控制系統(tǒng)其實從20世紀(jì)40年代就開始使用了，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身。以
PLC和
DCS為代表，從70年****始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。從90年****始，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等，將簡要介紹各種常見的控制系統(tǒng)，并分析控制系統(tǒng)的演進(jìn)過程和發(fā)展方向。
70年代中期，由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動單元組合儀表不能完全滿足要求。在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過市場調(diào)查，確定開發(fā)的
DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。
1975年前后，在原來采用中小規(guī)模集成電路而形成的
直接數(shù)字控制器（
DDC）的自控和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了以集中顯示操作、分散控制為特征的
集散控制系統(tǒng)（DCS）。由于當(dāng)時計算機(jī)并不普及，所以開發(fā)DCS應(yīng)強(qiáng)調(diào)用戶可以不懂計算機(jī)就能使用DCS;同時，開發(fā)DCS還應(yīng)強(qiáng)調(diào)向用戶提供整個系統(tǒng)。此外，開發(fā)的DCS應(yīng)做到與中控室的常規(guī)儀表具有相同的技術(shù)條件，以保證可靠性、安全性。
在以后的近30年間，DCS先與成套設(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時，也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品，使其性能價格比更具有競爭力。DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒有多少突破，但由于技術(shù)的進(jìn)步、外界環(huán)境變化和需求的改變，共出現(xiàn)了三代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為代產(chǎn)品，80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品，90年代中期至21世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。
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中間繼電器和接觸器的差異繼電器之所以冠上了“中間”兩個字，可以理解成它并不是用來實現(xiàn)終控制的，而是起到一個中間環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)接作用，“繼”就是繼接狀態(tài)的意思了。所以中間繼電器并沒有所謂的主觸點和輔助觸點的說法，它的目標(biāo)是讓小電流變成稍微大一點的電流，甚至還繼續(xù)保留原來的小電流，而只利用了觸點的隔離功能。從這個角度而言，繼電器會設(shè)計很多組常開和常閉觸點，觸點越多，能用來聯(lián)鎖其他繼電器或者接觸器的可能性會越高，邏輯的花樣會越復(fù)雜，越能滿足工業(yè)控制需求。
控制原理相似，給定指令信號加到AC伺服系統(tǒng)的輸入端，電動機(jī)軸上位置反饋信號與給定位置相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制伺服的運(yùn)動，直至達(dá)到所要求的位置為止。PM、SM和BLDCM二類伺服系統(tǒng)構(gòu)成的基本思路是一致的。
兩種永磁無刷電動機(jī)比較而言，方波無刷直流電動機(jī)具有控制簡單、成本低、檢測裝置簡單、系統(tǒng)實現(xiàn)起來相對容易等優(yōu)點。但是方波無刷直流電動機(jī)原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢移動的不連續(xù)性而存在電磁脈動，而這種脈動在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪聲，在中低速又是平穩(wěn)的力矩驅(qū)動的主要障礙。轉(zhuǎn)矩脈動又使得電機(jī)速度控制特性惡化，從而限制了由其構(gòu)成的方波無刷直流電動機(jī)伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動場合下的應(yīng)用（尤其是在低速直接驅(qū)動場合）。因此，對于一般性能的電伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，選用方波無刷直流電動機(jī)及相應(yīng)的控制方式。而PM、SM伺服系統(tǒng)要求定子輸入三相正弦波電流，可以獲得更好的平穩(wěn)性，具有更優(yōu)越的低速伺服性能。因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床，
工業(yè)機(jī)器人等高性能高精度的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中。
3.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過程
伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過程，電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動電機(jī)類型分為直流（DC）伺服系統(tǒng)和交流（AC）伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電機(jī)類型又可分為永磁同步（SM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)。
由于
直流伺服電動機(jī)存在電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修工作量大例如電機(jī)的電刷、換向器等則成為直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率
電力電子技術(shù)的成熟和交流永磁電機(jī)材料的發(fā)展和應(yīng)用，電機(jī)效率的提高和制造成本的降低，交流伺服系統(tǒng)得到長足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。
1990年以前，由于技術(shù)、成本等原因，國內(nèi)
伺服電機(jī)以直流無槽、直流永磁有刷電機(jī)和
步進(jìn)電機(jī)為主，而且主要集中在機(jī)床和國防軍工行業(yè)。1990年以后，進(jìn)口永磁交流伺服電機(jī)系統(tǒng)逐步進(jìn)入，此期間得益于
稀土永磁材料的發(fā)展、電力電子及微電子技術(shù)日新月異的進(jìn)步，交流伺服電機(jī)的驅(qū)動技術(shù)也很快從模擬式過渡到全數(shù)字式。由于交流伺服電機(jī)的驅(qū)動裝置采用了先進(jìn)全數(shù)字式驅(qū)動控制技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便，產(chǎn)品生產(chǎn)的一致性可靠性增加，同時可集成復(fù)雜的電機(jī)控制算法和智能化控制功能，如增益自動調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)通訊功能等，大大拓展了交流伺服電機(jī)的適用領(lǐng)域；另外隨著各行業(yè)，如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、
自動化生產(chǎn)線等，對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高，這些領(lǐng)域?qū)涣魉欧姍C(jī)的需求將迅猛增長，交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。
正弦波交流伺服系統(tǒng)綜合了伺服電動機(jī)、角速度和
角位移傳感器的成就，與采用新型電力電子器件、
專用集成電路和專用控制算法的交流伺服驅(qū)動器相匹配，組成新型高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品。使原有的直流伺服系統(tǒng)面臨淘汰的危機(jī)，成為當(dāng)今世界伺服驅(qū)動的主流及發(fā)展方向。正弦波交流伺服廣泛使用于、航天、兵器、船舶、電子及核工業(yè)等領(lǐng)域，如自行火炮、衛(wèi)星姿態(tài)控制、雷達(dá)驅(qū)動、機(jī)載吊艙定位系統(tǒng)、戰(zhàn)車火控及火力系統(tǒng)、水下滅雷機(jī)器人等。
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作為電工，肯定難免接觸各種各樣的控制電路和保護(hù)電路，雖然說控制電路萬變不離其宗，但總有些電路在你次看到時，會不由得撓頭皺眉，我曾在一次維修開幅機(jī)碰到過這么一種電路，剛見到這種電路，感覺似曾相識，但又一下摸不清頭腦，這電路給人一種四不像的感覺，剛開始當(dāng)作普通的接觸器控制電路來看待，但又多了幾個簡單的電子原件，電路含三個普通電容，一個電解電容，整流塊和中間繼電器，顯得既簡單又神秘，這也引起了我的興趣，電工有個職業(yè)特點，要么毫無頭緒，也就死心了，怕遇到那種似曾相識卻又琢磨不透的電路，于是只得肢解電路各個擊破，這也是對一時搞不懂的電路有效的解決辦法。
長期以來，制造與生產(chǎn)企業(yè)所采用控制系統(tǒng)大多是專用的、封閉的體系結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成系統(tǒng)的硬件是按照各自的標(biāo)準(zhǔn)度身定制的。無論是DCS，PLC還是FCS，雖然它們具有結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、產(chǎn)品批量大等優(yōu)點，但相對日新月異的生產(chǎn)要求，也越來越暴露出其固有的缺點。在許多情況下,當(dāng)用戶要想進(jìn)行功能上的擴(kuò)展或變化時，都必須求助于系統(tǒng)的提供商，如想把特殊要求融入到控制系統(tǒng)中去時，都是比較困難的。這無形中不僅提高了制造企業(yè)的成本，也成為控制系統(tǒng)升級換代的“瓶頸”。
由于市場競爭越來越劇烈，從而要求制造商具有較強(qiáng)的市場適應(yīng)能力，這一趨勢促成了一個新概念的產(chǎn)生，即模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件系統(tǒng)，這就是開放式控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)為制造廠提供了將其技術(shù)與任何第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性。
2、控制系統(tǒng)制造商的開放路線
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)美國自動化市場研究公司
ARC（Automation Research Corp.）調(diào)查預(yù)計，在亞洲，基于PC的控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的I/O模件等開放式系統(tǒng)的銷售額預(yù)計近兩年的增幅達(dá)到145%，所以，可見在控制系統(tǒng)市場中，開放系統(tǒng)的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
幾乎所有的制造商都已認(rèn)識到了開放系統(tǒng)必將是自動化系統(tǒng)的未來。在任何一家控制系統(tǒng)制造商的新產(chǎn)品樣本中，都可以看到“開放性”的字樣。但是，他們的開放性通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口實現(xiàn)局部的互連和通信，并非真正意義上的開放。不要說控制器的底層，就是在
操作站這一層，他們在實現(xiàn)與外界通信方面存在著重重困難。這種狀況的產(chǎn)生并不是由于他們無法開發(fā)出全開放的系統(tǒng)，而是出于其產(chǎn)品戰(zhàn)略考慮不愿也不能這樣做。盡管開放式控制系統(tǒng)的市場增長率較高，但由于值還不大，制造商不愿放棄已經(jīng)現(xiàn)成的數(shù)十倍的市場。
但這些公司對于
開放式系統(tǒng)市場并非采取坐視不理、惟我獨尊的態(tài)度。各個公司均在考慮用現(xiàn)有的產(chǎn)品組合出形式上的“開放式”系統(tǒng)。如西門子的PCS7和 WinAC，實際上就是用
工控機(jī)下掛S7的PLC而組成的概念性的系統(tǒng)，典型地表示了其一方面不想在開放式系統(tǒng)領(lǐng)域落后于他人，同時又不想失去老用戶的復(fù)雜情結(jié)。類似的還有Rockwell-AB的ControlLogic，F(xiàn)isher-rosemount的Delta-V等等，都是將原有的專用系統(tǒng)加上“開放”的標(biāo)簽。他們的目的都是相同的，那就是既不錯過
開放式系統(tǒng)這班航船，又可以將原有的系統(tǒng)盡量多地銷售出去。全力致力于真正開放式系統(tǒng)開發(fā)的反而是一些新興的相對較小的公司如美國的Opto22，SoftPLC，Controlsoft以及英國的Transmitton等等。這些公司沒有過去的包袱，所開發(fā)的產(chǎn)品的市場目標(biāo)也不存在搶自己飯碗的問題，所以他們可以沒有后顧之憂地宣傳。由于他們的產(chǎn)品是充分考慮了開放性的，今后將成為開放性控制系統(tǒng)的新的生力軍。
