工業(yè)控制系統(tǒng)是對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設(shè)備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術(shù)(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱，主要包括用于工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)（包括軟件、硬件設(shè)備），用于信息獲得部分的傳感器、變送器，以及用于命令執(zhí)行部分的檢測儀表和執(zhí)行器件等。其中，計算機系統(tǒng)是工控系統(tǒng)的核心，包括可編程序控制器（PLC）、工業(yè)PC機、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、嵌入式計算機、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、機電設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)（CNC、FMS、CAM）等。

（1）可編程序控制器

按照國際電工委員會（IEC）的定義是：可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程�？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。

PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化,使PLC向集成化方向發(fā)展,PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等,并強化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化,尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長率最快。PLC與PC集成,即將計算機、PLC及操作人員的人—機接口結(jié)合在一起,使PLC能利用計算機豐富的軟件資源,而計算機能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機為基的控制容易編程和維護用戶的利益,開放的體系結(jié)構(gòu)提供靈活性,最終降低成本和提高生產(chǎn)率。

（2）工業(yè)PC機

工業(yè)PC機（IPC）是能適合工業(yè)惡劣環(huán)境的PC機，配有各種過程輸入輸出接口板組成工控機。近年又出現(xiàn)了PCI總線工控機。

作為一種具備特殊性能的計算機，工控機（IPC）能夠在苛刻的外界環(huán)境下連續(xù)長時間的穩(wěn)定運行，產(chǎn)生于傳統(tǒng)工業(yè)中過程控制與制造自動化對計算機高適應(yīng)性和高可靠性的特殊需求。最初，IPC主要應(yīng)用于專業(yè)的工業(yè)控制現(xiàn)場領(lǐng)域。由于IPC具有抗惡劣環(huán)境、結(jié)構(gòu)擴充性能好、電壓適用范圍寬、各種I/O設(shè)備配套齊全以及它對普通PC軟件的完全兼容性等諸多優(yōu)點，使得它的應(yīng)用廣泛性要遠遠高于普通PC。

幾年來，經(jīng)過市場的考驗和挑選，PC總線工控機逐漸成為工控機市場發(fā)展的主流，它具有軟件和硬件總線標準與通用PC完全兼容、性能價格比高、產(chǎn)量大、普及程度高、為廣大技術(shù)人員熟悉和認可等諸多技術(shù)性能和市場優(yōu)勢，在業(yè)界已成為工控機的代名詞，PC總線也成為了工控機范疇內(nèi)一個重要的總線類型，代表了工控機技術(shù)的發(fā)展方向和未來趨勢。

目前，中國工控機應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴展，傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用和過程控制應(yīng)用所占比例已經(jīng)下降到15%，而通訊、電信應(yīng)用則飛速上升為22%，電力為10%，交通7%，視頻、監(jiān)控10%，軍事12%，網(wǎng)絡(luò)6%，金融、博彩6%，其它12%。同時DVR、查詢機、彩票機、綜合儀表等IPC嵌入式應(yīng)用正在迅速崛起，并占據(jù)了IPC應(yīng)用市場越來越大的市場份額，也取代了部分通常由普通PC占領(lǐng)的市場領(lǐng)域。未來幾年，PC總線工控機及工業(yè)自動化產(chǎn)品的市場規(guī)模將成倍的增長，工控機的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步向縱深發(fā)展，工控機將進入一個持續(xù)高速發(fā)展的平穩(wěn)期。

（3）分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（DCS）又稱集散控制系統(tǒng)。分布式控制系統(tǒng)就是從構(gòu)成控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的每一個I/O子系統(tǒng)到每一個I/O子系統(tǒng)的每一個I/O點的構(gòu)成均無一例外的采用完全模塊化結(jié)構(gòu),并且每一個I/O點都是獨立的和互不干擾的。每一個I/O的調(diào)理，A/D轉(zhuǎn)換及監(jiān)測控制類型均是高度點一級可配置和相互獨立的。從物理結(jié)構(gòu)上看，每一個I/O點可根據(jù)現(xiàn)場I/O信號類型的不同而選擇不同的I/O模塊。它從硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證了當(dāng)任何一點出現(xiàn)故障或損壞時，不會影響到系統(tǒng)中其它任何設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，只需將此I/O模塊更換即可使整個系統(tǒng)全部正常運行。由于這種更換不會涉及到其它I/O點，當(dāng)然也就無需將整個系統(tǒng)或局部系統(tǒng)關(guān)閉，進而影響到系統(tǒng)任何部分的正常運行。目前，這種設(shè)計已被視為分布式控制系統(tǒng)中可靠性設(shè)計的典范。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，每一個I/O子系統(tǒng)是由構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)的最小計算機(也稱之為智能控制器或I/O控制器),I/O安裝架，I/O模塊及通訊接口單元構(gòu)成。它具備行使控制和監(jiān)測智能的一切必備要素：包括CPU,存儲器，I/O控制功能，通訊能力，網(wǎng)絡(luò)支持，高級語言編程能力，梯級邏輯語言能力，擴展能力以及在線數(shù)據(jù)修改能力等。I/O控制器與I/O模塊間通過I/O安裝架相連，I/O模塊和現(xiàn)場相連。每個子系統(tǒng)的I/O處理能力則取決于控制器的設(shè)計檔次。

智能I/O模塊都是獨立的和可自由配置的，它避免了其它類型的控制系統(tǒng)所出現(xiàn)的“多余I/O點選擇”的弊病，在出現(xiàn)故障時，也不會因為要修理一個有問題的I/O點而必須把其它連帶I/O點也拆下來的狀況，而且，在備品備件的保留上具有較高的性能價格比。

控制器與控制器(子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間)以及工程師工作站和子系統(tǒng)之間，可采用高可靠，高速，易配置的的通訊網(wǎng)絡(luò)，如Ethernet、Arcnet、Modbus、OptoMux等。也可采用目前流行的現(xiàn)場總線，如Lonworks、DeviceNet、Profibus等。

（4）嵌入式計算機

嵌入式計算機平臺目前廣泛應(yīng)用于軍工、工業(yè)控制、電子醫(yī)療設(shè)備和通訊等領(lǐng)域，其目標市場一般有以下特點：對可靠性要求高于對計算能力的要求，典型應(yīng)用包括電梯、智能交通信號控制、電子醫(yī)療設(shè)備、電力設(shè)備監(jiān)控、銀行和ATM機監(jiān)控等；要求最低開發(fā)風(fēng)險和最短開發(fā)周期；要求具備很強升級能力；要求長期維護或技術(shù)支持。

嵌入式計算機平臺作為一種知識交叉的產(chǎn)品，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，客戶需求差異較大。好的嵌入式計算機必須具備國際標準總線結(jié)構(gòu)、豐富的高可靠硬件模塊、堅固的嵌入式BIOS和良好的軟件兼容性，并能支持各種實時操作系統(tǒng)，具有小體積和低功耗的特點。要快速構(gòu)建一個高可靠的嵌入式控制系統(tǒng)，嵌入式計算機平臺廠家與客戶間建立起深層次、長遠的伙伴關(guān)系尤為重要。

隨著全球信息化的高速發(fā)展，人們對嵌入式系統(tǒng)的功能和可靠性要求越來越高，并促使其不斷向模塊化發(fā)展。因為嵌入式微處理器功能變得越來越強大，產(chǎn)品的軟硬件變得越來越復(fù)雜，不同廠家生產(chǎn)的各種處理器并不兼容，廣大的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)制造商面臨更大挑戰(zhàn)。如直接選擇處理器開始從頭設(shè)計，則不僅面臨開發(fā)失敗的風(fēng)險，而且開發(fā)速度也很難滿足市場需求。而模塊化的嵌入式計算機平臺不僅可提供一個軟硬件接口標準化的完整應(yīng)用開發(fā)平臺，而且可針對客戶的特殊要求量身定做，因此對于追求更短上市周期的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)制造商來說，模塊化解決方案毫無疑問將受到他們越來越多的青睞。 

（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）

現(xiàn)場總線技術(shù)綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點的通信與控制系統(tǒng)，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)是智能儀表。分散在各個工業(yè)現(xiàn)場的智能儀表通過數(shù)字現(xiàn)場總線連為一體，并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起共同構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）。

通過遵循一定的國際標準，可以將不同廠商的現(xiàn)場總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中，具有互換性和互操作性。FCS把傳統(tǒng)DCS的控制功能進一步下放到現(xiàn)場智能儀表，由現(xiàn)場智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運算和數(shù)據(jù)輸出等功能�，F(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)（包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)）通過現(xiàn)場總線傳到控制室的控制設(shè)備上，控制室的控制設(shè)備用來監(jiān)視各個現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài)，保存各智能儀表上傳的數(shù)據(jù)，同時完成少量現(xiàn)場儀表無法完成的高級控制功能。

FCS的技術(shù)關(guān)鍵是智能儀表技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)。智能儀表不僅具有精度高、可自診斷等優(yōu)點，而且具有控制功能，必將取代傳統(tǒng)的4-20mA模擬儀表。連接現(xiàn)場智能儀表的現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化、多接點的雙向傳輸串行數(shù)據(jù)通路，它是計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。結(jié)合PC豐富的軟硬件資源，既克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點，又極大地提高了控制系統(tǒng)的靈活性和效率，形成了一種全新的控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了自動控制的新紀元，成為自動控制發(fā)展的必然趨勢。