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    工業自動化體系主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，工業控制自動化技術主要解決生產效率與一致性問題。自動化系統與計算機信息科學的緊密結合，給工業生產過程帶來了新的技術革新。當前的工業生產過程中，廣泛應用了工業控制自動化技術，來實現對工業生產過程的檢測、控制、優化、調度、管理和決策，以達到提高產品品質和產量、降低生產消耗、確保安全等目的。控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術的應用，極大地推進了工業控制自動化技術的發展。

    日漸活躍的IPC

    在工業自動化體系中，一個重要的角色就是工業控制計算機，即IPC，或者叫產業PC。工業控制計算機是工業自動化設備和信息產業基礎設備的核心。傳統意義上，將用于工業生產過程的測量、控制和管理的計算機統稱為工業控制計算機，包括計算機和過程輸入、輸出通道兩部分。但今天的工業控制計算機的內涵已經遠不止這些，其應用范圍也已經遠遠超出工業過程控制。

    自上世紀90年代初進軍工業自動化領域以來，IPC正以勢不可擋的速度進入各領域，獲得廣泛的應用；眾多工控機生產廠家更是不斷推陳出新，使工控市場越來越活躍。工控機之所以大受歡迎，其根本原因在于PC機的開放性。PC的硬件和軟件資源極其豐富，并且為工程技術人員和廣大用戶所熟悉。基于PC的 (包括嵌入式PC)控制系統，正以20%以上的速率增長，并且已經成為DCS、PLC未來發展的參照物。

    國內IPC的興起

    可以通過總線技術的發展來衡量我國工控機的發展歷程。80年代工控機采用第一代STD總線，90年代開始逐漸被第二代ISA和PCI總線的IPC工控機取代。最新的第三代CompactPCI總線工控機已經開始進入應用階段。目前，在工業自動化領域應用最廣泛的還是采用ISA和PCI總線的工控機產品。

    我國目前的工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成。目前，工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。隨著電力、冶金、石化、環保、交通、建筑等領域的迅速發展，工控機的市場需求將會越來越大，工控機市場發展前景十分廣闊。

    工業控制自動化的核心技術

    在工業控制計算機的基礎上，企業管理和控制過程中所涉及到的核心技術主要有網絡技術、現場總線控制系統（FCS）技術等。

    提到網絡技術，人們就容易想到伴隨PC而產生和發展的互聯網。互聯網技術隨著IPC的發展逐漸深入到企業管理和控制過程之中，從而使控制系統與管理系統的結合成為必然。為使企業形成自身發展所需要的最佳解決方案，提高企業的生產效率，增強市場競爭力，就必須發展管控一體化的系統集成技術和系統。自動化技術發展方向就是通過以太網和Web技術，實現開放型分布式智能系統，基于以太網和TCP/IP協議的技術標準，提供模塊化、分布式、可重用的自動化方案。

    另一項技術就是現場總線。現場總線（Fieldbus）技術是工業自動化最深刻變革之一。PLC和工控機采用現場總線后可方便地作為I/O站和監控站連接在DCS系統中。現場總線是一種取代陳舊的4～20mA標準，連接智能現場設備和控制設備的雙向數字通訊技術，現場總線具有開放性和互操作性，一些控制功能得以下移到現場設備中。通過現場總線可以給工業自動化生產帶來如下益處：

    首先，提高了設備的互操作性。不同廠家的多個設備可以工作集成在一個系統中，或者任意選擇不同廠家的設備來互相替換，而沒有任何功能的缺失。

    其次，降低了設備的安裝和維護費用。FCS可以實現數字化終端功能模塊，具有了智能信息處理功能，并且簡化了與控制計算機的連線，這樣便極大降低了設備的安裝費用。同時，現場總線將擴大操作人員觀察整個過程的視角，可以方便和有效地進行維護和過程管理，加快查找和消除故障的速度，甚至實現在線診斷。

    最后，隨著控制功能從DCS轉移到單獨的控制回路，由于就地控制更快，更準確，系統的集成度和可靠性也增加了。這樣就改進了整個系統的性能。由于現場總線使得更容易從現場獲取設備信息，工廠操作員和管理人員能夠對其過程進行更嚴格的控制，從而改進性能、增加過程的可用性和一致性。

    工業自動化系統的典型結構

    基于以上技術，工業控制自動化將主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心部分是基礎自動化和過程自動化。

    如圖1所示，即一個典型的工業自動化系統的三層網絡結構，其低層是以現場總線將智能測試、控制設備，以及工控機或者PLC設備的遠程I/O點連接在一起的設備層；中間是將PLC、工控機以及操作員界面連接在一起的控制層網絡，而上層的Ethernet以PC或工作站為主完成管理和信息服務任務。三級網絡各司其職，描述了工業自動化的典型結構。
 

圖1. 工業自動化系統的三層網絡結構示意圖

    可以設想，在IPC的基礎上通過如上三級網絡設備，構建連接工廠生產過程控制到企業ERP系統的前景將是多么誘人！企業管理層可以透過網絡直接接受工廠端反饋的生產過程控制信息，而工廠控制端也可以直接接受來自管理層的信息指導，工業生產過程就可以變得透明，使不同職能部門可以通過網絡實現有機結合。這樣就使得企業管控一體化、工業企業信息化、基于網絡自動化的目標得以實現。
 

圖2  工業自動化解決方案示意圖

    如圖2所示，在設備層采用了現場總線控制，各種檢測控制設備通過現場總線，在總線橋單元轉化為RS-232/485等串口信號與現場控制室的近端計算機系統連接。近端單元計算機采用了研揚的AEC-6810。近端單元計算機與工廠控制中心的工作站通過網絡互聯，工作站由操作員或管理員對工廠的多種設備運行狀態進行監控，方便及時發現和排除故障。工作站采用了研揚的AWK-3501工作站，內部可采用奔3或奔4多種級別的板卡。最后，控制層的計算機單元通過以太網與遠程服務器ARS-640（4U工業控制計算機）連接，方便遠距離管理人員獲取現場信息并實施管理。這樣就構成了一個多層次的高彈性擴展能力的工業自動化系統。

    綜上所述，工業控制計算機在工業自動化中的重要意義在于如下幾個方面：

    （1）工業控制計算機技術是開放式的系統，其高可靠性、易用性方便了工業環境的使用。并且在其基礎上發展起來的網絡化和現場總線技術又進一步促進了工業自動化的發展。工業控制計算機可謂是工業自動化發展的源動力。

    （2）IPC建立的系統可以顯著提高企業的生產效益，節約運營成本，使生產企業得以實現深層次的信息化，對企業管理提供準確可靠的參考，使企業得以取得最大的效益，贏得發展先機。

    （3）IPC是目前階段滿足我國工業自動化改造與創新發展的一個強大的動力，推動了國民經濟各個行業的發展，使我國向信息化的方向邁向前進。