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第一讲系统概述

历史、现状与发展前景

最近30多年来，微型计算机控制技术获得了很大的发展。这种发展在很大程度上不是依赖于自动控制技术本身的进步，而是由于实现自动控制的载体，即计算机大大的进步了。尤其是生产成本大幅度下降了。这种现象不仅使得计算机控制得到了越来越广泛地应用，而且迫使科技工作者不断地改变他们对于计算机控制的基本想法。

从50年代第一台计算机应用于控制以来，工业控制逐步从单机监控，直接数字控制

（DDC）发展到集散型控制系统（DCS）。主要产品类型有工业控制用计算机（IPC）、可编程控制器（PLC）、嵌入式计算机系统（单片机，ARM）、机电设备的数控系统等

在计算机技术发展的初期，用于控制目的的计算机主要是“小型机”。这种计算机有一间房间大小，价格十分昂贵。以至于适用它来完成任何一项单独的控制任务时，在经济上都是不合算的。所以当时人们把控制技术的着眼点，放在如何使计算机同时实现对很多对象的控制。那时的计算机控制系统是非常复杂的。从事这些工作的人不是专家就是教授，普通技术人员根本就无法掌握这种技术。

70年代初期微处理器的出现带来了计算机控制技术的巨大进步。由于微型机的价格与小型机相比几乎是微不足道的，所以几乎所有的控制任务都立即改为由微型机承担了。但是尽管如此，微型机的价格仍然是偏高的，因此人们仍然很注意节约资源，尽可能使每一片IC芯片都最大限度的发挥作用。正是在这种背景下，人们开发出了各种模块式的控制计算机，即所谓总线计算机。我们北京工业大学电子厂曾经生产的STD总线产品。就是其中的一种。总线系统计算机做到了需要什么功能就添置什么模块，大大减少了硬件资源的浪费，对降低系统成本，曾经起到过重要的作用。正当总线系统计算机蓬勃发展的时候，微处理器又一次大幅度的降价了。一下子降到了即使浪费一部分硬件资源也毫不足惜的程度。现在PC机主板上，多个串口、并口，硬盘与软盘驱动器口都预留在上边，即使你用不着它们，也绝不至于为浪费了这些硬件资源而耿耿于怀。

正是在这种形式之下，人们不再重视硬件资源的利用率，而把大部分的注意力放在了开发更简单、更容易设计、制造和调试的微机控制系统上来。单片机和可编程控制器(PLC)是这个新阶段的代表。单片机从一开始就是为了完成单一控制任务而设计的。一个单片机集一台计算机的各种功能于一个单一芯片之中，只要连接上电源和2.3个简单的元件就可以运行起来。单片机的价格是如此的便宜。目前在市场上用不到十元钱就可以买到一片性能优越的单片机。即使是高级的单片机也不超过几十元钱。这样便宜的价格使得在开发一个简单的电路的时候，采用单片机往往比采用其它电子元器件更为省钱。正因为如此，许许多多的产品都采用了单片机来改进性能和降低成本。在我们的周围，到处都是采用单片机做控制器的电子设备。电视机、录像机、空调、自动洗衣机，还有必威体育精装版型的电冰箱都是采用单片机来实现控制功能的。

最近十年中，电子产品的进一步大幅度降价带来了计算机控制领域中一场新的革命。由于微处理器的价格己经降低到了比电缆线还要便宜的程度，仅仅采用它来代替传导电缆线也成为十分经济的选择。在这种前提下，以节约电缆及有关的施工费用为目标的网络化控制技术高速地发展起来了。在必威体育精装版的大规模现代化工业企业中，自动化系统开始向网络化的“分布式”控制系统发展。所谓分布式控制系统是相对于以往的集中控制系统而言的。在分布式控制系统中，不是由一个中央处理器，而是由许许多多的微处理器各自干着自己的工作，通

过通讯网络(局域网或广域网，intranet或Internet)互相交换控制信息。这种结构中，每台微处理器的任务简单明了，容易制造和测试，出故障时影响的范围小，因此开发起来比集中式控制系统要简单得多，工作要可靠得多。而从整体上来看，系统可以完成特别大型控制任务。从加工单元到生产线，从生产车间到整个工厂，所有的微处理器级级相连，形成一个巨大的控制网络，可以实现整个工厂的完全自动化。带有网络接口功能的PLC和工控计算机是实现这种自动化的主要元件。

现在国外，工业局域网技术己经应用的相当普遍。整个的工厂由成千上万的IPC和PLC控制着，完全自动的运行，这种技术称为FA(FactoryAutomation)。目前这种控制方式已经推广到其他领域，与 BA(楼寓自动化BuildingAutomation)和OA(办公室自动化OfficeAutomation)一起构成目前的三大自动化领域。在我们国内这些工作也正在逐渐地开展起来。

计算机控制技术将来会怎样发展?可以肯定地说，有两个方向是并存的。一是向更加标准化、通用化、模块化的方向，即目前可编程控制器所代表的方向发展。将来微机控制设备将发