工业控制系统是对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术(包括自动测量仪表、控制装置)的总称，主要包括用于工业控制的计算机系统（包括软件、硬件设备），用于信息获得部分的传感器、变送器，以及用于命令执行部分的检测仪表和执行器件等。其中，计算机系统是工控系统的核心，包括可编程序控制器（PLC）、工业PC机、分布式控制系统（DCS）、嵌入式计算机、现场总线控制系统（FCS）、机电设备数控系统（CNC、FMS、CAM）等。

（1）可编程序控制器

按照国际电工委员会（IEC）的定义是：可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

由于控制内容的复杂化和高难度化,使PLC向集成化方向发展,PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成,即将计算机、PLC及操作人员的人—机接口结合在一起,使PLC能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益,开放的体系结构提供灵活性,最终降低成本和提高生产率。

（2）工业PC机

工业PC机（IPC）是能适合工业恶劣环境的PC机，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。近年又出现了PCI总线工控机。

作为一种具备特殊性能的计算机，工控机（IPC）能够在苛刻的外界环境下连续长时间的稳定运行，产生于传统工业中过程控制与制造自动化对计算机高适应性和高可靠性的特殊需求。最初，IPC主要应用于专业的工业控制现场领域。由于IPC具有抗恶劣环境、结构扩充性能好、电压适用范围宽、各种I/O设备配套齐全以及它对普通PC软件的完全兼容性等诸多优点，使得它的应用广泛性要远远高于普通PC。

几年来，经过市场的考验和挑选，PC总线工控机逐渐成为工控机市场发展的主流，它具有软件和硬件总线标准与通用PC完全兼容、性能价格比高、产量大、普及程度高、为广大技术人员熟悉和认可等诸多技术性能和市场优势，在业界已成为工控机的代名词，PC总线也成为了工控机范畴内一个重要的总线类型，代表了工控机技术的发展方向和未来趋势。

目前，中国工控机应用领域正在不断扩展，传统工业现场应用和过程控制应用所占比例已经下降到15%，而通讯、电信应用则飞速上升为22%，电力为10%，交通7%，视频、监控10%，军事12%，网络6%，金融、博彩6%，其它12%。同时DVR、查询机、彩票机、综合仪表等IPC嵌入式应用正在迅速崛起，并占据了IPC应用市场越来越大的市场份额，也取代了部分通常由普通PC占领的市场领域。未来几年，PC总线工控机及工业自动化产品的市场规模将成倍的增长，工控机的应用领域将进一步向纵深发展，工控机将进入一个持续高速发展的平稳期。

（3）分布式控制系统

分布式控制系统（DCS）又称集散控制系统。分布式控制系统就是从构成控制系统网络的每一个I/O子系统到每一个I/O子系统的每一个I/O点的构成均无一例外的采用完全模块化结构,并且每一个I/O点都是独立的和互不干扰的。每一个I/O的调理，A/D转换及监测控制类型均是高度点一级可配置和相互独立的。从物理结构上看，每一个I/O点可根据现场I/O信号类型的不同而选择不同的I/O模块。它从硬件结构设计上保证了当任何一点出现故障或损坏时，不会影响到系统中其它任何设备的正常运转，只需将此I/O模块更换即可使整个系统全部正常运行。由于这种更换不会涉及到其它I/O点，当然也就无需将整个系统或局部系统关闭，进而影响到系统任何部分的正常运行。目前，这种设计已被视为分布式控制系统中可靠性设计的典范。

从系统结构上看，每一个I/O子系统是由构成分布式控制系统的最小计算机(也称之为智能控制器或I/O控制器),I/O安装架，I/O模块及通讯接口单元构成。它具备行使控制和监测智能的一切必备要素：包括CPU,存储器，I/O控制功能，通讯能力，网络支持，高级语言编程能力，梯级逻辑语言能力，扩展能力以及在线数据修改能力等。I/O控制器与I/O模块间通过I/O安装架相连，I/O模块和现场相连。每个子系统的I/O处理能力则取决于控制器的设计档次。

智能I/O模块都是独立的和可自由配置的，它避免了其它类型的控制系统所出现的“多余I/O点选择”的弊病，在出现故障时，也不会因为要修理一个有问题的I/O点而必须把其它连带I/O点也拆下来的状况，而且，在备品备件的保留上具有较高的性能价格比。

控制器与控制器(子系统和子系统之间)以及工程师工作站和子系统之间，可采用高可靠，高速，易配置的的通讯网络，如Ethernet、Arcnet、Modbus、OptoMux等。也可采用目前流行的现场总线，如Lonworks、DeviceNet、Profibus等。

（4）嵌入式计算机

嵌入式计算机平台目前广泛应用于军工、工业控制、电子医疗设备和通讯等领域，其目标市场一般有以下特点：对可靠性要求高于对计算能力的要求，典型应用包括电梯、智能交通信号控制、电子医疗设备、电力设备监控、银行和ATM机监控等；要求最低开发风险和最短开发周期；要求具备很强升级能力；要求长期维护或技术支持。

嵌入式计算机平台作为一种知识交叉的产品，在不同的应用领域，客户需求差异较大。好的嵌入式计算机必须具备国际标准总线结构、丰富的高可靠硬件模块、坚固的嵌入式BIOS和良好的软件兼容性，并能支持各种实时操作系统，具有小体积和低功耗的特点。要快速构建一个高可靠的嵌入式控制系统，嵌入式计算机平台厂家与客户间建立起深层次、长远的伙伴关系尤为重要。

随着全球信息化的高速发展，人们对嵌入式系统的功能和可靠性要求越来越高，并促使其不断向模块化发展。因为嵌入式微处理器功能变得越来越强大，产品的软硬件变得越来越复杂，不同厂家生产的各种处理器并不兼容，广大的嵌入式应用系统制造商面临更大挑战。如直接选择处理器开始从头设计，则不仅面临开发失败的风险，而且开发速度也很难满足市场需求。而模块化的嵌入式计算机平台不仅可提供一个软硬件接口标准化的完整应用开发平台，而且可针对客户的特殊要求量身定做，因此对于追求更短上市周期的嵌入式应用系统制造商来说，模块化解决方案毫无疑问将受到他们越来越多的青睐。 

（5）现场总线控制系统（FCS）

现场总线技术综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，其基础是智能仪表。分散在各个工业现场的智能仪表通过数字现场总线连为一体，并与控制室中的控制器和监视器一起共同构成现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）。

通过遵循一定的国际标准，可以将不同厂商的现场总线产品集成在同一套FCS中，具有互换性和互操作性。FCS把传统DCS的控制功能进一步下放到现场智能仪表，由现场智能仪表完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。现场仪表的数据（包括采集的数据和诊断数据）通过现场总线传到控制室的控制设备上，控制室的控制设备用来监视各个现场仪表的运行状态，保存各智能仪表上传的数据，同时完成少量现场仪表无法完成的高级控制功能。

FCS的技术关键是智能仪表技术和现场总线技术。智能仪表不仅具有精度高、可自诊断等优点，而且具有控制功能，必将取代传统的4-20mA模拟仪表。连接现场智能仪表的现场总线是一种开放式、数字化、多接点的双向传输串行数据通路，它是计算机技术、自动控制技术和通信技术相结合的产物。结合PC丰富的软硬件资源，既克服了传统控制系统的缺点，又极大地提高了控制系统的灵活性和效率，形成了一种全新的控制系统，开创了自动控制的新纪元，成为自动控制发展的必然趋势。