工控觀察 | 通用控制系統(tǒng)團標(biāo)正式發(fā)布，工業(yè)AI數(shù)據(jù)基座UCS Starts

筆者發(fā)現(xiàn)工控屆最新出臺了一項新團體標(biāo)準(zhǔn)《通用控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)主要由中控技術(shù)牽頭，聯(lián)合中國石化工程建設(shè)有限公司、中國寰球工程有限公司、萬華化學(xué)、巴斯夫(中國)等企業(yè)起草。控制系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一直由歐美自動化巨頭主導(dǎo)，歷經(jīng)數(shù)十年，雖然標(biāo)準(zhǔn)一直在更新，但總體架構(gòu)并未改變。這種基于傳統(tǒng)技術(shù)體系的標(biāo)準(zhǔn)框架，已難以匹配流程行業(yè)的智能化技術(shù)演進節(jié)奏。

在數(shù)字化、智能化及能源轉(zhuǎn)型的浪潮推動下，煉油、化工、石油天然氣等流程行業(yè)正迎來新一輪轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵階段。然而，企業(yè)在推進智能化過程中普遍面臨三大痛點：系統(tǒng)間數(shù)據(jù)孤島難以打通，無法為工業(yè)AI提供統(tǒng)一且豐富的智能數(shù)據(jù)；老舊裝置改造升級困難，成本投入大且工期不確定性高，風(fēng)險難以管控；傳統(tǒng)系統(tǒng)無法滿足智能化需求，缺少革命性的產(chǎn)品。

#1

傳統(tǒng)DCS面臨智能化挑戰(zhàn)

架構(gòu)革新勢在必行

傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)雖然能滿足流程行業(yè)對安全性、可靠性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)要求，但其源于20世紀70年代的技術(shù)架構(gòu)已難以支撐當(dāng)下工業(yè)AI時代的轉(zhuǎn)型需求。

具體來看，由于DCS系統(tǒng)多采用專用硬件，例如其控制器及I/O卡件等，導(dǎo)致后期維護及備品備件成本高昂；

另外，DCS控制器算力有限，復(fù)雜的智能控制算法只能通過實時性較差的外掛服務(wù)器實現(xiàn)；軟件硬件高度耦合，升級和維護復(fù)雜且成本高昂，通常需要停產(chǎn)維護。

更關(guān)鍵的是，傳統(tǒng)架構(gòu)難以承載AI算法及高級應(yīng)用，物理控制器無法支撐機器學(xué)習(xí)等高級算法在實時控制層的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)瓶頸及數(shù)據(jù)形式單一制約了海量智慧數(shù)據(jù)的收集，無法成為工業(yè)AI所需的高質(zhì)量數(shù)據(jù)基座。

這些問題導(dǎo)致企業(yè)在推動智能應(yīng)用落地及系統(tǒng)升級改造中面臨巨大壓力。

面對上述挑戰(zhàn)，行業(yè)領(lǐng)軍者已率先行動。從需求端看，沙特阿美、巴斯夫、萬華化學(xué)等業(yè)內(nèi)的標(biāo)桿企業(yè)都在探索新一代系統(tǒng)應(yīng)用。頭部自動化企業(yè)積極投入工業(yè)AI及下一代軟件定義自動化（SDA）的產(chǎn)品開發(fā)，推動控制系統(tǒng)向軟件定義、硬件通用、內(nèi)嵌AI的方向演進。

此外，控制系統(tǒng)作為裝置運行的大腦，其技術(shù)的自主性關(guān)乎關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全與穩(wěn)定。在全球技術(shù)格局演變背景下，推動由本土力量主導(dǎo)下一代控制系統(tǒng)的架構(gòu)定義與產(chǎn)品開發(fā)，對于構(gòu)建自主可控的產(chǎn)業(yè)體系具有戰(zhàn)略意義。

#2

以“云-網(wǎng)-端”極簡架構(gòu)

打破傳統(tǒng)DCS架構(gòu)物理限制

工控網(wǎng)觀察到，由國內(nèi)控制系統(tǒng)廠商中控技術(shù)率先推出的新一代通用控制系統(tǒng)UCS（Universal Control System）不僅顛覆了傳統(tǒng)DCS的技術(shù)架構(gòu)，更為工業(yè)自動化領(lǐng)域帶來了新的可能性。

傳統(tǒng)DCS主要由以下幾個關(guān)鍵組成部分構(gòu)成：操作員、工程師站、歷史數(shù)據(jù)站、控制器、現(xiàn)場總線或I/O模塊及各類過程儀表。首先，通用控制系統(tǒng)改變傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)層級架構(gòu)及形態(tài)，將操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)站等上位機工作站功能以及分布式控制站轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖x的應(yīng)用服務(wù)，并集中部署在服務(wù)器集群中運行各類支持Ethernet-APL協(xié)議的過程儀表，可直接通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，從而極大的瘦身了控制系統(tǒng)的物理形態(tài)。

圖，DCS與UCS的物理形態(tài)對比

其次，UCS采用通用服務(wù)器集群硬件、容器化OS、云原生軟件技術(shù)、新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對現(xiàn)有DCS關(guān)鍵技術(shù)的全面迭代。UCS突破了傳統(tǒng)DCS的笨重形態(tài)，形成了以控制數(shù)據(jù)中心、全光確定性工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和智能現(xiàn)場為核心的“云-網(wǎng)-端”極簡架構(gòu)。這種新型架構(gòu)在滿足用戶對系統(tǒng)快速、安全、穩(wěn)定、可靠這一最基礎(chǔ)需求的同時，又具備算力靈活可擴展、軟件易于升級迭代、承載AI算法運行、調(diào)用GPU算力，以及提供高質(zhì)量工業(yè)AI數(shù)據(jù)等優(yōu)勢，高度契合流程行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的核心需求。

自2024年5月全球發(fā)布以來，通用控制系統(tǒng)已在多個重量級項目中實現(xiàn)穩(wěn)定運行，其技術(shù)價值已轉(zhuǎn)化為可量化的生產(chǎn)效益。

例如，在湖北興瑞硅材料智能化示范項目中，UCS的極簡設(shè)計帶來顯著降本增效：機柜空間減少90%、電纜成本降低80%、項目建設(shè)周期縮短50%。在實際應(yīng)用中，UCS系統(tǒng)成功替代了原有的歐美控制系統(tǒng)，將五套工藝生產(chǎn)裝置的幾十個控制機柜整合為一個統(tǒng)一的操作中心，總監(jiān)控點數(shù)突破15000點，人均監(jiān)控I/O點從500點提升至2000點，效能提升67%。

湖北興瑞硅材料智能化示范項目應(yīng)用圖

在國家管網(wǎng)集團儲能公司金壇儲氣庫項目中，UCS助力實現(xiàn)了“一鍵注采切換”，將復(fù)雜流程協(xié)同人員從20余人縮減至3-5人，工作效率提升超過90%，充分展現(xiàn)了其智能化水平。

國家管網(wǎng)集團儲能公司金壇儲氣庫項目應(yīng)用圖

此外，UCS還在江西天新藥業(yè)項目、瑞典星源鋰電材料項目、馬來西亞石油UTP等眾多項目中驗證了跨場景適應(yīng)能力。近期，UCS成功中標(biāo)中國石油獨山子石化、藍海新材料等行業(yè)頭部企業(yè)項目，進一步反映了市場對其技術(shù)先進性、可靠性的持續(xù)認可。

#3

通用控制系統(tǒng)團體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布

規(guī)模化應(yīng)用獲關(guān)鍵支撐

在技術(shù)及應(yīng)用的突破之外，下一代控制系統(tǒng)的規(guī)模化實施離不開統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的支撐。當(dāng)前，通用控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系處于從0到1的階段，導(dǎo)致企業(yè)在擁抱新技術(shù)時無標(biāo)準(zhǔn)可依。另外，工程設(shè)計單位、建設(shè)單位、監(jiān)管機構(gòu)也急需統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)作為參考，從而達成新技術(shù)的快速應(yīng)用推廣。

由中控技術(shù)牽頭聯(lián)合20余家設(shè)計院、行業(yè)龍頭企業(yè)與高校，共同編纂的《通用控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)（JH/CAA 003-2025），已于2025年10月20日經(jīng)中國自動化學(xué)會正式批準(zhǔn)發(fā)布。這是國內(nèi)外首個聚焦通用控制系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范，旨在填補空白，形成統(tǒng)一、高效、可復(fù)制的通用控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，從而指導(dǎo)先進技術(shù)應(yīng)用，確保應(yīng)用的規(guī)范性和安全性，為我國流程工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與自主可控提供了重要技術(shù)支撐。

作為設(shè)計規(guī)范，其內(nèi)容包括性能及功能要求，技術(shù)要求、安全要求及施工要求。在技術(shù)創(chuàng)新方面提出了新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由定義了服務(wù)器集群構(gòu)成的“控制數(shù)據(jù)中心”等構(gòu)成系統(tǒng)的新形態(tài)。同時，標(biāo)準(zhǔn)遵循了國內(nèi)外流程行業(yè)對于控制系統(tǒng)在安全防護、信號邏輯等方面的通用要求，做到了兼容并蓄。

該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為設(shè)計院和用戶提供了統(tǒng)一的設(shè)計與施工依據(jù)，做到了有“標(biāo)”可依，有力推動了新技術(shù)的加速落地。更重要的是，它標(biāo)志著中國工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展從“技術(shù)跟隨、符合標(biāo)準(zhǔn)”邁向了“技術(shù)引領(lǐng)、定義標(biāo)準(zhǔn)”的新階段。通過確立統(tǒng)一規(guī)范，引導(dǎo)更多企業(yè)參與研發(fā)與應(yīng)用，形成“標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)創(chuàng)新、創(chuàng)新完善標(biāo)準(zhǔn)”的良性循環(huán)，將進一步加速自主技術(shù)體系的成熟與壯大。

標(biāo)準(zhǔn)的確立僅僅是起點。在統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范的指引下，中國工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將進一步形成完整的創(chuàng)新生態(tài)，為世界流程工業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型貢獻中國方案。未來，隨著更多企業(yè)加入通用控制系統(tǒng)生態(tài)中，我們有望看到更加豐富的智能工業(yè)應(yīng)用場景涌現(xiàn)，從而加速推動流程工業(yè)向高效、綠色、智能的方向邁進。