讲师：在这一课中,
我们将讨论工业控制系统和监控和数据采集系统, 称为ICS和SCADA｡
总的来说, 我们大多数人都在IT领域工作,
也就是信息技术｡
现在, 信息技术包括我们的标准Windows计算机,
我们的服务器, 我们的网络,
我们的云平台等｡
当我们开始谈论ICS和SCADA时,
我们正在进入OT, 运营技术的世界｡
现在运营技术是一种通信网络,
旨在实现工业控制系统, 而不是我们传统的业务和数据网络系统｡
当我们处理ICS和SCADA时,
我们不会专注于最终用户机器或Windows
11工作站, 例如, 坐在我们的网络上｡
相反, 在OT中, 我们将使用技术和计算机在物理世界中做一些事情,
比如打开或关闭一个阀门,
就像你在制造工厂里做的那样,
在发电厂发电, 或者打开或关闭灯,
等等｡
现在, 当你看操作技术时,
它看起来确实与我们其他典型的信息技术网络不同｡
例如, 这是OT的样子, 有一个大柜子,
里面有刻度盘､ 仪表和按钮, 这些都是现实世界中发生的事情｡
如果我想打开或关闭不同的阀门,
或者打开或关闭不同的泵, 我会按下机柜前面的图表上的按钮,
而不是像使用Windows机器那样使用启动打开阀门和按Enter之类的命令｡
这并不是说你不能连接一台Windows机器,
并将它们作为进入OT世界的数字接口, 因为你可以｡
但总的来说, 当你想到OT时,
我希望你想到的是与现实世界互动的技术｡
很多操作技术都可以在制造工厂里使用这样的系统来完成,
你甚至不需要有一台普通的计算机｡
但是, 如果你想使用Windows计算机并控制这些操作技术网络,
你可以做到这一点, 你可以将IT与OT集成｡
但你也不必这么做｡
现在在操作技术的世界里, 我们有两种主要类型的系统｡
我们有工业控制系统､
监控和数据采集系统｡
首先, 我们有工业控制系统｡
现在, 工业控制系统（也称为ICS）通过使用设计用于执行特定和专用功能的嵌入式设备来控制机器,
从而提供工作流和过程自动化的机制｡
ICS被大量用于控制关键基础设施中的真实设备｡
比如电力供应商､ 供水商､
医疗服务､ 电信和自然安全服务｡
如果您将多个ICS互连在一起,
您实际上可以创建分布式控制系统或DCS｡
现在, 当您处理工业控制系统时,
您必须优先考虑可用性和完整性而不是机密性｡
现在在IT世界, 我们通常关注CIA三合会,
我们开始思考这三件事都非常重要,
保密性是第一位的有力竞争者｡
但在操作技术的世界里, 保密性实际上是三个组成部分中最不重要的｡
可用性是最重要的,
这是一个很好的理由｡
让我们思考一下操作技术的目的,
以及它最初被设计用于制造业的目的｡
这一切都是为了最大限度地提高我们制造工厂的效率｡
毕竟, 只要那家工厂倒闭了,
这个组织就赚不到钱｡
对他们来说, 可用性就是一切｡
而且, 当时的制造工厂没有连接到互联网,
整个网络都位于工厂的墙壁内｡
所以我们有物理边界来为我们提供一定程度的保密性｡
这意味着保密性不是什么大问题, 我们不必考虑将其构建到我们的网络中｡
这是因为我们信任在我们工厂工作的人｡
现在让我们来看看另一个ICS的好例子,
它在世界各地每天都在使用｡
在这里, 我们有一艘美国海军军舰｡
这是一个很好的例子,
因为它包含多个ICS, 这些ICS专注于不同的事情,
因为本质上这艘船是一个海上城市｡
请记住, 当您听到ICS时,
它本质上只是一个管理嵌入式设备的网络｡
在那艘船上,
有一个发电厂来发电｡
这相当于一个工厂,
里面有所有需要的机器来产生推力,
转动螺旋桨, 让船在水中行驶｡
有一个通讯中枢, 可以传输声音和视频信号,
这将贯穿整艘船｡
船上有废物和水处理设施
那些水手需要生存几个月的一切都在船上｡
这一切都由ICS和嵌入式设备控制｡
现在, 为了将所有这些工业控制系统互连,
ICS使用称为现场总线的通信技术｡
现在现场总线是一种数字串行数据通信,
将用于操作技术网络, 将不同的可编程逻辑控制器或PLC连接在一起｡
可编程逻辑控制器是一种数字计算机,
用于工业环境中, 以实现装配线,
自主现场操作, 机器人和其他应用的自动化｡
PLC将使用现场总线与传感器,
输入和输出设备互连, 以连接现实世界与数字世界｡
这些PLC可以被编程为基于从给定传感器接收的输入来执行动作｡
现在, 为了对这些PLC进行编程,
我们将使用HMI或人机界面｡
人机界面可以是本地控制面板或在普通计算机上运行的软件｡
人机界面将作为PLC的输入和整个系统的输出｡
通过这种方式, 人类可以在任何给定时间快速查看和监控系统正在做什么｡
毕竟, 作为一名人类操作员,
我需要能够通过读取仪表或其他屏幕来查看机器正在做什么,
以及能够为机器输入我想要它做的事情｡
我通过按下按钮, 转动旋钮, 输入密码,
甚至使用触摸屏来完成｡
例如, 如果我在一家医院工作,
担任放射线技术员, 我可能需要拍一些X光片｡
我可以有一个人机界面, 那是一个平板屏幕,
我可以触摸它,
告诉机器我想让它做什么｡
这样, 面板就可以从我这里获取信息,
将其发送到机器上, 然后拍摄X光片,
就像这台放射线照相机一样｡
这使得ICS和连接到它的PLC形成一个控制回路,
整个自动化过程将由某种控制服务器管理｡
现在, 我们需要讨论的第二种OT是监控和数据采集系统,
即SCADA｡
从技术上讲,
SCADA是一种工业控制系统,
它用于从主机管理分布在地理区域内的大型多站点设备和设备｡
一开始可能会有点混乱, 所以我希望你们能这样记住｡
如果你听到ICS这个词, 我们谈论的是一个单一的工厂或系统｡
如果我们谈论的是DCS,
这是ICS系统的一个小连接, 但通常仍然在一个建筑物或一个设施中｡
当您开始进入SCADA世界时,
我们谈论的是许多不同的ICS和DCS工厂,
它们都通过广域网互连｡
由于SCADA的广泛应用,
它通常会使用在Windows或Linux等普通系统上运行的软件进行操作｡
然后, 该SCADA系统可以收集数据,
并在所有不同的工厂设备和所有不同的设备中管理这些数据,
这些设备中嵌入了PLC｡
要在SCADA网络中互连这些工厂,
您需要广域网连接, 可以是蜂窝､
微波､ 卫星､ 光纤, 甚至是基于VPN的LAN｡
您可以像为其他网络设计连接一样使用任何您想要的东西,
但您需要确保将所有这些现场设备链接回中央SCADA服务器｡
大规模SCADA网络的一个很好的例子是世界各地许多电力公司使用的智能电表系统｡
例如, 在我家, 我们有一个由电力公司安装的智能电表｡
每个月, 他们不必出来读我的电表,
电表通过蜂窝连接向他们发送信息, 他们现在知道他们需要向我收费多少｡
此外, 他们可以连接到我的电表,
不仅监控我的使用情况, 而且监控我的上下状态,
因为我所在地区的所有房屋都是这个SCADA网络的一部分｡
因此, 通过这个SCADA网络,
他们不再需要支付抄表员出去手动检查每个月在城市的每一个房子的电表｡
相反, 他们只是简单地使用那里的蜂窝芯片,
每月读取一次, 并通过蜂窝网络将其作为文本消息或其他数据格式发送回他们的SCADA服务器｡
它整理这些信息, 把它传递到计费系统,
然后我得到一张账单,
上面写着我那个月的电费｡