(完整)工业控制系统的历史沿革及发展方向
工控系统发展历程简述

工控系统发展历程简述工控系统是指用于监视和控制工业过程的计算机系统,它将传感器、执行器、控制器和网络等设备连接起来,实现对工业生产过程的自动化控制。
工控系统的发展历程可以追溯到20世纪40年代的自动化控制。
20世纪40年代至60年代,随着计算机技术的发展和应用,工业自动化开始兴起。
这一时期主要是以逻辑控制器(PLC)为核心的控制系统,PLC能够根据预设的逻辑程序对生产过程进行控制。
此时的工控系统主要以硬连线为主,控制器和执行器的连接直接通过硬电缆完成。
进入70年代,随着微电子技术的进步,计算机成为工业自动化领域中的关键设备。
工控系统开始使用分散式控制器(DCS)和远程输入输出(RIO)模块,实现了控制器和执行器之间的远程通信和数据交互。
此时的工控系统开始实现了分层架构,可以对多个工艺过程进行集中控制。
80年代至90年代,工控系统得到了进一步的发展。
随着计算机网络的普及和应用,工控系统开始采用以太网作为通信手段,实现了工控网络的建立。
这一时期,工控系统实现了更高级的控制策略,如模糊控制和遗传算法等,提升了控制系统的性能和精度。
进入21世纪,工控系统开始朝着更加智能化、数字化和网络化发展。
工业互联网的概念提出,工控系统开始采用云计算、大数据和物联网等新技术,实现工业设备的远程监控和管理。
此时的工控系统不仅能够实时采集和处理传感器数据,还可以通过云平台进行数据分析和优化控制。
随着工业自动化的发展和应用,工控系统在各个行业的应用越来越广泛。
例如,工控系统在汽车制造业中实现了自动化生产线的建立和运营;在能源领域,工控系统实现了电力、石油和天然气等资源的有效利用和控制;在化工行业,工控系统实现了化工生产的安全和高效。
总的来说,工控系统在过去几十年中经历了从硬连线控制到分散控制再到网络控制的发展过程。
随着计算机技术、网络技术和传感器技术的不断进步,工控系统将会越来越智能化、数字化和网络化,为工业生产带来更高效、安全和可持续的发展。
浅谈PLC发展概况与发展趋势

浅谈PLC发展概况与发展趋势PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)是一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备。
它通过编程控制输入输出模块,实现对生产过程的监控和控制。
本文将对PLC的发展概况和发展趋势进行浅谈。
一、PLC发展概况PLC起源于20世纪60年代,最初用于替代传统的继电器控制系统。
它的出现极大地提高了工业自动化的水平,使得生产线更加灵活、高效。
PLC的发展经历了以下几个阶段:1. 第一代(1960s-1970s):PLC最初采用离散元件电路设计,功能有限,主要用于简单的逻辑控制任务。
2. 第二代(1980s-1990s):PLC开始采用集成电路设计,功能更加强大,支持更复杂的控制任务。
同时,PLC开始普及应用于各个行业。
3. 第三代(2000s-至今):PLC的处理能力和存储容量大幅提升,支持更复杂的算法和控制策略。
同时,PLC开始与其他自动化设备(如传感器、执行器)进行无线通信,实现更高级的集成控制。
二、PLC发展趋势随着科技的不断进步和工业自动化的快速发展,PLC也在不断演进和改进。
以下是PLC发展的一些趋势:1. 集成化:未来的PLC将更加注重集成化设计,将控制、通信、数据处理等功能融合在一个设备中。
这样可以减少设备的数量和复杂度,提高系统的可靠性和稳定性。
2. 网络化:PLC将与互联网和云计算技术结合,实现远程监控和控制。
通过云平台,用户可以随时随地监控生产线的运行状态,并进行远程配置和调试。
3. 智能化:未来的PLC将更加智能化,具备自学习和自适应能力。
它可以通过学习生产线的工作规律和异常情况,自动调整控制策略,提高生产效率和质量。
4. 安全性:随着工业自动化的普及,对PLC的安全性要求也越来越高。
未来的PLC将加强对数据安全和网络安全的保护,防止黑客攻击和机密信息泄露。
5. 环保节能:PLC将更加注重节能和环保。
通过优化控制策略,减少能源的消耗,降低对环境的污染。
工业自动化控制技术的发展与趋势

工业自动化控制技术的发展与趋势随着科技的飞速发展和经济的飞跃,工业自动化控制技术成为了当今的热门话题。
这项技术不仅提高了生产效率,而且有助于降低生产成本和提高产品质量。
在这篇文章中,我们将探讨工业自动化控制技术的发展和未来趋势。
一、工业自动化控制技术的发展自动化控制技术的起源可以追溯到18世纪,当时人们开始使用水力驱动的机器来加速生产。
但是,真正的工业自动化始于20世纪初,当时工业革命推动了新的自动化技术领域的发展。
当时的机器是由人力或动物驱动的,但是这些机器的效率低下,而且需要消耗大量的人力和物力。
20世纪50年代,人们开始使用计算机来控制机器的运行,这也标志着自动化控制技术的革命性进步。
自那时起,自动化控制技术不断发展。
人们设计出了能够自动执行某些任务的设备,例如设备控制器、机器人、传感器和执行器等。
这些技术的应用范围也变得更加广泛,包括航空航天,军事,生物工程和医疗诊断等。
二、工业自动化控制技术的现状目前,自动化控制技术已经成为现代工业的重要组成部分。
在许多行业中,自动化控制技术已经完全替代了手工操作。
例如,在汽车生产工厂中,大多数制造过程都是由机器人完成的。
这些机器人配备了强大的控制系统,可以准确地完成复杂的拼装工作。
此外,在医疗和生物工程领域,自动化控制技术也被广泛应用来医疗诊断,药物研发和生产等。
除了提高生产效率之外,自动化控制技术还带来了其他好处。
例如,它可以降低生产成本,提高产品质量和可靠性,减少工伤和员工疲劳程度等。
另一方面,由于设备能够自动执行任务,工人可以集中精力进行更高级别的任务,例如监视设备运行,做出重要决策等。
三、工业自动化控制技术的未来趋势在未来几年,工业自动化控制技术的发展将面临许多挑战和机遇。
以下是一些有关未来发展趋势的预测:1. 人工智能和机器学习将深入应用:人工智能和机器学习在自动化控制技术领域的应用将越来越普遍。
这些技术可以帮助设备自动适应不同的工作环境,以及更好地理解数据和反馈。
(完整版)控制系统发展史

控制系统发展史1引言控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了,早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统,多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统,在控制系统的发展史上,称为第三代控制系统,以PLC和DCS为代表,从70年代开始应用以来,在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。
从90年代开始,陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等,本文将简要介绍各种常见的控制系统,并分析控制系统的演进过程和发展方向。
2集散控制系统DCS2.1 DCS的发展历程70年代中期,由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多,而且条件苛刻,要求显示操作集中等,使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。
在此情况下,业内厂商经过市场调查,确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主,辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制,它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975年前后,在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上,开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。
由于当时计算机并不普及,所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时,开发DCS还应强调向用户提供整个系统。
此外,开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件,以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间,DCS先与成套设备配套,而后逐步扩大到工艺装置改造上,与此同时,也分成大型DCS和中小型DCS两类产品,使其性能价格比更具有竞争力。
DCS产品虽然在原理上并没有多少突破,但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变,共出现了三代DCS产品。
1975年至80年代前期为第一代产品,80年代中期至90年代前期为第二代产品,90年代中期至21世纪初为第三代产品。
2.2 DCS今后发展的几个问题到目前为止,DCS所存在的问题,主要集中在3个方面:即系统开放性问题;与现场传感器、变送器、执行器的接线问题;价格较贵问题。
工业控制系统的概念和发展历程

工业控制系统的概念和发展历程随着现代工业的不断发展,工业控制系统也日益成熟,成为促进现代工业生产的基石之一。
工业控制系统是通过对工业生产过程的监测、测量和调节,实现生产线的运作稳定和自动化的一种技术体系。
在这篇文章中,我们将探讨工业控制系统的概念和发展历程。
一、工业控制系统的概念工业控制系统是一种通过对生产线的监测、测量和调节,实现生产线功能稳定和自动化的一种技术体系。
其中,“监测”是指通过各种传感器等技术手段,对生产过程中的关键参数进行监测、采集和记录,以实现对生产过程的全面了解;“测量”是指对监测数据进行处理,比如数据存储、分析、过滤等,在此基础上得到判断的量;而“调节”则是利用控制器等设备对监测和测量数据进行处理,以实现对生产过程的控制和调节。
工业控制系统的基本因素是传感器、控制器和执行器。
传感器负责监测各项参数的变化,如温度、压力、湿度等;而控制器则是对传感器监测的数据进行处理和判断,以实现对生产过程的调节和控制,最终以执行机构的形式改变生产过程中的各种因素,以达到预定目标。
二、工业控制系统的历史发展工业控制系统的发展可以追溯到19世纪末期。
当时发明了一种叫做“沙尔顿水银控制器”的装置,它通过调节蒸汽压力控制溶液的温度和浓度,实现工业生产过程的稳定。
这一技术的出现标志着现代工业控制系统的起点。
20世纪初,随着电气技术的进步和应用,电气控制系统开始普及。
电气控制系统利用串、并联电路和继电器等元器件,实现对电气信号的监测和控制,为现代工业控制系统的发展奠定了基础。
20世纪60年代至70年代期间,数字技术应用的兴起进一步推动了工业控制系统的发展。
自动控制系统中的传感器和执行器也随之改变,焦点从机械式的改变为电子式的,即触发器和逻辑门,这使得控制器变成一台可以以电子数字信号为输入和输出的计算机系统。
一些特定行业,如航空航天和核能,需要高度抗干扰和安全性的控制系统。
进入21世纪后,工业控制系统的发展进入了数字化、网络化和智能化的时代。
一文了解现代工业控制的发展

一文了解现代工业控制的发展控制系统的第一代产生于1930年到1940年,主要代表是以基地式仪表为代表的机械控制技术。
第二代产生于1950年,主要是电气控制技术为主的继电器控制技术和调节器为代表的模拟控制技术。
目前所称的控制系统是第三代控制系统,诞生于二十世纪七十年代,主要技术代表是用于流程工业的集散控制系统(DCS)和用于离散工业的可编程控制器(PLC)。
PLC和DCS是第三代控制系统的代表,在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中应用的很多,PLC和DCS功能相似,但其实使用领域有很大的差别,PLC使用在如绕线机、包装机等,而DCS则使用在航天、大型工业控制,最近几年DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系”的领域,尝试着把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及低价位结合起来。
为此,DCS公司减少了其系统所占用的空间,而PLC公司则开始集成其组件以制造更完善的系统。
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现,美国,日本,德国的可编程控制器质量优良,功能强大。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC 已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点。
工业控制系统发展历史

2.现场总线的标准
IEC组织于1999年12月31日投票,确定了8大总 线作为国际现场总线标准,其中包括CANBus、 ProfitBus、InterBus-S、ModBus、FOUNDATIONFieldbus等等。而在此基础上形成了新的 现场总线控制系统 (FieldbusControlSystemFCS)。
1.计算机网络的前期发展
人类历史上第一台计算机
计算机及网络技术与控制系统的发展有 着紧密的联系。最早在50年代中后期, 计算机就已经被应用到控制系统中。60 年代初,出现了由计算机完全替代模拟 控制的控制系统,被称为直接数字控制 (DirectDigitalControl,DDC)。
70年代中期,随着微处理器的出现,计算机控制系 统进入一个新的快速发展的时期,1975年世界上第 一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世, 它以多台微处理器共同分散控制,并通过数据通信 网络实现集中管理,被称为集散控制系统 (DistributedControlSystem,DCS)。
1.现场总线控制系统(FCS)
(1.) FCS实际上是连接现场智能设备和自动化控制设备 的双向串行、数字式、多节点通信网络,也被称为现场底 层设备控制网络。
(2).为了克服DCS系统的技术瓶颈,进一步满 足现场的需要,现场总线技术应运而生,它实际 上是连接现场智能设备和自动化控制设备的双 向串行、数字式、多节点通信网络,也被称为现 场底层设备控制网络(INFRANET)。和 Internet、Intranet等类型的信息网络不同,控制 网络直接面向生产过程,因此要求很高的实时性、 可靠性、资料完整性和可用性。为满足这些特 性,现场总线对标准的网络协议作了简化,省略 了一些中间层,只包括ISO/OSI7层模型中的3层: 物理层、数据链路层和应用层。
工控系统发展历程

工控系统发展历程工控系统(Industrial Control System,简称ICS)是指用于生产与制造过程中实现自动化控制的一类系统。
随着科技的不断发展,工控系统也经历了漫长的发展历程。
工控系统的发展可追溯至18世纪末的工业革命时期。
当时,人们开始使用水力、蒸汽等能源来驱动机械设备,实现生产和制造的自动化。
然而,当时的工控系统还非常简单,仅仅是通过机械部件和传动装置来控制工艺过程。
随着电气技术的兴起,20世纪初期,电气工控系统开始得到应用。
人们开始使用电气设备和电控装置来实现对工艺过程的控制和监测。
例如,使用电气仪表来测量和监控温度、压力、流量等工艺参数,并通过电控开关和电动机来实现设备的控制。
这使得工控系统更加灵活和可靠。
20世纪50年代,数字电子技术的出现进一步推动了工控系统的发展。
人们开始使用数字电路和逻辑门电路来构建工控系统的控制和逻辑功能。
这使得工控系统的控制功能得到了极大的扩展,可以实现更加复杂的控制策略和算法。
例如,人们可以通过逻辑电路来实现与门、或门、非门等逻辑运算,从而实现对多个信号的逻辑判断和控制。
另一方面,计算机技术的快速发展也为工控系统带来了巨大的进步。
随着计算机技术的成熟和普及,人们开始使用计算机来控制和管理工控系统。
20世纪70年代,集成电路技术的出现使得计算机变得更加小型化和便于应用。
人们可以将计算机用于工控系统的软件开发、数据处理和控制算法的实现,从而实现对工艺过程的高级控制和智能化管理。
近年来,工控系统又迎来了新的发展机遇和挑战。
随着互联网、大数据、云计算等新兴技术的兴起,工业互联网和智能制造的概念被提出。
工业互联网将工控系统与互联网技术相结合,可以实现工控系统之间的互联互通,实现设备之间的数据共享和交互。
智能制造则通过对工控系统进行集成与优化,提高生产效率和产品质量。
总之,工控系统经过了几个世纪的发展,从机械控制到电气控制,再到数字控制和计算机控制,进而到工业互联网和智能制造。
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工业控制系统的历史沿革及发展方向工业控制系统经历了启蒙时代、古典主义时期,逐步完成了现代化的蜕变.目前,沿着新型现场总线控制系统、基于PC的工业控制计算机、管控一体化系统集成技术这三个主要方向,工控系统的变革仍在继续.自动化与工业控制系统通常被简称为ICS(Industrial Control Systems),是一个用来描述工业设施与自动化系统的专用词汇.在ISA-99/IEC 62443标准中,工业控制系统指的是“一个包括人员、硬件以及软件,能够对工业过程的安全性、可靠性造成影响的集合”,通常具有以下四个功能:1。
测量――获取传感器数据并将其作为下一步处理的输入或直接作为输出;2。
比较――将获取的传感器数据与预先设定的数据进行比较;3.计算――计算历史误差、当前误差与后续误差;4.矫正――基于测量、比较及计算的结果对自动化过程进行调整。
上述四个功能通常由工业控制系统中的五个部件完成:传感器――用于测量目标的物理参数;转换器――将测量所得的电学/非电学测量值转换为可用的电信号;发射器――负责控制系统中的电信号的发送;控制器――为整个控制系统提供控制逻辑与输入输出接口;执行器――用于改变控制过程。
在现代工业控制系统中,这些基本部件并不一定是各自独立的。
它们通常以子系统的形式进行组合,完成各种复杂的控制任务。
比如,现代工业控制系统中常见的传感模块就由传感器、转换器与发射器(甚至可能会有小型的控制器用于前端数据处理)组成;数据采集与监控系统作为控制系统中的关键子系统,通常又由大量的传感模块、发射器及控制器组成;而可编程逻辑控制器,通常集成了发射器与控制器,用于具体工业过程的控制.现代工业控制系统就是由各种传感器、控制器、执行器以及各种具有具体功能的子系统构成的具有复杂结构的控制网络。
就像罗马并不是一天建成的,现代工业控制系统也经历了启蒙时代、古典主义时期才完成现代化的蜕变。
历经三个重要历史时期启蒙时代:1935年之前工业控制系统作为工厂流程的一部分出现在世人面前大约是在十八世纪中期,但事实上,古代的希腊人与阿拉伯人就已经开始在诸如水钟、油灯这样的装置中使用浮动阀门进行自动控制了.世界上第一台有记载的自动控制设备是公元前二百五十年左右埃及人所使用的水钟.这台水钟以水作为动力进行计时与矫正,将世界最准确计时工具的头衔保持了将近两千年,直到摆钟被发明。
1745年,安装在风车中控制磨盘间的间隙,已经开始由自动装置进行控制.这种控制机构是最早真正用于工业的控制系统之一,并且最终导致了由蒸汽引擎引发的第一次工业革命。
之后的一个多世纪,绝大部分的工业控制系统所关注的重点是对蒸汽系统中的温度、压力、液面以及机器转速的控制。
但随着工业革命的深入,十八世纪中期至二十世纪初,工业控制系统开始了有史以来第一次全面发展:航海:由于大型船只的使用,舵面转向因流体动力学的改变变得更加复杂.与此同时,操作机构与舵面之间传动机构的增多及增大导致动作响应时间更加缓慢。
1873年,让?约瑟夫?莱昂?法尔,一名法国企业家兼工程师,发明了被其称为“动力辅助器”的装置来解决上述问题。
今天,经后人改进,他的发明有了新的名字:伺服机构。
制造业:这一时期,继电器开始在工厂中大量使用。
通过继电器构筑的逻辑(如“开/关"和“是/否”)代替了之前使用人工的制造业控制方式.今天广泛用于工业控制系统的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller: PLC)就是继电器逻辑发展的产物。
电力:新兴的电力行业也在这一时期投入大量资金进行工业控制系统的构建。
比如设计并发明了用于控制电压或者电流使其保持恒定的电力监测与控制系统。
到1920年,虽然绝大多数控制手段只是简单的“开/关",中央控制室已经成为大型工厂和电站的标准配置。
中央控制室中的记录器能够对系统运行状况进行绘制或者使用彩色灯泡反映系统状态,操作员则以此为依据对某些开关进行操作,完成对系统的控制.用于现代电厂的工业控制系统已现雏形。
交通:工业控制系统在交通领域的发展得益于用于控制平衡以及自动驾驶的陀螺仪的首次使用。
这一时期,埃尔默?斯佩里发明了早期的主动式平衡装置。
到1930年,许多航空公司在远距离飞行中都使用他发明的自动驾驶仪.研究:1932年,“负反馈”的概念被纳入到控制理论中并用于新型控制系统的设计,并完成控制领域中“标准闭环分析”方法的建立。
这一时期,工业控制系统所面临的大多数问题是如何保证工业控制系统的可靠性及物理安全性。
由于经典控制理论当时并未建立,相当多的控制系统具有很高的失效率。
当时的工程师常常碰到这样的问题,同样一个控制系统在不同控制环境中的可靠性相差极大,而他们能够做的只有极为有限的定性分析。
富有经验的工程师能够在一定程度上通过安全操作规范的形式解决工业控制系统的物理安全问题以及一线工人的人身安全问题。
1935年,工业控制系统的启蒙时期随着“通信大繁荣”的开始而结束.远距离有线及无线通信技术的应用,标志着工业控制系统古典时期正式开始。
古典主义时期:1935年—1950年由于奠定了现代工业控制理论及相关标准的基础,1935年至1950年被很多学者称为工业控制领域的古典主义时期.这一时期的工业控制产业和相关标准由四个美国组织所建立:美国电话电报公司:专注于通信系统的带宽拓宽。
建设者铸铁公司艾德?史密斯带领的过程工程师与物理学家团队:对自己所使用的工业控制系统进行深入研究,并开始系统性地研究控制理论.他们统一了控制领域的大量术语,游说美国机械工程师协会(ASME)将其编制成正式文件,并且于1936年成立了监管委员会.福克斯波罗公司:设计了第一款现代工业控制中最常用的反馈回路控制部件,比例积分控制器。
麻省理工学院伺服机构实验室:引入了控制系统“框图"的概念,开始对工业控制系统进行模拟。
有了经典控制理论作为基础,工业控制系统的可靠性大大增加,同期的“通信大繁荣”使工业控制领域的安全焦点从物理安全保障转移为通信安全保障,即防止工业控制系统在信号传输过程中被干扰或破坏。
战争是这一时期工业控制系统理论与技术蓬勃发展的重要原因。
第二次世界大战期间,各国都将控制领域的专家汇集起来,解决诸多军事上的控制问题:移动平台稳定性问题、目标跟踪问题以及移动目标射击问题。
而这些研究成果,在战后都很快地转换为民用技术.有了战时技术与理论的积累,工业控制系统在百废待兴的战后时期进行了大规模的更新换代:执行机构更加耐用、更加精密;数据采集系统效率更高、更具实时性;中央控制机构的操作更加直观、更加简单.所有的发电厂、汽车制造厂、炼油厂都全速运行,完全不知道下一个飞跃即将来临.新疆域:1950年至今1950年,斯佩里—兰德公司造出了第一台商业数据处理机UNIVAC,工业控制系统正式全面与通信系统及电子计算机结合,开启了工业控制系统数字化的新疆域。
数年后,全球第一个数字化工业控制系统建设完成。
这个系统使用单一计算机控制整个工业控制系统,被称为直接数字控制(Direct Digital Control:DDC),也就是第一代工业控制系统:计算机集中控制系统.同时,现代工业控制系统的结构也逐渐清晰起来,其核心组件开始形成:可编程逻辑控制器(PLC):用于工业控制系统的继电器逐渐显示出其局限.继电器价格昂贵,并且一旦配置完成并启动,就难以对其控制逻辑进行改变,这些缺陷导致了可编程逻辑控制器的发展.第一个交付使用的可编程逻辑控制器名为Modicon,其名称来源于模块化数字控制器英文缩写的组合。
之后,它被用于佛蒙特州普林菲尔德市的科比查克研磨公司,用户对其评价极高,称其“没有大量的开关、没有风扇、没有噪音、没有任何的易损部件”.随着大规模集成电路的发展,可编程逻辑控制的控制能力日趋增强,其可用输入输出端口从早期的数个到现在的上百个,控制频率也随着大规模集成电路运算速度的提升而急速上升。
需要密集并精确控制的精密制造业因可编程逻辑控制器的发展而获益。
随着通信技术的发展,可编程逻辑控制器也由封闭的私有通讯协议转而使用开放的公共协议,大幅度提高了系统的兼容性,方便了系统的维护与更新。
数据采集与监控系统(SCADA):数据采集与监控系统开始应用于地区或地理跨度非常大的工业控制系统,比如用于与火力发电厂毗邻的高压变电站、自来水给水系统和废水收集系统、石油与天然气管道系统等等。
其主要功能是收集系统状态信息,处理数据以及远距离通信。
根据数据采集与监控系统所采集的各种数据,控制中心的管理人员可以进行各种操作,维持整个系统的正常运行。
远程终端单元(RTU):数据采集与监控系统的完善需要远程终端单元的发展.20世纪60年代,第一代远程终端单元在发电厂进行了布设。
即使是在发电厂断电的情况下,远程终端单元也需要进行动作,所以其均配备有额外的供电系统。
由于远程终端单元是在连续扫描且须快速反应的工作状态中进行操作,其通讯协议必须兼具高效与安全,且安全是重中之重,所以早期的远程控制单元供应商所使用的协议各不相同,各供应商的系统完全无法兼容。
在国际电气与电子工程师学会(IEEE)的推动以及基于微处理器的通讯接口的发展下,远程终端单元的兼容性问题逐步得到了解决.通信技术:早期的工业控制系统使用电话线路对系统进行监控与操作,其数据速率(波特率)仅300比特/秒。
为满足系统操作的实时性,工程师将电话线中的数据速率提高到了1200比特/秒到9600比特/秒。
考虑到通讯设备的成本与控制成本,相当多的电力控制系统选择了电力线通讯技术,既在电力线载波上传输数据与声音。
不久电力线载波技术又被微波技术取代。
然后,光纤网络开始在广域网(WAN)中使用.现在,有相当多的公司将卫星通讯以及更加便宜的900兆赫兹的无线通信系统用于工业控制系统。
协议:随着可编程控制器、远程终端单元以及智能电子设备的发展,通信网络中所传递的早已不是“开”与“关”这样简单的信号.现在,维基百科中所列举的自动化协议已经有37种之多,另外还有6种电力系统协议.协议的巨大差异为系统部署、操作以及维护带来了巨大的挑战,并且这种情况还在随时间的推移不断恶化。
20世纪80年代,IEEE成立了一个工作组专门对工业控制系统日益扩大的协议兼容性问题寻找可行的解决方案。
在对120个工业控制系统协议进行筛选之后,制定了两个标准化协议:分布式网络协议版本3(DNP3)以及国际电工委员会(IEC)60870—5—101。
目前,DNP3已经是使用最为广泛的工业控制系统协议。
由于电子计算机与现代通信网络的发展,工业控制系统在几十年之内已经完成了多次更新换代:第一次:从20世纪50年代开始,工业控制系统开始由之前的气动、电动单元组合式模拟仪表、手动控制系统升级为使用模拟回路的反馈控制器,形成了使用计算机的集中式工业控制系统。