DCS，即集散控制系統，從1975年誕生至今已近50年的歷史，已成為流程工業優化過程精準控制、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展。
多年來，雖DCS產品的小改進從未停止，但囿于應用行業的特殊性，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。更重要的是，DCS也終于迎來了實現“質變”，翻開流程工業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AI全球領先企業的中控技術，發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，在工業領域，以數據為核心的智能制造是行業發展的大趨勢。控制系統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”的核心環節，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，隨著復雜流程工業的不斷發展，工業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模和容量，實現彈性和可伸縮性的算力供給。控制數據中心還裝有專為工業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境。另外，冗余和分布式部署架構，還可以確保控制系統的高可用性和容錯性。
● 全光工業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，能節省80%以上的電纜和空間。
● 現場智能設備是UCS的傳感器、執行器、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，在外資企業有絕對市場話語權的壓力下，本土工控企業在面對“代理國外品牌求得生存”VS“堅持自主創新”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展，帶著UCS的概念與產品，在高手林立的工業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“安穩長滿優”要求甚高的流程行業來說，倘若不能為企業生產創造效益，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，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和運維的難度，也十分符合IT/OT技術加速融合的發展趨勢。
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技術更具先天優勢。生態伙伴完全可以基于通用平臺開發云原生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憑其獨到優點已成為數據量大的現場儀表和執行機構的最佳選擇，中控對這一發展趨勢也早已洞悉于心。基于APL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，并積極打造了產業化生態，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。可見，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AI，“換道超車”釋放更多價值
在IT技術蓬勃發展的今天，對本土工業自動化廠商來說，與時俱進地尋找突破口，實現彎道或換道超車十分重要。現如今，AI技術進入工業領域已有些時日，很大程度改變了各行業發展與競爭的格局。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3.0起家，如今中控借助自身強大的研發、供應鏈伙伴力量，持續發力工業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，釋放無限的產業應用價值，從而成為DCS的顛覆者、替代者。
另一方面，工業AI技術的深度融合，也有望成為中控與國內外同業企業拉開身距的“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企業與外資品牌競爭。經過幾十年的快速發展，如今，我國DCS市場已進入相對穩定和成熟的時期。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秀產品。
隨著互聯網向工業控制領域不斷滲透，用戶的使用習慣、需求和期望都發生了巨大變化，“軟件定義控制系統”的構思也有了更具養分的土壤。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能力，以及精干的專業團隊。
如今，中控正在工業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，推動流程工業的革命性轉變。UCS正是其中優秀成果之一。
環顧全球，當前，我們正處于百年未有之大變局的關鍵時間節點。放眼工業自動化控制領域，之前的百年，我們一直是在跟隨全球的發展。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知識經驗積累，推出的開創性的UCS，或將在新的百年帶領更多民族工控品牌崛起，引領全球工業控制領域的發展！
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