进行。控制系统可以通过监测和调整过程参数，确保产品的一致性和质量，同时减少人工干预的错误和成本。此外，工业控制系统还可以提高生产过程的安全性和可靠性，降低事故风险和停机时间。
工业控制系统的应用
工业控制系统广泛应用于各种工业领域，例如制造业、化工、石油和天然气等行业。在制造业中，控制系统可以帮助监测和控制生产线上的各种参数，例如温度、湿度、压力等等。在化工工业中，工业控制系统可以确保化学过程的稳定性和安全性。在石油和天然气行业，控制系统可以控制油井的开关和生产参数，确保生产的安全和高效。
工业控制系统的未来发展趋势
随着技术的不断进步，工业控制系统将变得更加智能化和自适应。AI和机器学习技术将被应用于控制系统中，以帮助预测和避免故障，并实现自主优化生产过程。此外，随着工业互联网的普及，工业控制系统将成为更加连接和可视化的系统，允许远程监测和控制，以及数据共享和协作。
工业控制系统的概述
工业控制系统集现代控制理论、现代网络通信技术、工业自动化、工业大数据、工业物联网、工业云、信息安全与计算机技术等于一体的复合交叉学科。
工业控制系统主要包括三个功能：
- 显示功能：显示功能具备实时观察自动化系统当前状态的能力。向操作员提供信息或图，以便操作员做出反应。
- 监控功能：监控功能关注于一个临界值，例如压力、温度、水平等，比较当前值与预定义的阈值，根据设定的监控功能进行告警或交互。
- 控制功能：控制功能是控制、移动、激活和启动事物的地方。实现控制系统使执行器接合、阀门打开、电机运行等动作。
工业控制系统的类型
工业控制系统主要有数据采集与监控系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）三种类型。
数据采集与监控系统（SCADA） 利用计算机、控制等技术实现现场环境的数据存储和采集、监控的系统，实施数据采集监控系统有利于提高整个企业信息系统的应用效率。SCADA系统具有采集、控制分散的特点。
SCADA的特点：
- SCADA侧重功能和集成；
- 用户集成，更具有开放性；
- 专用于测控点分布范围广泛的生产过程或设备的监控，如移动通信基站等；
- 根据I/O的点数选择相应的控制器，成本相对较低。
分布式控制系统（DCS） 是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分为自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。
DCS的特点：
- DCS是一种技术；
- 体系结构更加成熟完善；
- 主要用于控制精度要求高、测控点集中的流程工业，如石油、化工、电站等；
- 成套系统，设备以及软件授权费用高。
可编程逻辑控制器（PLC） 采用可编程程序的存储器，用于执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数等操作的指令，并通过数字或模拟的输入（I）和输出（O）接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC主要用于控制小型和中型机器，例如自动化生产线、机器人等等；也可以应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，通过回路控制提供本地的过程管理。
工业控制系统通信协议
工业控制系统通信协议指完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，确保网络中数据顺利地传送到确定地方。
协议分类：
- 标准协议：国际标准或公认的标准协议，如Modbus、DNP3、IEC104等；
- 私有公开：只有厂商自己设备支持并提供官方协议文档，如 Omron FINS 协议，三菱 Melsec 协议等；
- 私有不公开：只有厂商自己设备支持且官方不提供协议文档，如S7、西门子 PPI 协议、 GE SRTP 等。
工业控制系统安全
工业控制系统功能安全
工业控制系统功能安全是为了达到设备和工厂安全功能，受保护的、和控制设备的安全相关部分必须正确执行其功能，而且当失效或故障发生时，设备或系统必须仍能保持安全条件或进入到安全状态。
SIL（安全完整性等级）是对执行安全相关功能的任何对象所获得的可靠性（即可靠性程度）进行量化。可靠性越高，系统执行关键功能的能力就越大。SIL级别范围为1到4（SIL 1，SIL 2，SIL 3，SIL4）。
工业控制系统信息安全
工业控制系统信息安全包括IT信息安全和工控系统内部安全。
网络攻击的流程：
病毒入侵的方式：
- 软件升级
- 远程维护、远程监控
- U盘数据拷贝
- 系统集成调试
- 智能手机充电
- 移动终端联网
- 社会工程学攻击
Stuxnet病毒攻击过程示意：
- Stuxnet散布到互联网，感染计算机和U盘；
- 带有Stuxnet的U盘插入ICS计算机，传染给控制系统网络；
- 找到控制系统组态软件后，利用其漏洞，替换原有S7otbxdx.dll文件；
- 借助组态软件，向PLC控制器注入恶意控制程序DB890；
- PLC向离心机发送恶意控制指令，使其超速；向控制室发送欺骗性的数据。