開關控制電器階段
早期的電氣控制比較簡單，主要是實現電器和電源之間的通斷控制。因為當時電器的電壓和電流都不是很高，開關壹般都是裸露不封口的，所以被稱為可見斷點開關。可以看出，斷點的開關因為其通斷狀態壹目了然，所以能給人心理上的安全感，在關斷狀態下其實是安全的。比較有代表性的開關電器是閘刀開關，至今仍在廣泛使用。
早期的閘刀開關壹般由人直接操作，開關的通斷速度不可能很快，只能用於低壓小電流的控制場合。因為電壓和電流較高的開關在通斷過程中會產生強烈的電弧，電弧會燒壞開關的觸點部分，電弧還會危及操作者的人身安全。為了解決電弧的危害，首先在開關上采用機械速動裝置，減少電弧產生的時間；二是利用滅弧裝置減小電弧，降低電弧溫度；三是完全關閉開關外殼，避免對人造成傷害；第四，利用杠桿機構操作開關，使人處於安全位置；第五，采用電動操作機構實現開關的遙控和自動控制。
為了安全起見，根據國家標準，壹般電氣控制中的隔離開關應采用斷點可見的開關。對於全封閉開關和遠程控制開關，開關的開和關位置必須在操作裝置上明顯標出。對於自動控制開關，操作後必須有反饋信號檢測開關的通斷狀態，以保證操作的可靠性和安全性。
繼電器控制電動舞臺
“繼電保護”是輸變電過程中的壹項特殊技術，是由各種繼電器和測量設備組成的保護電路，目的是保證不間斷供電。“繼電保護”技術的發展為電氣自動控制技術的發展奠定了基礎。
繼電器控制是利用具有繼電器特性的元件進行控制的自動控制系統。所謂繼電器特性，是指在輸入信號的作用下，輸出只有開和關的特性。因為它的控制方式是間歇的，所以稱為間歇控制系統。比如在電爐的溫度調節中，根據爐溫是否超過規定值來關斷或接通電源。這種只有開和關狀態的控制也稱為雙位控制。繼電器控制中使用的部件不限於電磁繼電器，可以使用其他手段來實現繼電器特性。例如，在雙位溫度調節中，雙金屬常被用作敏感元件。當溫度變化時，由於兩部分金屬的膨脹系數不同，雙金屬彎曲變形，形成或斷開觸點。液壓閥和氣動閥也是具有中繼特性的部件。
各種接觸器和繼電器的使用對電氣控制技術的發展具有決定性的意義。各種接觸器和繼電器的操作方式徹底顛覆了開關櫃只能近距離操作的觀念，開啟了遠距離電氣操作時代。繼電器是壹種自動控制裝置，當輸入(電、磁、聲、光、熱)達到壹定值時，輸出就會發生跳躍式的變化。除開關功能外，繼電器還具有許多其他控制功能，為實現電氣自動控制做出了巨大貢獻。與早期的開關設備相比，繼電器具有以下特點。
1.帶記憶功能
繼電器的觸點可以連接成自保持電路，即使控制信號消失，繼電器仍能保持控制指令的狀態，這就是繼電器的記憶功能。繼電器的記憶功能是實現自動控制的基本條件，在電氣自動控制中應用廣泛。
2.動作速度快
繼電器的動作壹般由電磁鐵控制，動作速度壹般只有幾十分之壹秒。繼電器的動作速度比其他機械開關器件快，有利於減少電弧，用於電壓和電流較高的控制場合。
3.可以實現遠程控制
繼電器控制回路中的電流很小，所以在控制回路中導線截面積不變的情況下，電壓降很小，可以遠距離控制。
4.可以實現非電量的控制。
時間繼電器可以用來控制時間；速度繼電器可用於控制速度；溫度繼電器可用於控制溫度；磁場可以由幹簧或磁保持繼電器控制。采用步進繼電器可以實現順序控制。繼電器對非電量的控制大大擴展了電氣自動控制的應用領域。
5.它有放大效應
繼電器采用工作電流小的控制回路來控制通斷能力大的主觸點，可以控制大功率的電路，因此繼電器具有放大功能。
6.可以實現各種保護。
1)失壓保護和欠壓保護
利用繼電器電磁鐵線圈在欠壓或欠壓時不被吸合的特性，實現失壓保護和欠壓保護。
2)過壓保護
過壓保護可以通過使用電壓繼電器來實現。
3)短路保護、過流保護和過載保護
熱繼電器可以實現短路保護、過流保護和過載保護。
4)斷相保護
斷相後另外兩相的電流必然增大，斷相保護可以用熱繼電器或電流繼電器來實現。
7.可以實現監控功能。
根據各繼電器的控制功能，觸點連接信號燈和電鈴，顯示控制電路各部分的工作狀態，實現故障顯示、報警和監控功能。
8.擴大控制範圍
當多觸點繼電器的控制信號達到壹定值時，可以根據觸點組的不同形式，同時切換、斷開和接通多路電路。
9.集成信號功能
根據電氣控制邏輯的需要，當多個控制信號以規定的形式(串聯、並聯或串聯)輸入多繞組繼電器時，通過比較綜合達到預定的控制目標。
正是由於繼電器具有上述強大的功能，自動化裝置上的繼電器才能與其他電器壹起組成程序控制電路，從而實現自動化操作。正是因為繼電器的出現，人類第壹次實現了電氣控制的自動化。因此，繼電器的應用在電氣控制發展史上具有裏程碑式的意義。
本發明具有控制結構簡單、方便實用、易於維護、控制容量大、抗幹擾能力強、價格低廉的優點。繼電器控制系統的主要優點是控制裝置相對簡單。對於相同的功率，繼電器控制裝置的質量和體積在各種控制系統中相對較小，因此廣泛應用於各種設備的電氣控制中。目前，繼電器觸點控制仍是電氣控制設備最基本的控制形式之壹，繼電器-接觸器控制系統仍廣泛應用於許多生產機械設備中。
繼電器控制系統的主要缺點是控制的非線性。但也存在連接方式固定、靈活性差、難以適應復雜多變的程序要求、工作頻率低等問題。由於繼電器控制系統中電觸點過多，觸點的腐蝕、燒蝕、熔斷和接觸不良，使得繼電器控制系統故障率高，可靠性差。同時繼電器的線圈耗電量大，不符合當代環保的要求，也不容易實現電氣控制設備的小型化。
數字邏輯控制級
開關電器和繼電器的控制本質是開關量的控制，因為只有兩種狀態:開“1”和關“0”。
這裏所說的數字邏輯控制階段，是指集成電路被廣泛采用後，用邏輯門進行的數字邏輯控制。雖然繼電器控制系統也可以進行壹些相對簡單的數字邏輯控制，但是繼電器控制系統實現這些邏輯電路非常復雜，成本高，可靠性差，並且在時序上存在不可避免的競爭問題。要解決這個問題，對設計師的要求很高，往往需要通過實驗來解決。
在實際生產中，由於有大量由開關量控制的簡單程序控制過程，而且實際生產過程和流程是不斷變化的，傳統的繼電器觸點控制系統通常無法滿足這壹要求，於是出現了繼電器觸點控制與電子技術相結合的控制裝置，稱為順序控制器。它可以根據生產需要改變控制程序，而且遠比電子計算機簡單和便宜。通過插入組合邏輯元件實現繼電器觸點控制。然而，這種裝置體積龐大，功能有限。
集成電路邏輯門芯片具有體積小、重量輕、功耗低、工作可靠的特點。由集成門、觸發器、寄存器、編碼器、譯碼器和半導體存儲器組成的組合邏輯電路和時序邏輯電路廣泛應用於電氣自動控制中，組合邏輯電路的競爭冒險現象已被成功解決。
數字邏輯控制階段最成功的案例是數控機床的應用。為了解決占機械加工總能力80%左右的單件小批量生產的自動化問題，20世紀50年代出現了數控機床。綜合應用了數字邏輯控制、檢測、自動控制、機床結構設計等各個技術領域的最新技術成果。數控機床由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體組成，其中伺服系統的性能是決定數控機床加工精度和生產率的主要因素之壹。
電子計算機控制級
1971年，英特爾公司設計了世界上第壹個微處理器芯片Intel 4004，並以它為核心建造了世界上第壹臺微型計算機MCS-4。它開創了計算機應用的新時代。然而，將普通PC機直接移植到電氣控制系統中，存在系統過於復雜、成本過高的問題。這個問題直到專門為工業控制設計的單片機誕生才得以解決。
1.單片微型計算機
單片機又稱單片微控制器，不是完成某種邏輯功能的芯片，而是將整個計算機系統集成在壹塊芯片上。壹般來說，芯片就是電腦。其體積小、重量輕、價格低、軟件可修改，為應用和開發提供了便利條件。利用單片機可以實現柔性控制、通信技術、多目標控制、仿真和智能控制。
單片機雖然功能強大，但價格很低(壹般不到十元)。低廉的價格和強大的功能為單片機在電氣控制領域的應用創造了條件。目前，單片機已被廣泛應用，如智能儀器、實時工業控制、通訊設備、導航系統、家用電器等。
單片機最小系統只用壹個集成電路，是控制部分的核心部件，可以進行簡單的運算和控制。由於體積小，通常藏在被控設備的“肚子”裏。單片機系統最低價格也不過幾十塊錢。單片機控制系統使用靈活，多用於生產批量壹定、專業性強、市場小的領域。因為如果市場大，生產批量大，就會有更經濟的專用控制芯片生產出來。單片機控制系統適用於小批量生產及其在舊設備技術改造中的應用。
2.可編程邏輯控制器
隨著大規模集成電路和微處理器技術的發展和應用，電氣控制技術也發生了根本性的變化。20世紀70年代，計算機存儲技術被引入順序控制器，產生了壹種新的工業控制器——可編程控制器(PLC)，它兼有計算機控制和繼電器控制系統的優點，因此作為壹種標準化的通用電器在世界範圍內被廣泛應用於工業自動控制領域。
可編程控制器技術以硬接線繼電器-接觸器控制為基礎，逐漸發展成為具有邏輯控制、定時和計數以及運算、數據處理、模擬量調節和網絡通信功能的控制裝置。通過數字量或模擬量的輸入輸出，可以滿足各種類型設備控制的需要。可編程控制器及相關外部設備是根據易於與工業控制系統集成和功能擴展的原則設計的。可編程控制器已成為生產機械設備開關控制的主要電氣控制裝置。
可編程邏輯控制器(PLC)是利用單片機技術，模仿原有繼電器控制原理而開發的。70年代，PLC只有開關量邏輯控制，最早應用於汽車制造業。它用來存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和操作的指令，並通過數字輸入和輸出操作來控制各種機器或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，並預先存儲在PLC的用戶程序存儲器中。運行時，根據存儲的程序內容逐壹執行，完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU中有壹個程序計數器，指示程序的存儲地址。程序運行過程中，計數器每執行壹步自動加1，程序從起始步(步數為零)到最後壹步(通常是結束指令)依次執行，然後返回起始步循環運行。PLC完成每個循環操作所需的時間稱為壹個掃描周期。
不同型號的PLC，循環掃描周期在1μs到幾十μs之間，PLC采用梯形圖編程，體現了運算邏輯速度快的優勢。掃描周期在微秒量級，計算1KB邏輯程序不到1ms。它將所有輸入視為開關，16位(也有32位)是模擬的。大型PLC使用另壹個CPU完成模擬量的計算，並將計算結果傳送給PLC的控制器。
對於I/O點數相同的系統，使用PLC的成本比使用計算機集中控制系統(DCS)的成本低(可節省40%左右)。PLC沒有專門的操作站，軟硬件通用，維護成本比DCS低很多。大型PLC控制器可以接收數千個I/O點(最多超過8，000個I/O)。如果被控對象主要是設備鏈，回路少，用小型PLC比較合適。由於PLC使用通用軟件，更容易設計企業的管理信息系統。
當通用PLC應用於特殊設備時，可以認為是嵌入式控制器，但PLC比通用嵌入式控制器具有更高的可靠性和更好的穩定性。可編程控制器作為離散控制的首選產品，以微處理器為核心，通過軟件手段實現各種控制功能。具有通用性強、可靠性高、適應惡劣工業環境、指令系統簡單、編程簡單易學、易於掌握、體積小、維護工作量少、現場連接安裝方便等壹系列優點。它正逐漸取代傳統的繼電器控制系統，廣泛應用於各行業的控制中。