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工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已被广泛应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

1.阶段（20世纪40年代～60年代初期）

需求动力：市场竞争，资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。

主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是：各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用和向工业自动化纵深方向发展。

典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床（见图1-2）。2.第二阶段（20世纪60年代中～70年代初期）

需求动力：市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。

主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志，在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床，cad（computer-aideddesign，计算机辅助设计）、cam（computer-aidedmanagement，计算机辅助管理）等软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。

典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。3.第三阶段（20世纪70年代中期至今）

需求动力：市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体佳效能。

网络技术的产生对工业控制来说有以下优点：安装布线方便，模块化，易于诊断，自我建构，企业化管理。虽然工业控制网络有这些优点，但实际上工业控制网络的进展却远不及商业网络，主要原因有二，其一，工业网络标准太多：各厂商从自身利益考虑会极力推行自己的网络标准。不同的网络协议针对特定的应用领域，因而具有各自的特点，各有其存在的环境和价值。而且新的协议还在不断地产生，这样用户往往无所适从，担心一旦选用了一种协议后，会被某些厂商钳制。其二，网络化所必须增加的成本对用户来讲往往是一项沉重的负担。所以直到现在，具有网络接口的元件还很少，运动控制器也是如此。

工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统。具体有以下三种类型：1.专用、封闭型工业网络

该网络规范是由各公司自行研制，往往是针对某一特定应用领域而设，效率也是高。但在相互连接时就显得各项指标参差不齐，推广与维护都难以协调。专用型工业网络有三个发展方向：

1）走向封闭系统，以保证市场占有率。

2）走向开放型，使它成为标准。

3）设计专用的网关（gateway）与开放型网络连接。2.开放型工业网络

除了一些较简单的标准是无条件开放外，大部分是有条件开放的，或仅对成员开放。生产商必须成为该组织的成员，产品需经过该组织的测试、认证，方可在该工业网络系统中使用。3.标准工业网络

符合iec61158、iec62026、iso11519或欧洲标准en50170的工业网络，它们都会遵循iso/osi7层参考模型。工业网络大都只使用物理层、数据链路层和应用层。一般工业网络的制定是根据现有的通信界面，或是自己设计通信ic，然后再依据应用领域设定数据传输格式。例如，devicenet的物理层与数据链路层是以canbus为基础，再增加适用于一般i/o点应用的应用层规范。

目前，iec61158认可的八种工业现场总线标准分别是：fieldbustype1、profibus、controlnet、p-net、foundationfieldbus、swiftnet、worldfip和interbus。1.2.3 工业网络的架构

现有的工业控制网络可以根据其应用场合的不同分为以下几种：

1）sensorbus：低阶网络，通常用来连接低阶的传感器、执行器等现场设备，传输数据量少，例如as-i、interbus-s。

2）devicebus：它界定的范围广，只要是能对网络化设备提供通信或诊断功能的都属于这种类型。例如canopen、devicenet、lonworks、profibus-dp。

3）fieldbus：通常是架构在devicebus之上，用来传输大批量的数据，但传输速度较慢。有的也提供一些设备终端控制的功能，例如worldfip、foundationfieldbus、profibus-pa。

4）controlbus：提供高阶控制设备（例如plc，cnc）间的对等网络通信（peer-to-peer），例如controlnet。

5）enterprisenet：企业的骨干网络，一般为ethernet tcp/ip。

这五类网络的连接方式是，先将同一类型的网络串接起来，然后再把不同类型的网络通过gateway连接起来。

工业控制经历了早期单一设备简单的i/o，后来增加模拟量的采集和逻辑控制功能，接着，20世纪80年代中期产生的现场总线，将智能现场设备和自动化系统以全数字式、双向传输、多分支结构的通信控制网络连接，使工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展成为可能，使工业控制系统的体系结构和功能结构产生重大变革。

简单地说，自动化控制系统的历史大致可分为三个阶段：1.集中式控制系统

20世纪50年代前后，现场的仪表和自动化设备提供的都是模拟信号，这些模拟信号统一送往集中控制室的控制盘上，操作员可以在控制室中集中观测生产流程各处的情况。但是，模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，计算速度和精度都难以保证，信号传输的抗干扰能力也很差，传输距离比较短。

为了解决模拟信号的这些缺点，一部分模拟信号被数字信号所替代，这些信号都接入到主控室的中心计算机上，由其进行统一监视和处理。通过使用数字技术，克服了模拟技术的缺陷，延长了通信距离，提高了信号精度。不过，由于当时计算机技术的限制，中心计算机并不可靠，一旦中心计算机出现故障，将会导致整个系统的崩溃。2.分散式控制系统（dcs）

现场总线iec61158经过10多年的争论和斗争后，放弃了其制定单一现场总线标准的初衷，终发布了包括10余种总线的，如profibus、controllerlink、ff、worldfip、interbus、devicenet等。这说明各大总线各具特点、不可互相替代的局面得到世界工控界的认可。

与之相对应，传统意义上的以太网优点在于已有巨大的网络基础和长期的经验知识，同时以太网具有性价比较高、初始成本和运营成本均较低、扩展性好、容易安装开通以及高可靠性等特点。

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特别是近些年，以太网技术已有重要变化和突破（完善的lan交换，星形、环形乃至混合网络布线，大容量mac地址存储等），与传统的以太网相比，其面貌已大为改观，从共享媒质转向了枢纽或星形结构并采用lan交换后，实现了计算机间的信息隔离。更重要的是使以太网从此转向全双工传输，消除了链路带宽的竞争和潜在的碰撞机会。加上以太网通信速率的大幅度提高，大大消除了以太网通信的不确定性，提高了以太网通信的实时性和qos（，服务质量）。特别是实时工业以太网的出现，进一步保证了网络的传输性能。由于采用专用的无碰撞全双工光纤连接，还可以使以太网的传输距离大为扩展。同时工业自动化系统向分布式、智能化的实时控制方面发展，使通信成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。

主要特点：自20世纪70年代初期美国学者提出cim（computer intergratedmanu-facturing，计算机集成制造）概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其主要特点是：cim已作为一种哲理、一种方法，工业自动化逐步为人们所接受；cim也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理，就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”，从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略；而作为实现集成的相应技术，一般认为是：数据获取、分配、共享；网络和通信；车间层设备控制器；计算机硬、软件的规范、标准等。同时，并行工程作为一种经营哲理和工作模式自20世纪80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成。

典型成果和产品：cims工厂，柔性制造系统（flexi-ble manufacture system，fms）。

1.以工业pc（personal computer，个人计算机）为基础的低成本工业控制自动化已成为主流

工业控制自动化的三个层次：基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。