本文图片来源：中控技术

作者：石林才 刘亚东

　　近日，中控技术发布了首款通用控制系统Universal Control System（UCS）产品Nyx，那这是怎样的一款产品？它会替代传统的DCS成为未来的趋势吗？

　　DCS，即集散控制系统，从1975年诞生至今已近50年的历史，已成为流程工业优化过程精准控制、提升生产安全水平，实现数智化升级不可或缺的自动化控制系统。

　　回望90年代初的中国DCS市场，国外品牌占据着绝对的主导地位。直到1993年底，中控JX-100 DCS的问世和顺利投用，打开了国内DCS系统知识自主可控的“新地图”，不但降低了产品价格和引进成本，更推动了国产工控品牌向阳发展。

　　多年来，虽DCS产品的小改进从未停止，但囿于应用行业的特殊性，许多厂商不敢也不愿做出大的改变。不能否认的是，无论是面对风险的谨小慎微，亦或是安于现状，都导致DCS的原理、架构、设计思想和控制方式等，从未发生过大的颠覆与变革。

　　如今，大数据、云计算、物联网、AI等新一代信息技术的快速崛起，在推动经济社会各领域加速变革、重塑的同时，也为自动化控制系统带来了技术融合应用的挑战。更重要的是，DCS也终于迎来了实现“质变”，翻开流程工业过程控制新篇章的机遇。

　　近日，国内智能制造领导厂商，致力于成为工业AI全球领先企业的中控技术，发布了震撼全球自动化领域的通用控制系统Universal Control System（UCS）的首款产品Nyx。这一举，可以称得上是DCS近50年来的第一次颠覆式革新。

　　也不禁引人思考：中控UCS的问世，未来能代替DCS成“新宠”吗？！

　　01 立足数智时代：DCS好，但还不够好

　　数字化、智能化的新时代已经到来，在工业领域，以数据为核心的智能制造是行业发展的大趋势。控制系统作为智能制造的基础层、自动化控制层的核心，是智能制造架构之中“硬能力”的核心环节，需要具有更强大的数据采集、存储、计算以及分析能力，才能更好地支撑上层智能化软件的应用。

　　当前，随着复杂流程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换，以及对精度、可靠性、管控一体化、智能化都提出了更新、更高的要求。而传统的DCS系统难以满足这些需求，主要原因涉及两方面：

　　● 开放性不足：各厂商将自己的专用硬件、软件系统强绑定，一旦选择某个厂商的DCS就要和他们“一条路走到黑”，专用硬件的维护、升级、生命周期管理等都很困难；

　　● 互操作性差：DCS的现场总线尽管有了国际标准，但标准种类很多，IEC61158国际标准规定的就有8种，导致互操作性差，“数据孤岛”难以避免。

　　此外，从用户使用的角度来看，除了算力受限，DCS无论是模拟信号传输还是现场总线传输，传输带宽、速度、精确度等都无法满足数智化时代的要求，且模拟仪表和现场总线仪表的大量使用，现场需要大量的I/O卡件、网关、接线以及通信电缆，导致DCS工程周期长、安装费用高、维护困难等问题。

　　02 从架构设计入手，回归控制系统的本质

　　历史的局限性，导致了传统DCS不能很好地满足新时代的需求。早期，曾被看作必然替代DCS的现场总线控制系统（FCS）并没有被广大用户接受采纳，现场总线也只是作为DCS的总线网络存在。如今，流程工业市场期盼有更先进、更通用和智能的新一代过程控制系统，融合最新技术，助力行业走向数字化、智能化。

　　有幸的是，新技术的进步，为控制系统的设计回归本质（即感知、连接和计算）铺平了道路。此次中控技术所发布的UCS，正是基于这样的理念，采用了“云-网-端”的极简架构，即控制数据中心、全光工业网络和现场智能设备：

　　● 控制数据中心相当于UCS的大脑，负责UCS的程序运行、数据处理分析、控制管理等任务。不同之处在于，它不必用专用的控制器硬件，而是采用通用的IT基础设施和成熟的云技术来部署（*考虑到数据安全性、实时性、可靠性，控制数据中心并不是部署在云端，而是私有云的形式存放于本地）。软件定义，意味着可以根据需求自动调整资源规模和容量，实现弹性和可伸缩性的算力供给。控制数据中心还装有专为工业实时控制设计的云实时操作系统NyxOS，可提供安全可靠的实时控制任务运行环境。另外，冗余和分布式部署架构，还可以确保控制系统的高可用性和容错性。

　　● 全光工业网络指的是控制数据中心和现场设备之间全部用光纤连接，现场数据以10Gbps速度和并行冗余方式直达控制数据中心，能节省80%以上的电缆和空间。

　　● 现场智能设备是UCS的传感器、执行器、现场仪表部分。在UCS中，中控采用基于Ethernet-APL（以太网高级物理层）的现场连接技术，支持2区本安防爆的现场连接箱和APL模组，实现了仪表IP化，通信速率提升100倍以上。

　　可以看出，和传统DCS的架构相比，只有“云-网-端”三个层级的UCS，确实开启了DCS控制系统发展的崭新局面，具有着跨时代的非凡意义。

　　03 开放的软件定义，UCS“当打之年”真的来了

　　遥想当年，在外资企业有绝对市场话语权的压力下，本土工控企业在面对“代理国外品牌求得生存”VS“坚持自主创新”的选择时，常会对后者望而止步。而如今，中控基于数十年的积累和发展，带着UCS的概念与产品，在高手林立的工业自动化市场中实现突围，无疑是一座令国人自豪的里程碑。

　　UCS概念上的标新立异固然重要，但对于“安稳长满优”要求甚高的流程行业来说，倘若不能为企业生产创造效益，一切都是空谈。而软件定义、全数字化、云原生，不仅是当前控制技术的发展趋势，也是UCS内生的三个典型特性，据悉，这些特性也让UCS可以让企业成本大幅降低，机柜室空间减少90%、线缆成本减少80%，并缩短50%的建设周期。

　　举例来说，一方面，极简的UCS架构给控制系统带来了前所未有的变化，它打破了传统物理控制器、I/O模块与机柜群的桎梏，突破了传统DCS封闭专用、层级僵化、算力有限的束缚，让控制系统无需大量的控制机柜，这对于用户而言的益处无需赘述。

　　在开发层面，正如UCS中的“U”（Universal）“通用、开放”的含义，UCS从根本上实现了软硬件的解耦，软件系统无需根据硬件专门定制开发，只需采用IT人员常用的编程语言即可，这样一来降低了开发和运维的难度，也十分符合IT/OT技术加速融合的发展趋势。

　　在技术融合应用层面，由于UCS的控制数据中心是基于私有云部署的，这让引入最新的IT技术更具先天优势。生态伙伴完全可以基于通用平台开发云原生APP实现丰富功能，这对传统DCS来说，要在控制层实现融合这些技术会非常困难。

　　在数智化时代，APL凭其独到优点已成为数据量大的现场仪表和执行机构的最佳选择，中控对这一发展趋势也早已洞悉于心。基于APL的现场设备给UCS带来了全数字化信号传输模式，基于以太网的APL不仅可实现10Mbps高带宽和1000米远距离通讯，同时还可以实现数据传输和为现场设备供电，满足防爆设计规范。此外，APL仪表也可以完全替代4-20mA+HART仪表，省去原来负责模数转换的I/O卡件。

　　而除了前瞻洞察，为实现APL设备的轻松集成，中控已做了万全准备，早在2019年就着手研究APL技术。目前，基于多年技术与Know-How积累，中控已拥有电源交换机、现场交换机、现场仪表等APL全线产品，并积极打造了产业化生态，与20余家国内外仪表厂商合作，仪表类型更是覆盖全部的主流过程测量仪表，以及绝大多数优化与分析仪表。

　　当然，UCS同样也支持现有的4-20mA+HART仪表，只需要给这些仪表加上一个APL转换器，就可以接入到系统中了。可见，在UCS问世前、中、后的每个阶段，中控已不似早年艰难的“摸着石头过河”，而是事无巨细地做到了胸有成竹。

　　04 融合工业AI，“换道超车”释放更多价值

　　在IT技术蓬勃发展的今天，对本土工业自动化厂商来说，与时俱进地寻找突破口，实现弯道或换道超车十分重要。现如今，AI技术进入工业领域已有些时日，很大程度改变了各行业发展与竞争的格局。而对于UCS来说，融合AI技术并非难事，在Nyx中，中控就提出了AI-Inside的设计理念，即AI赋能控制。

　　目前，Nyx已实现基于强化学习的控制回路优化功能AI-PID，以及可以通过自然语言或设计文档辅助生成控制算法的AI辅助编程，这两个功能已经展现出来惊人的控制效果和工程效率的提示，未来AI在预测性维护、报警预测、数字孪生等方面的潜力也很值得期待。

　　对用户而言，安全性、可靠性是系统开放架构最常诟病的两个点。中控在设计UCS之初就考虑到了这些问题。首先，控制数据中心的硬件进行了可靠性设计，包括关键部件的冗余设计，以及采用高可靠性的超融合技术，而且数据中心99%的硬件和软件都有故障风险诊断分析，可以预先识别风险。

　　那在信息安全层面，UCS已经不再采用传统的纵深防御策略，而是改为更先进的零信任安全框架，所有数据访问都要经过身份验证、授权和持续验证。由于之前OT技术通常都落后于IT，零信任安全很难实施，由于UCS采用了通用IT基础设施，在IT领域热门的零信任技术自然能得到应用。

　　从工业3.0起家，如今中控借助自身强大的研发、供应链伙伴力量，持续发力工业4.0，这也赋予了UCS强大的通用和开放特性，使得它能够轻松驾驭和融合AI、零信任等先进的IT技术，让其在未来的“人工智能”新时代，释放无限的产业应用价值，从而成为DCS的颠覆者、替代者。

　　另一方面，工业AI技术的深度融合，也有望成为中控与国内外同业企业拉开身距的“杀手锏”，正如新能源汽车领域的“换道超车”，UCS能否替代DCS实现工业控制领域“换道超车”，同样值得期待。

　　05 从并跑到领跑，且看国产崛起新未来

　　近年来，为解决国产自主可控的难题，国内扶持了一批本土DCS企业与外资品牌竞争。经过几十年的快速发展，如今，我国DCS市场已进入相对稳定和成熟的时期。其实，在此次UCS推出之前，中控技术的DCS主打产品是大规模联合控制系统ECS-700，这也是首次打破国外公司对中国石化核心装置控制系统垄断的优秀产品。

　　随着互联网向工业控制领域不断渗透，用户的使用习惯、需求和期望都发生了巨大变化，“软件定义控制系统”的构思也有了更具养分的土壤。中控技术从提出UCS架构，到成功打造出UCS第一款产品Nyx，得益于其世界级的工程和研发能力，以及精干的专业团队。

　　如今，中控正在工业AI领域进行全方位探索，旨在借AI加速着产品技术的迭代和重构，推动流程工业的革命性转变。UCS正是其中优秀成果之一。

　　环顾全球，当前，我们正处于百年未有之大变局的关键时间节点。放眼工业自动化控制领域，之前的百年，我们一直是在跟随全球的发展。而这一次，在云技术、AI和软件定义等IT技术日趋成熟，工业通信和智能仪表等技术出现换代技术之际，中控基于在过程控制领域三十多年的技术和行业知识经验积累，推出的开创性的UCS，或将在新的百年带领更多民族工控品牌崛起，引领全球工业控制领域的发展！