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工业控制系统经过启蒙时期、古典主义时期和新疆域时期的演变，逐渐实现了现代化的转型。在启蒙时期，自动控制设备的出现为工业控制系统的发展奠定了基础，而工业革命的兴起则推动了工业控制系统的发展。进入古典主义时期，远距离通信技术的应用和理论的推进，使得工业控制系统的可靠性大幅提升，二战期间更是加速了发展步伐。新疆域时期的到来，则标志着工业控制系统与电子计算机和通信系统的融合，数字化工业控制系统开始崭露头角。
可编程逻辑控制器（PLC）作为核心组件的出现、全球首个数字化工业控制系统的建设以及工业控制系统的智能化和网络化发展，都推动着工业生产的现代化进程。工业控制系统的演进反映了工业生产的不断现代化和优化。从PLC的出现到数字化、智能化和网络化的发展，这些技术趋势共同推动着工业制造朝着更高效、更可持续、更智能的方向迈进。工业控制系统经历了以上历史时期的演进，逐渐完善并扮演着越来越重要的角色。
1.启蒙时期（1935年之前）
公元前250年左右，古埃及人使用的水钟被认为是世界上第一台自动控制设备，它利用水力完成时间的记录与调整，如图1-1所示。在精准计时仪器领域，水钟长期保持着领先地位，直至摆钟问世。早在1745年，人们就已经开始利用自动设备来操控风车中磨盘的空隙，这一控制机制可以说是首个确切运用于工业领域的控制系统之一，正是它为蒸汽引擎的发展创造了条件，从而催生了第一次工业革命。
18世纪中期至20世纪初，工业革命的到来推动了工业控制系统的广泛应用和发展。在工厂中，继电器的广泛运用改变了当时人工制造业的控制方式，通过继电器构筑的逻辑结构（“开/关”和“是/否”）取代了传统方法，继电器如图1-2所示。后来，可编程逻辑控制器（PLC）作为继电器逻辑逐步演变的产物，为人们所熟知。
图1-1 水钟
图1-2 继电器
2.古典主义时期（1935 ～ 1950年）
古典主义时期是孕育现代工控系统的摇篮，无线通信和远距离有线技术的广泛采用，象征着古典主义时期的正式开始。福克斯波罗公司、美国电话电报公司、麻省理工学院伺服机构实验室和建设者铸铁公司这四个美国的重要组织负责创建工业控制产业和相关规范。
有了理论作为基础，工业控制系统的稳定性显著提高，同时第二次世界大战加快了工控系统前进的脚步。二战期间，各国专家汇聚一堂，共同解决了多个军事领域的控制难题：移动目标射击、目标追踪以及移动平台稳固性。相关研究成果在战后很快被各行各业应用起来。二战后的重建时期，工业控制系统经历了全面的升级更新，炼油厂、发电厂、汽车制造工厂全力运转。工控系统在炼油厂和汽车制造工厂的应用场景如图1-3和图1-4所示。
图1-3 炼油厂
图1-4 汽车制造工厂
3.新疆域时期（1950年至今）
1950年对工控行业乃至整个人类的科学进步至关重要，因为第一台具有存储程序功能的计算机EDSAC诞生了。象征着工业控制系统正式与电子计算机以及通信系统全面融合的是第一台商业数据处理机UNIVAC的诞生，它是20世纪最先进的科学技术发明之一。这一里程碑事件拉开了工业控制系统数字化新阶段的序幕。
几年后，全球首个数字化工业控制系统成功实施。这一系统被称为直接数字控制（Direct Digital Control，DDC），即第一代工业控制系统——计算机集中控制系统，它使用一台计算机来操控全部的工业控制系统。
与此同时，现代化工控系统的核心组件开始出现，也就是我们所熟知的PLC。Modicon 084是首个投入商业使用的PLC，如图1-5所示。
图1-5 第一台投入商业使用的PLC
工业控制系统在经历了上述三个历史时期后逐渐完善起来，它的发展历程凝聚了工业的和科学技术的结晶，源于人类的聪明才智。
当智能化时代来临，作为工业控制系统中的关键元件，PLC已经近似于一台小型计算机的中央处理器。稳定性和可扩展性方面的特性使得PLC被广泛运用于当前各工业控制领域。由此，工控系统进入了一个可以简单地由计算机控制的崭新时代。从计算机集中控制系统最初被采用，发展到第二代的分布式控制系统，再演进至当前盛行的现场总线控制系统，控制系统的结构经历了演变。随着智能化工业的推进，以以太网为基础的工业控制系统迅猛崛起。
在新型现场总线控制系统、基于PC的工业控制计算机和管控一体化系统集成技术这三方面，工业控制系统持续演进，为工业控制的智能化、网络化和自动化提供了坚实基础，推动着工业生产的现代化进程。
1.现场总线控制系统
现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是一种新的热点技术，它是分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）的升级产品。现场总线技术于20世纪90年代发展起来，将管理概念和网络传输引入工业控制范畴。现场总线作为数字通信协议，构成了离散化、数字化、双向传输的通信网络，联结了自动控制系统和智能现场设备。它融合了计算机网络技术、仪表工业技术和控制技术，具备互操作、现场网络通信、模块化、现场设备连接、开放式网络互连和通信线路供电等优势。这些特点不仅满足了工业领域对自动化控制和数字通信的要求，还为实现与互联网的连接创造了可能，能够在各种层次上构建复杂的网络体系，代表了未来工业控制系统架构发展的一种趋势。
2.工业PC
工业PC凭借其开放的控制系统而备受赞誉，具备多样的人力、硬件以及软件资源，深受工程科技人员推崇，并被广大用户认可。低成本是工业PC成为主流技术的重要因素之一。相比传统自动化系统，基于工业PC的控制系统价格更实惠，这使得低成本工业控制自动化成为许多企业的首选。与PLC相比，工业PC的控制器具备与之媲美的可靠性、易操作性、易维护性和先进诊断功能等优势，能为系统集成商提供更加灵活的选项。预计未来，高级应用领域（即设备集成程度高和数据复杂的领域）是PLC和工业PC之间的竞争重点。控制系统将融合工业PC和PLC的特点，现场总线技术、可编程逻辑控制器与工业PC将促进彼此发展并相互融合。工业PC将迅速涵盖更广泛的工业应用领域，其特点将更加显著。倍福工业PC和占美工业PC如图1-6和图1-7所示。
图1-6 倍福工业PC
图1-7 占美工业PC
3.管控一体化系统集成
随着互联网技术逐渐应用于工业控制领域，控制系统和管理系统的融合变得不可避免。这一趋势使得工业自动化行业实现了基于网络的自动化、工业企业信息化以及管控一体化。通过实现管控一体化，为增强市场竞争力及提高生产效率，企业可以选择适应现代经济的最优策略。因此，搭建基于Web技术和以太网的分散型智能网络是工业控制技术未来的发展趋势，采用TCP/IP和以太网作为技术规范，旨在供应可再使用、去中心化和模块化的工业控制解决策略。
通过整合多种技术和系统可实现管控一体化系统的建设。现场控制网络的集成是多种系统集成中的主要考虑因素，这涵盖了以下三种集成模型。
❑将FCS与DCS进行集成。其中作为高层管理协调者的DCS完成复杂的先进监控和优化任务，而FCS则负责基础的测控回路。
❑将PLC、DCS和FCS进行集成。该模型特别适用于逻辑较为烦琐的环境。在这种情况下，作为高层管理协调者的DCS完成复杂的先进监控和优化任务，而FCS和PLC则负责基础的测控回路。
❑将多种FCS进行集成。该模型主要关注不同通信协议之间的转换难题。其中的关键点在于开发统一的监控软件和组态软件，使软件满足多种现场总线设备的互操作需求，实现无缝集成，同时要确保各个单独的系统性能和功能不受到任何干扰。在多种技术集成方面，需要考虑集成以太网和工业以太网技术、通用数据交换技术和设备互操作技术等。
相信在不久的将来，通过以上三种技术的促进，我们能够目睹工业控制领域获得质的突破。工业控制系统将更加灵活、高效和智能化，这会带来许多好处，包括提高生产效率、减少资源浪费、优化工业流程、增强产品质量等。同时，工业控制技术的进步也将推动人类文明继续前进，为社会发展和创新提供更广阔的空间。