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现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。
自动化系统由三部分组成：仪器仪表与传感器、控制系统、执行机构。如果把自动化系统比做人体的话，仪器仪表部分就是人的五官，执行机构则是人的四肢，而控制系统，则是人的大脑。由于现在机器、设备和生产装置越来越依靠自动化系统来运作，所以，控制系统不仅是自动化系统的大脑，甚至是整个设备甚至整个生产线的大脑。
控制系统其实从20世纪四十年代就开始使用了，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。这一代系统以PLC和DCS为代表，从七十年代开始应用以来，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。其中PLC，即可编程控制器，主要是从顺序控制发展而来的，但从九十年代开始，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的性能扩展的越来越广，PLC的应用也逐渐向连续流程工业拓展。，同时，DCS也开始向小型化的方向拓展。之后，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。
本章将主要介绍PLC的发展，之后介绍各种常见的控制系统在开放性方面的演进，从中可以看出控制系统的演进过程和方向，最后导入开放式PLC的产品的诞生。
1. PLC简介
1.1. PLC的发展历史
可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以被看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。
1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。最初为PLC所定的招标指标中，包含如下内容：
 * 新系统与继电器系统相比，体积要小，而且必须具有价格竞争力。
 * 系统必须能够在工业环境中独立而持续运行。
 * 输入输出界面必须能够方便地替代。
 * 控制器必须是模块化的结构，以便维修或更换时能够方便地取出；
 * 系统要具备将数据传送到中央系统的能力；
 * 系统可以重复使用；
 * 控制器的编程方法必须简单，容易为工厂人员所了解。
第一次招标是DEC公司中标，1969年研制除了第一台可编程控制器PDP-14，应用于GM的汽车流水线并取得成功。其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。
第一个PLC当时成为可编程控制器，英文是PROGRAMMABLE CONTROLLER，缩写为PC。当了80年代末期，由于IBM的个人计算机获得了空前发展，在社会上，PC作为个人计算机的缩写家喻户晓，为了避免混淆，PLC改为PLC，现在PLC已经成为了一个新的工业的单词，很少有人去说可编程逻辑控制器了。
与DCS的发展一样，PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。
从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：
1) 初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。
2) 扩展阶段 从20世纪70年代中期到70年代末期。这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列产品。
3) 通信阶段 20世纪70年代末期到80年代中期，这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间，PLC已经从汽车行业就迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。哪次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATIC S6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO 和TI公司的TI530等。
4) 开放阶段 从20世纪80年代中期开始。 由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7和S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500等。
1.2 PLC的定义以及硬件和软件进展
PLC的技术从诞生之日起，就不停地发展。在诞生初期，PLC与继电器控制、模拟表以及其它早期的固态逻辑控制相比可以说是控制系统的新丁；第一个PLC还多少有些象是继电器的替代品，其主要功能是原来由继电器所执行的顺序操作。这些操作包括机器的开/关控制，以及需要重复操作的过程。不久，可编程控制器就增加了内存和I/O的映像，后来又增加了计数器和定时器，使得PLC可以做许多复杂的预先指定的工作。后来，PLC又增加了永久内存或电池后备的内存，以及EEPROM的存储器，这样，即使掉电，用户的程序和数据也可以被保存。随后又发展了功能块等复杂功能。总之，这些可编程控制器的功能却在继电器的基础上大大地提高了，它们不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其它的项目中去。
尽管PLC的功能，如运行速度、接口种类、数据处理能力已经获得了很大的提高，早就不可同日而语了，但PLC的一直保持了其最初设计的原则----那就是简单至上，无论是使用，还是维护。
PLC的第一个正式定义是1980年美国电气制造协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）作出的：可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
1982年，国际电工委员会IEC(International Electrical Committee)颁布了可编程序控制器标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对可编程控制器作了如下的定义：
可编程控制器是一种能够直接应用于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，控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
可见，PLC的定义实际是根据PLC的硬件和软件技术进展而发展的。这些发展不仅改进了PLC的设计，也改变了控制系统的设计理念。这些改变，包括硬件和软件的。
以下列出了PLC的硬件进展：
 * 采用新的先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间；
 * 小型的、低成本的ＰＬＣ，可以代替四到十个继电器，现在获得更大的发展动力。
 * 高密度的Ｉ／Ｏ系统，以低成本提供了节省空间的接口；
 * 基于微处理器的智能I/O接口扩展了分布式控制能力，典型的接口如PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）等。
 * 包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成。
 * 特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等；
 * 外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。
自动化系统由三部分组成：仪器仪表与传感器、控制系统、执行机构。如果把自动化系统比做人体的话，仪器仪表部分就是人的五官，执行机构则是人的四肢，而控制系统，则是人的大脑。由于现在机器、设备和生产装置越来越依靠自动化系统来运作，所以，控制系统不仅是自动化系统的大脑，甚至是整个设备甚至整个生产线的大脑。
控制系统其实从20世纪四十年代就开始使用了，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。这一代系统以PLC和DCS为代表，从七十年代开始应用以来，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。其中PLC，即可编程控制器，主要是从顺序控制发展而来的，但从九十年代开始，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的性能扩展的越来越广，PLC的应用也逐渐向连续流程工业拓展。，同时，DCS也开始向小型化的方向拓展。之后，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。
本章将主要介绍PLC的发展，之后介绍各种常见的控制系统在开放性方面的演进，从中可以看出控制系统的演进过程和方向，最后导入开放式PLC的产品的诞生。
1. PLC简介
1.1. PLC的发展历史
可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以被看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。
1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。最初为PLC所定的招标指标中，包含如下内容：
 * 新系统与继电器系统相比，体积要小，而且必须具有价格竞争力。
 * 系统必须能够在工业环境中独立而持续运行。
 * 输入输出界面必须能够方便地替代。
 * 控制器必须是模块化的结构，以便维修或更换时能够方便地取出；
 * 系统要具备将数据传送到中央系统的能力；
 * 系统可以重复使用；
 * 控制器的编程方法必须简单，容易为工厂人员所了解。
第一次招标是DEC公司中标，1969年研制除了第一台可编程控制器PDP-14，应用于GM的汽车流水线并取得成功。其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。
第一个PLC当时成为可编程控制器，英文是PROGRAMMABLE CONTROLLER，缩写为PC。当了80年代末期，由于IBM的个人计算机获得了空前发展，在社会上，PC作为个人计算机的缩写家喻户晓，为了避免混淆，PLC改为PLC，现在PLC已经成为了一个新的工业的单词，很少有人去说可编程逻辑控制器了。
与DCS的发展一样，PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。
从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：
1) 初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。
2) 扩展阶段 从20世纪70年代中期到70年代末期。这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列产品。
3) 通信阶段 20世纪70年代末期到80年代中期，这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间，PLC已经从汽车行业就迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。哪次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATIC S6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO 和TI公司的TI530等。
4) 开放阶段 从20世纪80年代中期开始。 由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7和S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500等。
1.2 PLC的定义以及硬件和软件进展
PLC的技术从诞生之日起，就不停地发展。在诞生初期，PLC与继电器控制、模拟表以及其它早期的固态逻辑控制相比可以说是控制系统的新丁；第一个PLC还多少有些象是继电器的替代品，其主要功能是原来由继电器所执行的顺序操作。这些操作包括机器的开/关控制，以及需要重复操作的过程。不久，可编程控制器就增加了内存和I/O的映像，后来又增加了计数器和定时器，使得PLC可以做许多复杂的预先指定的工作。后来，PLC又增加了永久内存或电池后备的内存，以及EEPROM的存储器，这样，即使掉电，用户的程序和数据也可以被保存。随后又发展了功能块等复杂功能。总之，这些可编程控制器的功能却在继电器的基础上大大地提高了，它们不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其它的项目中去。
尽管PLC的功能，如运行速度、接口种类、数据处理能力已经获得了很大的提高，早就不可同日而语了，但PLC的一直保持了其最初设计的原则----那就是简单至上，无论是使用，还是维护。
PLC的第一个正式定义是1980年美国电气制造协会NEMA（National Electrical Manufacturers Association）作出的：可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
1982年，国际电工委员会IEC(International Electrical Committee)颁布了可编程序控制器标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对可编程控制器作了如下的定义：
可编程控制器是一种能够直接应用于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，控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
可见，PLC的定义实际是根据PLC的硬件和软件技术进展而发展的。这些发展不仅改进了PLC的设计，也改变了控制系统的设计理念。这些改变，包括硬件和软件的。
以下列出了PLC的硬件进展：
 * 采用新的先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间；
 * 小型的、低成本的ＰＬＣ，可以代替四到十个继电器，现在获得更大的发展动力。
 * 高密度的Ｉ／Ｏ系统，以低成本提供了节省空间的接口；
 * 基于微处理器的智能I/O接口扩展了分布式控制能力，典型的接口如PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和语言模块（如BASIC，PASCAL）等。
 * 包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成。
 * 特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等；
 * 外部设备改进了操作员界面技术，系统文档功能成为了PLC的标准功能。