1 控制系統(tǒng)的發(fā)展回顧 　　

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，1969年問世的PLC和1975年問世的DCS可能是兩類影響最為深遠的計算機控制系統(tǒng)。PLC 的問世取代了繼電器之類的器件，實現(xiàn)了開關量的連鎖控制、程序控制；DCS的問世取代了顯示儀、調(diào)節(jié)器之類的儀表，實現(xiàn)了模擬量的指示、記錄和PID回路調(diào)節(jié)等功能。20世紀80年代末期，隨著計算機技術、通信技術、集成電路技術、智能傳感器技術的發(fā)展而出現(xiàn)的現(xiàn)場總線控制系統(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)由封閉向開放走出了重要的一步。20世紀90年代中期，以PC為基礎的控制系統(tǒng)（PC-Based Control System，PCB CS）開始出現(xiàn)，不少學者認為它將是工業(yè)自動化領域最具發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g，他們將PCB CS 與PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并稱為工業(yè)生產(chǎn)過程三大（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"。而德國菲尼克斯（PHOENIX CONTACT）公司的專家介紹：幾乎所有的咨詢機構(gòu)都認為到2005年，PC為基礎的控制系統(tǒng)將占市場分額的50%以上。 

2 PCB CS的結(jié)構(gòu) 　　

什么是PCB板 CS呢？將經(jīng)過加固的PC機硬件與控制軟件相結(jié)合，實施通常由專用PLC、 DCS執(zhí)行的控制功能，或者說將PLC的控制功能"封裝在"軟件內(nèi)，運行在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；I/O組件及其連接件；操作系統(tǒng)軟件和應用軟件。　　

PC機將以往PLC、DCS控制系統(tǒng)中的操作站、控制站溶為一體，同時具備實施控制、通信及操作顯示等多項功能。快速發(fā)展的計算機技術使PC機可提供一個真正開放的平臺，使系統(tǒng)所有的功能集成于PC這個統(tǒng)一開放的平臺上，以減少安裝空間、節(jié)省電纜，將復雜的通信連接簡單化，還可通過國際互聯(lián)網(wǎng)Internet或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet 得到重要的生產(chǎn)信息，實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化。為可靠起見，PC機通常采用工業(yè)PC機。我們知道，早期在控制系統(tǒng)里出現(xiàn)的PC機只具有作為人機界面操作站的功能，后來功能逐步增加，PC機可以完成報警、計算、報表、連接數(shù)據(jù)庫、連接辦公網(wǎng)絡等功能，而現(xiàn)在的PCB CS控制系統(tǒng)中，PC機又多了一項控制功能，即所謂基于PC的控制。　　

I/O組件也是完全開放的，可以支持多家公司的多種I/O硬件，包括很多PLC的遠程I/O及I/O分站。它還可以與現(xiàn)場總線技術結(jié)合，使PC機通過現(xiàn)場總線接口與帶現(xiàn)場總線的I/O設備相連。由于這些I/O組件均為經(jīng)過長期現(xiàn)場運行考驗過的設備，其可靠性是不容置疑的。只不過它無需象早期的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的I/O組件。　　

上層對多種操作系統(tǒng)軟件和應用軟件是開放的，目前已經(jīng)有多種商品化的操作系統(tǒng)軟件和應用軟件，用戶也可以挑選自己中意的軟件。　　

由以上三個組成部分就可以看出PCB CS系統(tǒng)的開放性是全面的，因此它現(xiàn)在的和未來的發(fā)展速度都將是非常快的，決不會象以往的PLC 、DCS控制系統(tǒng)那樣因封閉性、專一性而造成長期發(fā)展滯后，而會隨計算機技術、通信技術、I/O組件制造技術、現(xiàn)場總線技術及軟件技術的發(fā)展與時俱進，迅速提升。 

3 PCB CS優(yōu)點 　　

PCB板 CS控制系統(tǒng)的優(yōu)點可以概括為：價格較低；對各種控制及業(yè)務應用、信息的存取均很簡便；軟件向新的硬件平臺的可移植性優(yōu)良；控制、人機界面及編程功能易于集成；易于將過程控制、邏輯控制、批量控制以及運動控制等合為一體；不依賴于各種專有的控制系統(tǒng)。

例如，PC機在CPU、內(nèi)存等方面具有明顯的優(yōu)勢，當進行數(shù)據(jù)處理（如模擬量運算）時，PC機的運算速度通常是PLC、DCS的10倍以上，這是因為PC BCS中的PC機可以保持與最先進的PC產(chǎn)品技術同步。同時，PCB CS控制系統(tǒng)還可節(jié)省在CPU、電源、機架、機柜、接線等方面的投資。　　

德國學者埃貝哈德·格羅茨博士認為基于PC的自動化控制解決方案的7種趨勢是：在自動化控制技術中越來越多的使用PC；PC專用軟件越來越多，人們可以在PC機上編程和操作，如同在可編程序控制器上；可以在PC機上完成實時和控制任務的系統(tǒng)軟件的應用越來越廣泛；傳統(tǒng)的PC編程通過使用新的編程技術，極大的推進了生產(chǎn)的進步，使得基于PC的自動化控制技術更是飛躍發(fā)展；基于PC 的自動化標準越來越多；Internet技術在自動化控制技術中越來越重要；分布式系統(tǒng)將改變自動化控制方式。 

4 PCB CS產(chǎn)品 　　

各大PLC制造廠商，如西門子、 ROCKWELL automation、 GE Fanuc、 三菱電機均推出各自品牌的PCB板 CS 控制系統(tǒng)產(chǎn)品，其特點是控制器已改用PC機控制，它通過控制總線或通信接口，與各公司原有的遠程I/O組件銜接，這表明PLC的生產(chǎn)廠商已接受PCB CS 控制的技術路線。位于美國新澤西州普林斯頓的西門子能源和自動化集團 ISBU中心開發(fā)的重點是基于PC的自動化，它所推出的PCB CS中的控制器是SIMATIC WinAC（Windows自動化中心），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，實現(xiàn)SoftPLC 控制。　　

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機直接帶現(xiàn)場的I/O模件，它用運行在PC機內(nèi)部的軟邏輯控制器取代控制器，用于采集點數(shù)較多但控制較少的場合。　　

美國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，其中固化的Windows CE操作系統(tǒng)和Think & Do應用軟件的Runtime 環(huán)境，可以運行由普通PC機開發(fā)的Think & Do應用程序，實現(xiàn)對同一基板上I/O模塊的控制。WinPLC系統(tǒng)可以脫離開發(fā)PC機獨立運行，適合于不需要監(jiān)控畫面而且規(guī)模較小的控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)需要監(jiān)控畫面時，也可以將一臺裝有Think & Do軟件的計算機通過以太網(wǎng)與WinPLC系統(tǒng)相連，以該計算機作為上位操作員站。一些專家介紹，傳統(tǒng)的PLC具有硬實時特性，可以保證I/O掃描周期及中斷的響應，PC采用的Windows NT/2000操作系統(tǒng)并不是實時系統(tǒng)，不能保證中斷的響應時間或任務的執(zhí)行周期的確定性。Windows CE 3.0的出現(xiàn)使基于PC的控制在實時性方面更進一步，甚至超過了任何PLC，可保證精確的讀寫周期和程序循環(huán)周期。　　

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，如德國倍福（Beckhoff）公司生產(chǎn)的I/O產(chǎn)品可配各種現(xiàn)場總線，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機組成。德國菲尼克斯（PHOENIX CONTACT）公司從1995年開始率先開始提出并研制以PC為基礎的控制板，并采用PLC國際標準IEC61131-3的編程語言，開發(fā)研制出一套完整的基于PC機技術的控制軟件PC-WorX.。這套軟件將現(xiàn)場總線管理軟件、PLC控制軟件以及監(jiān)控軟件接口 OPC有機的結(jié)合起來，通過INTERBUS或ETHERNET可以直接與智能式的總線模塊進行通信。　　

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 標準中規(guī)定的順序功能圖、梯級圖和功能塊圖3種語言,是國內(nèi)較早推出的PCB CS產(chǎn)品。　　

北京和利時公司的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)場總線的I/O模塊、管控站組成。這里的管控站就是一臺PC機，它完成局域型系統(tǒng)主控器、操作站兩個設備的功能，如監(jiān)視、操作、控制、連網(wǎng)、組態(tài)編程等工作。由此可見，FOCS的緊湊型系統(tǒng)就是一個PCB CS控制系統(tǒng)，因第一次采用這樣的技術，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，實際上FOCS緊湊型系統(tǒng)還是可以用在可靠性要求較高的場合。