1 控制系統(tǒng)的發(fā)展回顧 　　

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，1969年問(wèn)世的PLC和1975年問(wèn)世的DCS可能是兩類(lèi)影響最為深遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PLC 的問(wèn)世取代了繼電器之類(lèi)的器件，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)量的連鎖控制、程序控制；DCS的問(wèn)世取代了顯示儀、調(diào)節(jié)器之類(lèi)的儀表，實(shí)現(xiàn)了模擬量的指示、記錄和PID回路調(diào)節(jié)等功能。20世紀(jì)80年代末期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、集成電路技術(shù)、智能傳感器技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System , FCS ）改變了原有控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使控制系統(tǒng)由封閉向開(kāi)放走出了重要的一步。20世紀(jì)90年代中期，以PC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)（PC-Based Control System，PCB CS）開(kāi)始出現(xiàn)，不少學(xué)者認(rèn)為它將是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)，他們將PCB CS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程三大（或四大）控制系統(tǒng)。甚至有人在四年以前的文章中就談到"多數(shù)人認(rèn)為在今后十年內(nèi)PC控制將逐步取代傳統(tǒng)的PLC或DCS"。而德國(guó)菲尼克斯（PHOENIX CONTACT）公司的專家介紹：幾乎所有的咨詢機(jī)構(gòu)都認(rèn)為到2005年，PC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)將占市場(chǎng)分額的50%以上。 

2 PCB CS的結(jié)構(gòu) 　　

什么是PCB板 CS呢？將經(jīng)過(guò)加固的PC機(jī)硬件與控制軟件相結(jié)合，實(shí)施通常由專用PLC、 DCS執(zhí)行的控制功能，或者說(shuō)將PLC的控制功能"封裝在"軟件內(nèi)，運(yùn)行在PC的環(huán)境中。　　

PCB CS控制系統(tǒng)主要由以下三部分組成：PC機(jī)；I/O組件及其連接件；操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件?！　?/span>

PC機(jī)將以往PLC、DCS控制系統(tǒng)中的操作站、控制站溶為一體，同時(shí)具備實(shí)施控制、通信及操作顯示等多項(xiàng)功能。快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)使PC機(jī)可提供一個(gè)真正開(kāi)放的平臺(tái)，使系統(tǒng)所有的功能集成于PC這個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的平臺(tái)上，以減少安裝空間、節(jié)省電纜，將復(fù)雜的通信連接簡(jiǎn)單化，還可通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)Internet或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet 得到重要的生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化。為可靠起見(jiàn)，PC機(jī)通常采用工業(yè)PC機(jī)。我們知道，早期在控制系統(tǒng)里出現(xiàn)的PC機(jī)只具有作為人機(jī)界面操作站的功能，后來(lái)功能逐步增加，PC機(jī)可以完成報(bào)警、計(jì)算、報(bào)表、連接數(shù)據(jù)庫(kù)、連接辦公網(wǎng)絡(luò)等功能，而現(xiàn)在的PCB CS控制系統(tǒng)中，PC機(jī)又多了一項(xiàng)控制功能，即所謂基于PC的控制?！　?/span>

I/O組件也是完全開(kāi)放的，可以支持多家公司的多種I/O硬件，包括很多PLC的遠(yuǎn)程I/O及I/O分站。它還可以與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)結(jié)合，使PC機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接口與帶現(xiàn)場(chǎng)總線的I/O設(shè)備相連。由于這些I/O組件均為經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考驗(yàn)過(guò)的設(shè)備，其可靠性是不容置疑的。只不過(guò)它無(wú)需象早期的PLC、DCS控制系統(tǒng)那樣必須采用某一公司某一系列的I/O組件，而可以由用戶選擇自己喜愛(ài)的I/O組件?！　?/span>

上層對(duì)多種操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件是開(kāi)放的，目前已經(jīng)有多種商品化的操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，用戶也可以挑選自己中意的軟件?！　?/span>

由以上三個(gè)組成部分就可以看出PCB CS系統(tǒng)的開(kāi)放性是全面的，因此它現(xiàn)在的和未來(lái)的發(fā)展速度都將是非?？斓模瑳Q不會(huì)象以往的PLC 、DCS控制系統(tǒng)那樣因封閉性、專一性而造成長(zhǎng)期發(fā)展滯后，而會(huì)隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、I/O組件制造技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及軟件技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，迅速提升。 

3 PCB CS優(yōu)點(diǎn) 　　

PCB板 CS控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以概括為：價(jià)格較低；對(duì)各種控制及業(yè)務(wù)應(yīng)用、信息的存取均很簡(jiǎn)便；軟件向新的硬件平臺(tái)的可移植性優(yōu)良；控制、人機(jī)界面及編程功能易于集成；易于將過(guò)程控制、邏輯控制、批量控制以及運(yùn)動(dòng)控制等合為一體；不依賴于各種專有的控制系統(tǒng)。

例如，PC機(jī)在CPU、內(nèi)存等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（如模擬量運(yùn)算）時(shí)，PC機(jī)的運(yùn)算速度通常是PLC、DCS的10倍以上，這是因?yàn)?/span>PC BCS中的PC機(jī)可以保持與最先進(jìn)的PC產(chǎn)品技術(shù)同步。同時(shí)，PCB CS控制系統(tǒng)還可節(jié)省在CPU、電源、機(jī)架、機(jī)柜、接線等方面的投資?！　?/span>

德國(guó)學(xué)者埃貝哈德·格羅茨博士認(rèn)為基于PC的自動(dòng)化控制解決方案的7種趨勢(shì)是：在自動(dòng)化控制技術(shù)中越來(lái)越多的使用PC；PC專用軟件越來(lái)越多，人們可以在PC機(jī)上編程和操作，如同在可編程序控制器上；可以在PC機(jī)上完成實(shí)時(shí)和控制任務(wù)的系統(tǒng)軟件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛；傳統(tǒng)的PC編程通過(guò)使用新的編程技術(shù)，極大的推進(jìn)了生產(chǎn)的進(jìn)步，使得基于PC的自動(dòng)化控制技術(shù)更是飛躍發(fā)展；基于PC 的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多；Internet技術(shù)在自動(dòng)化控制技術(shù)中越來(lái)越重要；分布式系統(tǒng)將改變自動(dòng)化控制方式。 

4 PCB CS產(chǎn)品 　　

各大PLC制造廠商，如西門(mén)子、 ROCKWELL automation、 GE Fanuc、 三菱電機(jī)均推出各自品牌的PCB板 CS 控制系統(tǒng)產(chǎn)品，其特點(diǎn)是控制器已改用PC機(jī)控制，它通過(guò)控制總線或通信接口，與各公司原有的遠(yuǎn)程I/O組件銜接，這表明PLC的生產(chǎn)廠商已接受PCB CS 控制的技術(shù)路線。位于美國(guó)新澤西州普林斯頓的西門(mén)子能源和自動(dòng)化集團(tuán) ISBU中心開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)是基于PC的自動(dòng)化，它所推出的PCB CS中的控制器是SIMATIC WinAC（Windows自動(dòng)化中心），它完全兼容SIMATIC S7系列PLC，可以完成PLC的控制功能，其I/O接口使用通信模塊聯(lián)接Profibus-DP，實(shí)現(xiàn)SoftPLC 控制?！　?/span>

在1995年由Wayson Industrial 公司提出的TCS（Tailored Control System,柔性控制系統(tǒng)）系統(tǒng)中有7種結(jié)構(gòu)型式，其中一種就是采用PC機(jī)直接帶現(xiàn)場(chǎng)的I/O模件，它用運(yùn)行在PC機(jī)內(nèi)部的軟邏輯控制器取代控制器，用于采集點(diǎn)數(shù)較多但控制較少的場(chǎng)合?！　?/span>

美國(guó)Entivity公司（由Think & Do、Steeplechase公司合并而成）利用一種嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 與硬件廠商合作推出新型的PCB CS 產(chǎn)品--WinPLC，它是安裝在I/O基板上的小型PC機(jī)，其中固化的Windows CE操作系統(tǒng)和Think & Do應(yīng)用軟件的Runtime 環(huán)境，可以運(yùn)行由普通PC機(jī)開(kāi)發(fā)的Think & Do應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一基板上I/O模塊的控制。WinPLC系統(tǒng)可以脫離開(kāi)發(fā)PC機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，適合于不需要監(jiān)控畫(huà)面而且規(guī)模較小的控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)需要監(jiān)控畫(huà)面時(shí)，也可以將一臺(tái)裝有Think & Do軟件的計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與WinPLC系統(tǒng)相連，以該計(jì)算機(jī)作為上位操作員站。一些專家介紹，傳統(tǒng)的PLC具有硬實(shí)時(shí)特性，可以保證I/O掃描周期及中斷的響應(yīng)，PC采用的Windows NT/2000操作系統(tǒng)并不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，不能保證中斷的響應(yīng)時(shí)間或任務(wù)的執(zhí)行周期的確定性。Windows CE 3.0的出現(xiàn)使基于PC的控制在實(shí)時(shí)性方面更進(jìn)一步，甚至超過(guò)了任何PLC，可保證精確的讀寫(xiě)周期和程序循環(huán)周期?！　?/span>

一些以生產(chǎn)I/O組件為主的廠家也加入了推廣PCB CS產(chǎn)品的行列，如德國(guó)倍福（Beckhoff）公司生產(chǎn)的I/O產(chǎn)品可配各種現(xiàn)場(chǎng)總線，如PROFIBUS、INTERBUS、CAN、ControlNet、DeviceNet等等，他所推出的PCB CS產(chǎn)品即由帶I/O接口的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、Windows NT/2000操作系統(tǒng)、倍福公司TwinCAT控制軟件、工業(yè)PC機(jī)組成。德國(guó)菲尼克斯（PHOENIX CONTACT）公司從1995年開(kāi)始率先開(kāi)始提出并研制以PC為基礎(chǔ)的控制板，并采用PLC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3的編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)研制出一套完整的基于PC機(jī)技術(shù)的控制軟件PC-WorX.。這套軟件將現(xiàn)場(chǎng)總線管理軟件、PLC控制軟件以及監(jiān)控軟件接口 OPC有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)INTERBUS或ETHERNET可以直接與智能式的總線模塊進(jìn)行通信?！　?/span>

研華公司的1999年5月推出的ADAM-5510/P31 產(chǎn)品采用了Paradym-31軟件包，它包含了 IEC1131-3 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的順序功能圖、梯級(jí)圖和功能塊圖3種語(yǔ)言,是國(guó)內(nèi)較早推出的PCB CS產(chǎn)品?！　?/span>

北京和利時(shí)公司的FOCS系統(tǒng)目前有兩種結(jié)構(gòu)：局域型、緊湊型。局域型系統(tǒng)由帶現(xiàn)場(chǎng)總線的I/O模塊、主控器、操作站組成，緊湊型系統(tǒng)由帶現(xiàn)場(chǎng)總線的I/O模塊、管控站組成。這里的管控站就是一臺(tái)PC機(jī)，它完成局域型系統(tǒng)主控器、操作站兩個(gè)設(shè)備的功能，如監(jiān)視、操作、控制、連網(wǎng)、組態(tài)編程等工作。由此可見(jiàn)，FOCS的緊湊型系統(tǒng)就是一個(gè)PCB CS控制系統(tǒng)，因第一次采用這樣的技術(shù)，廠家目前將系統(tǒng)定位于低成本的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及調(diào)節(jié)回路較少的控制系統(tǒng)，由于管控站、電源、I/O模塊均可冗余配置，實(shí)際上FOCS緊湊型系統(tǒng)還是可以用在可靠性要求較高的場(chǎng)合。