开放、安全的工业自动化系统

历史背景与问题

工业自动化系统在20世纪80-90年代采用专有软硬件，导致缺乏互操作性，企业被锁定在单一平台，切换或升级成本高昂。1990年代末出现OPC标准，但专有解决方案仍主导市场，导致高资本/运营支出、灵活性差、安全缺陷和创新受限等问题。

软件定义架构解决方案

借鉴IT领域经验，工业自动化采用软件定义架构，将ISA-95模型L1-L3层功能运行在COTS服务器上，实现开放标准、开放平台，降低成本并满足工业实时性要求。

软件定义架构优势

1. 降低资本/运营支出：使用高容量COTS服务器替代专用设备，减少维护成本和空间占用，远程监控和更新降低运维费用。
2. 提高灵活性：开放平台允许用户选择供应商和组件，软件与硬件解耦便于迁移和复用。
3. 内置安全效率：服务器平台易于安全加固，虚拟化技术支持高级网络安全功能集成。
4. 加速创新：开放平台支持快速采用新技术，COTS服务器便于技术推广和集成。

软件定义架构基础设施要求

1. 低延迟虚拟化：满足工业实时性要求，优化资源分配。
2. 确定性网络：TSN技术实现以太网实时通信。
3. 高可用性：快速自动故障切换保障控制系统完整性。
4. 强健安全：从硬件到应用的全栈安全防护，包括安全启动、可信平台模块等。
5. 生命周期管理：支持软件升级、硬件更新等操作，无服务中断。
6. 增强平台监控：硬件状态感知和自动化资源分配。
7. 顶级应用支持：集成IT和OT技术，支持实时和大数据应用。

应用领域

除工业自动化外，软件定义架构还可应用于石油天然气、医疗等行业，实现设备到企业系统的信息整合。

结论

软件定义架构通过开放标准和COTS服务器，显著降低工业自动化成本，提高灵活性和安全性，加速创新，为企业带来更高的投资回报。