工业控制系统作为工厂流程的一部分出现在世人面前大约是在十八世纪中期，但事实上，古希腊人与阿拉伯人就已经开始在诸如水钟、油灯这样的装置中使用浮动阀门进行自动控制了。世界上第一台有记载的自动控制设备是公元前二百五十年左右埃及人所使用的水钟。这台水钟以水作为动力进行计时与矫正，将世界最准确计时工具的头衔保持了将近两千年，直到摆钟被发明。

       1745年，安装在风车中控制磨盘间的间隙，已经开始由自动装置进行控制。这种控制机构是最早真正用于工业的控制系统之一，并且最终导致了由蒸汽引擎引发的第一次工业革命。

       之后的一个多世纪，绝大部分的工业控制系统所关注的重点是对蒸汽系统中的温度、压力、液面以及机器转速的控制。但随着工业革命的深入，十八世纪中期至二十世纪初，工业控制系统开始了有史以来第一次全面发展:

       航海:1873 年，一名法国企业家兼工程师，发明了“动力辅助器”的装置。今天，经后人改进，他的发明有了新的名字:伺服机构。

       制造:继电器开始在工厂中大量使用。通过继电器构筑的逻辑(如“开/关”和“是/否”)代替了之前使用人工的制造业控制方式。可编程逻辑控制器（PLC）就是继电器逻辑发展的产物。

       电力:1920 年，虽然绝大多数控制手段只是简单的“开/关”，中央控制室已经成为大型工厂和电站的标准配置。中央控制室中的记录器能够对系统运行状况进行绘制或者使用彩色灯泡反映系统状态，操作员则以此为依据对某些开关进行操作，完成对系统的控制。用于现代电厂的工业控制系统已现雏形。

       交通:工业控制系统在交通领域的发展得益于用于控制平衡以及自动驾驶的陀螺仪的首次使用。

       研究:1932 年，“负反馈”的概念被纳入到控制理论中并用于新型控制系统的设计，并完成控制领域中“标准闭环分析”方法的建立。

           1935年，工业控制系统的启蒙时期随着“通信大繁荣”的开始而结束。远距离有线及无线通信技术的应用，标志着工业控制系统古典时期正式开始。

古典主义时期:1935 年-1950 年

       由于奠定了现代工业控制理论及相关标准的基础，1935 年至1950 年被很多学者称为工业控制领域的古典主义时期。这一时期的工业控制产业和相关标准由四个美国组织所建立:

       美国电话电报公司：专注于通信系统的带宽拓宽。

        福克斯波罗公司：设计了第一款现代工业控制中最常用的反馈回路控制部件，比例积分控制器。

       麻省理工学院伺服机构实验室：引入了控制系统“框图”的概念，开始对工业控制系统进行模拟。

       新的疆域:1950 年至今

       1950年，斯佩里-兰德公司造出了第一台商业数据处理机UNIVAC ，工业控制系统正式全面与通信系统及电子计算机结合，开启了工业控制系统设置的新领域。

       数年后，全球第一个数字化工业控制系统建设完成。这个系统使用单一计算机控制整个工业控制系统，被称为直接数字控制(Direct Digital Control :DDC )，也就是第一代工业控制系统:计算机集中控制系统。同时，现代工业控制系统的结构也逐渐清晰起来，其核心组件开始形成:

       可编程逻辑控制器(PLC )：用于工业控制系统的继电器逐渐显示出其局限。继电器价格昂贵，并且一旦配置完成并启动，就难以对其控制逻辑进行改变，这些缺陷导致了可编程逻辑控制器的发展。但随着大规模集成电路和通讯技术的发展，可编程逻辑控制的控制能力日趋增强，可编程逻辑控制器也由封闭的私有通讯协议转而使用开放的公共协议，大幅度提高了系统的兼容性，方便了系统的维护与更新。

       数据采集与监控系统(SCADA )：数据采集与监控系统开始应用于地区或地理跨度非常大的工业控制系统，其主要功能是收集系统状态信息，处理数据以及远距离通信。根据数据采集与监控系统所采集的各种数据，控制中心的管理人员可以进行各种操作，维持整个系统的正常运行。

       远程终端单元(RTU )：数据采集与监控系统的完善需要远程终端单元的发展。远程终端单元是在连续扫描且须快速反应的工作状态中进行操作，其通讯协议必须兼具高效与安全，且安全是重中之重。因早期协议不同而无法兼容，直到国际电气与电子工程师学会(IEEE )的推动以及基于微处理器的通讯接口的发展下，远程终端单元的兼容性问题逐步得到了解决。

        通信技术：从早期的电话线路对系统进行监控与操作，到后来因为设备成本改用可以传输数据与声音的电力线载波技术，不久又被微波技术取代。接着光纤网络开始在广域网(WAN )中使用。发展至今已经将卫星通讯以及更加便宜的900 兆赫兹的无线通信系统用于工业控制系统。

       协议：随着可编程控制器、远程终端单元以及智能电子设备的发展，通信网络中所传递的早已不是“开”与“关”这样简单的信号。20 世纪80 年代，IEEE 成立了一个工作组专门对工业控制系统日益扩大的协议兼容性问题寻找可行的解决方案。在对120 个工业控制系统协议进行筛选之后，制定了两个标准化协议:分布式网络协议版本3 (DNP3 )以及国际电工委员会(IEC )60870-5-101 。目前，DNP3 已经是使用最为广泛的工业控制系统协议。

       由于电子计算机与现代通信网络的发展，工业控制系统在几十年之内已经完成了多次更新换代。

       第一次:从20 世纪50 年代开始，工业控制系统开始由之前的气动、电动单元组合式模拟仪表、手动控制系统升级为使用模拟回路的反馈控制器，形成了使用计算机的集中式工业控制系统。

       第二次:大约在20 世纪60 年代，工业控制系统开始由计算机集中控制系统升级为集中式数字控制系统。工业控制系统在发生质的飞跃同时也因为集中控制产生了风险。

       第三次:20 世纪70 年代中期，集中式数字控制系统逐渐被离散式控制系统所取代。

       第四次:20 世纪90 年代后期，集计算机技术、网络技术与控制技术为一体的全分散、全数字、全开放的工业控制系统--现场总线控制系统(FCS )应运而生。     

由于技术的快速发展，现代工业控制系统的安全问题越来越复杂，其面临的风险及威胁类型也越来越多，包括黑客、间谍软件、钓鱼软件、恶意软件、内部威胁、垃圾信息以及工业间谍。上述风险与威胁针对控制系统的攻击方式也各不相同，有的专门攻击工业控制系统本身的漏洞，有的希望通过入侵工业控制系统所使用的通信网络(包括软件及硬件)获取相关利益。由于工业控制系统管理着大量的国家基础设施，其安全性与可靠性对社会发展及国家安全极其重要，可以断言，在未来相当长时间里，工业控制系统的安全策略与防护措施将持续受到关注。【1】

 

 

【1】节选自《OFWeek工控网》