自动控制系统由控制器和被控对象组成。但要实现复杂的控制任务，一个典型的自动控制系统通常还应当包括：定值元件、执行元件、测量变送元件和比较元件。

自动控制系统是指用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动) 的影响而偏离正常状态时,能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工生产，大多数是连续性生产，各设备相互关联，当其中某一设备的工艺条件发生变化时,都可能引起其他设备中某些参数或多或少地波动,偏离了正常的工艺条件。当然自动调节是指不需要人的直接参与。

电气控制系统 电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有着不同的控制回路，主要分高压电气设备与低压电气设备的控制方式。 控制方法 根据设备不同的要求，电气控制方法很多，包括以下几个方面的控制： 1、由继电器接触器控制 2、触点控制 3、无触点逻辑控制 4、可编程控制 5、控制器控制 电气控制系统设计方案 控制要求：电气控制系统设计出要充分能满足现场对控制设备的需求，主要设计需考虑到实现简便、可靠、经济、适用等特点，以保证控制方式与控制需要相适应，与通用化程度相适应，以及充分满足工艺要求，具有良好的通用性和灵活性。 第一种控制系统 单片机+PC联合作用的控制系统。单片机的成本更低?但更轻便?更能灵活的嵌入硬件切割机内。但单片机的最大缺点是处理能力不够强大,所以很多很复杂的控制程序必须要单片机结合PC来共同完成,也就是说对于那些负责的运算或者很复杂的切割式样,单独依靠单片机还有一定的设计难度。 第二种控制系统 以PC作为处理平台的控制系统。这种控制系统是最容易设计也是最容易实现的,灵活性高,原因是基于PC为处理平台的控制器可以有着丰富和大家都很熟悉的软硬件资源,所以这样的控制平台设计性很强大,运作性能也很强大?如果能充分的利用PC软硬件资源,设计灵活和复杂的控制程序显得轻而易举。但缺点是这种控制系统不能脱离PC独立运行,所以相对来说成本会显得比其他方式更贵点

开放式控制系统 1、开放性控制系统的概念 长期以来，制造与生产企业所采用控制系统大多是专用的、封闭的体系结构，其构成系统的硬件是按照各自的标准度身定制的。无论是DCS，PLC还是FCS，虽然它们具有结构简单、技术成熟、产品批量大等优点，但相对日新月异的生产要求，也越来越暴露出其固有的缺点。在许多情况下,当用户要想进行功能上的扩展或变化时，都必须求助于系统的提供商，如想把特殊要求融入到控制系统中去时，都是比较困难的。这无形中不仅提高了制造企业的成本，也成为控制系统升级换代的“瓶颈”。 由于市场竞争越来越剧烈，从而要求制造商具有较强的市场适应能力，这一趋势促成了一个新概念的产生，即模块化、可重构、可扩充的软硬件系统，这就是开放式控制系统。这一系统为制造厂提供了将其技术与任何第三方的技术或产品进行集成的可能性。 2、国际控制系统制造商的开放路线 据国际权威机构美国自动化市场研究公司ARC（Automation Research Corp.）调查预计，在亚洲，基于PC的控制系统、以太网的I/O模件等开放式系统的销售额预计近两年的增幅达到145%，所以，可见在控制系统市场中，开放系统的增长率远远高于传统的控制系统。 几乎所有的制造商都已认识到了开放系统必将是自动化系统的未来。在任何一家控制系统制造商的新产品样本中，都可以看到“开放性”的字样。但是，他们的开放性通常都是在原有的系统上层加上一些接口实现局部的互连和通信，并非真正意义上的开放。不要说控制器的底层，就是在操作站这一层，他们在实现与外界通信方面存在着重重困难。这种状况的产生并不是由于他们无法开发出全开放的系统，而是出于其产品战略考虑不愿也不能这样做。尽管开放式控制系统的市场增长率较高，但由于绝对值还不大，制造商不愿放弃已经现成的数十倍的市场。 但这些公司对于开放式系统市场并非采取坐视不理、惟我独尊的态度。各个公司均在考虑用现有的产品组合出形式上的“开放式”系统。如西门子的PCS7和 WinAC，实际上就是用工控机下挂S7的PLC而组成的概念性的系统，典型地表示了其一方面不想在开放式系统领域落后于他人，同时又不想失去老用户的复杂情结。类似的还有Rockwell-AB的ControlLogic，Fisher-rosemount的Delta-V等等，都是将原有的专用系统加上“开放”的标签。他们的目的都是相同的，那就是既不错过开放式系统这班航船，又可以将原有的系统尽量多地销售出去。全力致力于真正开放式系统开发的反而是一些新兴的相对较小的公司如美国的Opto22，SoftPLC，Controlsoft以及英国的Transmitton等等。这些公司没有过去的包袱，所开发的产品的市场目标也不存在抢自己饭碗的问题，所以他们可以没有后顾之忧地宣传。由于他们的产品是充分考虑了开放性的，今后将成为开放性控制系统的新的生力军。 3、国际开放式系统研究存在的问题 首先，开放式控制系统的概念不清晰，没有解决开放控制系统的平台问题。各系统所采用的体系结构并不一致，相互之间缺乏兼容性和互换性，因而各系统软硬件不具备可移植性和互操作性。 其次，没有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操作系统。软件开发思想与技术落后，始终处于甚至低于结构化程序设计的水平。没有充分利用面向对象、软件重用等软件工程中的新理论、新技术，而这些正是实现开放性控制系统的关键所在。 此外，产品的升级、更新、修改和维修仍然依赖于生产厂家，没有提供相应的开发工具和环境，用户无法把自己的或任何第三方的思想或产品融入到系统中去。 PC-BASED控制系统 历史上，VME总线工业控制机一直是许多嵌入式应用的首选机型[6]。1981年，Mostek、Motorola、Philip和Signetics公司发明了VME总线，1996年的新标准VME64（ANSI/VITA1-1994）将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80Mbps。由Force Computers制定的VME64x总线规范将总线速度提高到了320Mbps。VME总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，并由OS制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。VME总线最新产品已经采用了500MHz的Pentium Ⅲ处理器。 由于用户希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具，导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。除了VME总线工控机外，产生了一系列基于PC的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机，其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD总线、STD32总线、 PC/104和PC/104-Plus总线嵌入式工业控制机。 随着Intel CPU和Microsoft DOS/WINDOWS架构演变成事实上的标准（Wintel），ISA/PCI总线加固型工业PC（IPC）开始向工业领域渗透。然而，虽然加固型工控机对基于大母板的桌面机进行了工业化改造，但其背板技术仍然存在许多缺点：不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI插槽数（最大4个）等。因此。 1995年6月PCI SIG正式公布了PCI局部总线规范2.1版，同时PICMG推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准。为了将PCI SIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI工业计算机制造者联合会（PICMG）颁布了CompactPCI规范1.0版。由于CPCI总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题，而且基于Microsoft的软件和开发工具的价位比较低，所以，CPCI工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言，由于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素，CompactPCI工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用，反而在电信市场获得广泛应用。

现场总线控制系统 1、现场总线的特点 现场总线的突出特点在于它把集中与分散相结合的DCS集散控制结构，变成新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身实现基本控制功能。现场总线的特点主要表现以下几个方面: （1） 以数字信号完全取代传统的模拟信号 以数字信号完全取代传统DCS的4～20mA模拟信号，且双向传输信号。一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大为减少。同时，通信总线延伸到现场传感器、变送器、控制器和伺服机构，操作人员在控制室就能实现主控系统对现场设备的在线监视、诊断、校验和参数整定，节省了硬件数量与投资。 （2）现场总线实现了结构上的彻底分散 现场总线在结构上只有现场设备和操作管理站2个层次，将传统DCS的I/O控制站并入现场智能设备，取消了I/O模件，现场仪表都是内装微处理器的，输出的结果直接送到邻近的调节阀上，完全不需要经过控制室主控系统，实现了结构上的彻底分散。 （3） 总线网络系统是开放的 将系统集成的权力交给用户，用户可以按自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成规模各异的系统。可以用不同厂家的现场仪表去替换出现故障的另一厂家的现场仪表。 2、当前的现场总线标准 现场总线技术是从80年代后期诞生的网络通信技术，经历十几年左右的发展，国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，较流行的有: （1）基金会现场总线（Foundation Fieldbus） 在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，ISP协议为首，联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会（Fieldbus Foundation,FF），致力于开发国际上统一的现场总线协议。FF的协议符合IEC1158-2标准，也称为SP50标准。 （2） Profibus现场总线 它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。研究所共同推出的。它采用OSI模型的物理层、数据链路层。现场总线信息规范（FMS）型则只隐去了OSI标准的第三至第六层，采用了应用层。 （3） LonWork（Local Operating Network局部操作网）现场总线 于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbps,传输距离为2700m，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。 （4）控制局域网（Control Area Network，CAN）控制网络 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN结构模型取ISO/OSI模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。 此外还值得一提的是，可寻址远程传感器数据公路（Highway Addressable Remote Transducer，HART）协议，最早推出的一种兼容4~20mA模拟信号和调制数字信号的现场总线协议。其数字通信由于采用调制/解调方式，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强的竞争力，得到了较快的发展。 3、现场总线的未来 现场总路线将成为工业控制发展的革命性飞跃，有关现场总线的报道层出不穷，其中令人关注的焦点集中在能否出现全世界统一的现场总线标准。 不同的现场总线有不同的功能，各有其适用的场合，靠一种现场总线打天下的想法看来不太现实。当然，从另一方面来讲，相当一部分现场总线是大同小异的，技术上非常接近，在优胜劣汰的环境下同类总线终将趋于统一。但商业利益上的激烈竞争是这个问题的主要原因，对于现场总线形成巨大影响的自动化厂商，因为要尽可能维护自身的地位和利益而不愿放弃其已拥有的现场总线;因此，在未来较长的一段时间内，现场总线标准之争会越演越烈。

发展历程 控制系统其实从20世纪40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。以PLC和DCS为代表，从70年****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。从90年****始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等，将简要介绍各种常见的控制系统，并分析控制系统的演进过程和发展方向。 70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。 1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器（DDC）的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统（DCS）。由于当时计算机并不普及，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。此外，开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。 在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。DCS产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS产品。1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。

工业方面 控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。 在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。 军事技术 自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。

为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响应来满足的。例如，用单位阶跃信号的过渡过程及稳态的一些特征值来表示。在确保稳定性的前提下，要求系 统的动态性能和稳态性能好，即： 动态过程平稳（稳定性）； 响应动作要快（快速性）； 跟踪值要准确（准确性）。