工业控制系统五层架构你懂多少？PLC、SCADA、DCS 各自承担什么职能？
发布时间:
2025-10-28
工业控制系统一般是多种类型控制系统的统称，涵盖数据采集与监视控制（SCADA）系统、分布式控制系统（DCS）、
工业控制系统一般是多种类型控制系统的统称，涵盖数据采集与监视控制（SCADA）系统、分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）及其他相关控制系统。
五层架构
PART 1
依据国际标准 IEC62264-1 构建的工业控制系统经典层级模型，会按照功能从顶层到底层将典型工控系统划分为五个层级，依次为：企业资源层（决策管理层）、生产管理层（运营管理层）、过程监控层、现场控制层和现场设备层（物理设备层）。
其五层架构具体构成如下：
L4. 决策管理层：包含 ERP（企业资源计划）、门户、邮件系统、办公终端等，同时需进行安全保护、监视与审计。该层级覆盖企业各类信息化系统与信息化支撑体系，会整合各类资源，结合并分析多维度汇总的数据，为集团总部及下属企业的管理经营者提供经营决策依据。
L3. 生产运营层：由 MES（制造执行系统）、MIS（管理信息系统）、生产指挥系统、运行调度系统及办公终端组成，同样需落实保护、监视与审计工作。核心作用是实现生产过程的执行管理（涵盖制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、工作中心 / 设备管理、工具工装管理、物料管理、生产看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解）、记录数据处理及生产指挥调度。
L2. 过程监控层：主要由操作员站、工程师站、OPC 服务器、SCADA 系统、DCS 系统构成，需做好保护、监视与审计。该层级负责对生产现场与生产状态开展集中监控，全面掌握企业生产状况。
L1. 现场控制层：包含 DCS 控制器、PLC（可编程逻辑控制器）及其他具备逻辑控制功能的设备，搭配操作员站与工程师站，同时执行保护、监视与审计。其功能是接收来自物理设备层的数据（如传感器、变送器或智能仪表），依据特定控制策略计算出所需的控制参数，并将其传送至现场执行器（如阀门、电机）。此外，还能完成连续控制、顺序控制或逻辑控制，实现对现场设备的监视与控制。
L0. 物理设备层：由执行器、传感器、智能仪表、电机及执行装置等构成，需做好保护、监视与审计。核心作用是实现生产过程中各类物理变量与电信号的转换，完成现场生产数据的采集和控制指令的执行，是 “智能制造” 领域中数字化实现的基石。
工业控制系统是由计算机与工业过程控制组件构成的自动控制系统，包含控制器、传感器、变送器、执行器及输入 / 输出接口等部件。这些部件借助工业通信线路，遵循特定通信协议实现连接，进而形成具备自动控制能力的工业生产制造或加工体系。
如前文所述，它通常是多种控制系统的统称，除了 SCADA、DCS、PLC 这三类核心系统，还包含其他辅助控制系统。
PLC（可编程逻辑控制器）
PART 2
作为一款专为工业环境应用设计的数字运算操作电子设备，配备可编程的存储单元，能够在其内部存储并执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数及算术运算等操作指令，可直接控制各类生产设备的运行与生产流程，是工业自动化、数字化与网络化实现的基础支撑，在生产领域发挥着关键作用，广泛应用于各行业生产企业。
其典型部署组件包括：数据服务器、工程师站、PLC 主机、Modem（调制解调器）、报警灯、变频器、直流驱动器、光电检测器、现场总线、交流驱动器等。
煤炭行业：煤炭企业选用的 PLC 品牌以西门子、AB、三菱及和利时为主，主要应用于运输系统、选煤系统、采煤系统等核心生产环节。
电力行业：火电企业中，PLC 设备多选用西门子、Rockwell、Schneider 等品牌，主要用于火电辅控设施的控制；风电企业则以贝福、ABB、巴赫曼的控制器为主，核心应用于风电电机的控制。
轨交行业：铁路领域工业控制系统的集成工作均由国内厂商负责，核心控制系统也大多由国内厂商自主研发，代表性厂商包括卡斯柯、通号院、交大微联、兰州大成、铁科院等，主要应用于铁路集中调度、牵引供电等系统。
港口行业：港口企业的 PLC 设备以罗克韦尔品牌为主，重点应用于翻车机、运输皮带、堆取料机、装船设备等关键作业环节。
航运行业：航运企业主要采用 Kongsberg、SAM 的控制器，用于船舶自动化控制系统的搭建。
煤化工行业：煤化工企业的 PLC 设备以霍尼韦尔、西门子、AB、GE、施耐德品牌为主，主要应用于选煤、备煤、脱硫、废水处理等辅控系统。
DCS 系统（分布式控制系统）
PART 3
DCS 系统可实现所有设备的实时控制、报警管理、历史数据与事件的采集存储、报表生成存储及过程操作等功能，主要针对现场（生产厂区或车间范围）的 DCS 控制器及现场过程开展监控工作。
现场仪表信号会传输至现场机柜室与中央控制室，数据传输通常采用电缆或光缆作为介质，DCS 系统对这些数据进行统一处理后，在中央控制室完成全部的控制、监测、报警及报表生成等操作。
其核心组件包括：工作站、打印机、应用服务器、OPC 客户端、服务器、无线设备、冗余 SCADA、人机操作台、数据服务器、工程师站、本地控制网、电机控制器、PLC、过程控制器、单回路控制器、报警灯、I/O 模块、传感器、执行器、电机、变频器、直流驱动器、伺服驱动器、电磁阀、温度传感器、电动阀、压力调节器、逻辑控制器、现场总线、交流驱动器、压力变送器等。
DCS 系统主要适用于连续性反应过程控制，像发电、化工、制药等行业均有广泛应用。
国外品牌：主要由 FOXBORO、ABB、Emerson、Siemens、Honeywell、Yokogawa 等厂商供应。
国内品牌：以上海新华、和利时、浙大中控、国电智深、浙江威盛等厂商的产品为主。
具体行业应用：
电力行业：主要应用于火电企业火电机组的主机与辅机控制，主流品牌包括西门子、ABB、艾默生及国内的国电智深、上海新华等。
煤化工行业：核心用于煤化工生产过程的控制，主要选用霍尼韦尔、和利时、GE 新华等品牌的 DCS 系统。
SCADA 系统（数据采集与监视控制系统）
PART 4
SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，也就是数据采集与监视控制系统，其功能与 DCS 相近，但 SCADA 系统主要监控范围相对更广（跨厂区或跨地域）的生产设备，数据传输方式更为多样，对数据延迟的要求不像 DCS 那样严格，更注重数据的集中采集、监视与趋势分析。
其系统架构包含：控制中心、控制现场（1/2/3）、工程师站、通信线路、控制服务器、通讯路由器、Satellite Modem（卫星调制解调器）、KTU（远程终端单元）、历史数据库、广域网数据网络传输、WAN CARD（广域网卡）、Cellular 模块等。
煤炭行业：主要用于煤矿综合自动化监控，常采用 WinCC、IFix、Intouch、PSI、pSpace 等系统，同时对供电、运输、通风、排水、选煤等系统实施集中监控。
电力行业：风电企业中，SCADA 系统主要用于单向采集风电场中央监控层的数据并进行统计分析，作为能量管理系统（EMS 系统）的核心子系统，具备信息全面、提升效率、准确掌握系统运行状态、加快决策速度、助力快速诊断系统故障状态等优势，主要集成商包括华锐风电、新疆金风科技、国电南自、西门子、南瑞继保、苏司兰能源；火电企业中也有类似 SCADA 的监控系统（如电厂变电站的 NCS 系统），主要集成商为国电南瑞、四方继保。
轨交行业：牵引供电 SCADA 系统是核心应用，主要用于对牵引供电设备进行远距离调度监控，代表品牌为成都交大光芒有限公司；此外，分散自律调度集中系统、车辆运行监控系统等也具备 SCADA 系统的功能与属性，相关系统的生产与集成以国产厂商为主。
港口行业：港口中央控制系统的功能与 SCADA 系统相近，主要用于港口自动化系统的整体监控，涉及运输皮带与其他单机设备的状态监视及控制。
航运行业：航运企业的船舶机舱自动化系统（包含机舱监控报警系统、主机遥控系统、船舶电站系统等）与 SCADA 系统功能类似，通过集控室对机舱、主机及电站开展集中监控。
煤化工行业：SCADA 系统主要应用于煤化工企业供配电系统的监控工作。
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