01 计算机控制概述.ppt

第一章计算机控制概述,本章要点1.了解计算机控制系统的构成原理2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成。3.初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类,引言计算机控制系统概述,计算机控制，是关于将计算机技术应用于工农业生产、国防等行业自动控制的一门综合性学科与技术。计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动控制工程、电子学和自动化仪表为基础的综合学科。计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原模拟控制系统的控制器（控制仪表）组成的自动控制系统。但是这种取代决不是一种简单的替代而是一种升华。,随着科学发展、技术进步和对控制要求的提高，控制对象越来越复杂，控制系统也随之复杂，出现了多输入-多输出多变量系统、非线性系统控制、时变和分布参数控制系统。对这些系统，使用常规控制方法和手段实现十分困难。电子计算机尤其是微型计算机的出现并应用于自动控制领域，使自动控制水平产生了巨大飞跃。,计算机控制系统产生的原因,计算机控制技术及工程应用-是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用。下图为一个制药车间的自动化生产流程。,微电子技术和计算机技术的发展，为计算机控制的发展奠定了坚实的基础。自1946年世界上第一台可以由程序控制的计算机（称为电子数字器与计算器）ENIAC诞生以来，人们就试图将这种运算速度快，又能存储又能进行算术和逻辑计算的机器应用于自动控制系统中来。然而这种昂贵的运算机器在作为控制器来说是大材小用，于是人们希望用这种计算机来完成许多回路的数据采集与控制，而当时计算机的可靠性又难以胜任作为控制器所需要的高可靠性。,计算机控制技术的发展,世界上第一台电子计算机ENIAC,时间：1946年2月15日,地点：美国宾夕法尼亚大学莫尔学院,主要人物和单位：维纳，约翰莫克利，冯诺依曼美国陆军弹道研究所，阿伯丁弹道实验室,计算机名称：ENIAC(电子数字积分计算器)ElectronicNumericalIntegratorandCalculator,运算速度：5000次加法/秒，3/1000秒时间内做完两个10位数乘法,主要用途：弹道计算的数值分析,主要指标：占地170M2/重量30吨/耗电140KW18000个电子管/7000个电阻/6000个开关10000个电容/50万条线/45万美元,20世纪50年代初，美国首先用计算机来完成对生产过程进行巡检数据采集和数据处理。1959年美国TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得克萨斯州的一家炼油厂将一台计算机投入在线控制。该控制系统以综合指标出发确定了热水循环系统的最佳参数，同时也揭开了计算机控制的辉煌一页。在20世纪60年代计算机控制系统已成功的应用于化工、钢铁和电力等不同的领域，但这些系统还都是以数据的采集和处理为主。1962年英国帝国化工公司制造出一套可以直接取代常规仪表对生产过程直接进行控制的计算机控制系统，开创了直接数字控制的新时期。,自1971世界上第一片四位微处理器的出现，微型计算机得以快速发展，1993年Pentium处理器的出现更使微型计算机在运算速度等诸多方面得以长足发展，同时也使计算机控制得以飞速发展。微处理器和微型计算机的诞生与发展为实现分散控制创造了良好的条件。,1975年美国Honeywell公司研制成功世界上第一套集散型控制系统TDC-2000并投入使用，开创了计算机应用于实际生产过程控制的新纪元。随后一直到80年代末，集散控制系统迅速发展，有几万套集散系统投入运行，不但得到使用者的高度评价同时也为制造商和使用企业带来了巨大的经济效益。随着3C技术和网络技术的发展，现场总线控制系统和网络控制系统应运而生。可编程控制器（PLC）的综合应用已打破了原工业控制的格局，并共同融入到计算机控制系统的大门类之中。,50年代的起步期60年代的试验期70年代以来的推广期80年代的成熟期90年代后进一步发展期,计算机控制系统的发展过程,自动化技术与信息技术的关系,信息链,当前，科技界较普遍认为，信息技术由四大部分组成，即信息获取、信息传输、信息处理与信息应用或信息利用。这四部分实际上组成了一个完整的信息链，如图1-1所示。,我们知道，一个基本的自动化系统至少包含信息获取、处理与应用三部分（如图1-2所示），而一个应用计算机网络或通信网络的自动化系统包含信息获取、传输、处理与应用的全部。这就是说，自动化技术涉及到信息技术的全部内容。,1.1计算机控制系统的组成,主要知识点:,1.1.1控制系统概念,1.1.2硬件组成,1.1.3软件组成,1.1.1控制系统概念,计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的;常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环控制(图1-1b所示)两种结构形式;计算机控制系统原理组成用控制计算机代替图1-1的控制器，如图1-2所示；,任何机器、设备或生产过程都必须按照规定的要求运行。例如，要使发电机正常发电，必须使发电机的输出电压保持在额定电压，尽量不受负荷变化和原动机转速波动的影响；要想使退火炉加工出合格的产品，就要使退火炉的温度在不同的时刻达到规定的要求；要想使电冰箱能够冷冻食品，就要使冰室温度达到用户的设定温度，尽量不受环境温度或冰室中冷冻物品数量变化的影响。,1.1.1自动控制的任务,在上述例子中，发电机、退火炉、电冰箱都是机器设备；电压、炉温、冰室温度是表征这些机器设备工作状态的物理量；而额定电压、规定的炉温、冰室设定温度就是机器设备在运行过程中对这些状态参量的要求。所谓的自动控制，就是在没有人直接参与的前提下，应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备或生产过程，使它们具有一定的状态或性能。所以如果能够设计出某种装置，能自动地使发电机的输出稳定在额定电压，使退火炉的温度在要求的时间内达到规定的温度，使电冰箱的冰室温度降低到用户的设定温度，这些装置就是发电机、退火炉及电冰箱的自动控制装置。各种控制装置的具体任务虽然不同，但究其实质却不外乎是对被控对象的某些物理量进行控制，自动保持其应有的规律性。,1.1.2反馈控制系统工作原理,例1：蒸汽加热器自动控制系统,图1.1是蒸汽加热器自动控制系统的示意图。冷流体从左端流入加热器，被蒸汽加热后的流体从右端流出，供下一道工序使用。图中TT是TemperatureTransducer（温度变送器）的字母缩写，SP是SetPoint（设定值）的首字母缩写，TC是TemperatureController（温度控器）的首字母缩写。设该系统已经处在平衡状态，热流体的出口温度已经稳定在设定值。但是在该系统中，有许多因素都会影响出口温度，使之偏离设定值，这些因素即称为干扰。现在假定由于某种原因，输入的冷流体流量突然增加，由于加热蒸汽的流量不可能同时增加，热流体的出口温度必然会降低，温度变送器将该温度值检测出来后送给温度控制器，控制器将其与设定温度SP进行比较，发现出口温度低于了设定值，就按照某种事先约定的控制算法，计算出调节阀的控制量，使调节阀的开度增大，从而使输入的蒸汽流量增加，使出口温度得以提高，经过一定时间以后，使出口温度回复到设定温度，从而达到自动控制的目的。该系统的工作过程可以用图1.2表示。,图1.2所示的控制系统中，系统的输出量即加热炉的出口温度由温度变送器反馈到系统的输入端，由控制器将设定值和反馈信号进行比较，求得实际输出信号和设定值之间的偏差，再根据偏差的大小去调节执行机构，由执行机构的输出（称为操纵变量）去影响被控制量，达到减小或消除偏差的目的，最后使系统又恢复到原先的平衡状态。这种系统中，输出量反馈到输入端与设定值进行比较，故称为反馈控制系统。加入了反馈之后，整个系统构成一个闭合回路，所以反馈控制系统又称为闭环控制系统。加入反馈的目的是为了检测偏差，而控制器的作用是纠正偏差。所以反馈控制系统的工作原理就是检测偏差，纠正偏差。,几个典型的计算机控制系统,例1.1啤酒罐计算机温度控制系统,啤酒罐计算机温度控制系统是多点温度控制系统，如图1.3所示。啤酒罐的温度要多点控制，各点温度由铂电阻、恒流源、放大器等构成的测量电路转换成电压信号，由多路采样保持器进行巡回检测，各点温度经采样保持器、A/D转换器变成数字量到计算机与给定值进行比较后，按照一定的规律运算得到控制量，然后经过D/A转换器、保持器、执行机构分别控制啤酒罐相应各点的温度。,例12基于PROFIBUS的计算机分级控制系统,例13多总线集成控制系统,1.1.3反馈控制系统的组成,尽管不同的控制系统由不同元件组成，系统的功能也不一样，但它们大多都采用了负反馈工作原理。相同的工作原理决定了它们必然有类似的结构，例如它们都含有检测装置、比较装置、放大装置和执行装置等。一般来说，一个闭环控制系统由以下基本元件或装置组成。（1）被控对象：自动控制系统需要进行控制的机器、设备或生产过程。（2）被控制量：被控对象内要求实现自动控制的物理量。（3）检测元件：对系统输出量进行测量的装置。（4）比较元件：对系统的输入量和输出量进行比较，给出偏差信号，起信号综合作用。（5）放大元件：对微弱偏差信号进行放大，使之可输出足够的功率。（6）控制器：或称为校正装置，将偏差信号进行比例、积分、微分等控制运算的器件，产生控制信号操纵执行元件，用于改善系统的性能。（7）执行元件：根据控制器的命令，改变操纵变量的大小，使被控制的输出量与给定值一致。,典型的自动控制系统的基本组成，可用图1.3所示的结构图表示，“”号表示两个量相减，即负反馈。信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统输出量由检测装置反馈到输入端的传输通路称为反馈通路；前向通路与反馈通路一起构成外闭环，称为主回路。此外还有局部反馈及由它构成的内闭环。有两个以上反馈通路的系统称为多闭环系统。一般来说，控制系统都有有用信号和扰动，它们都可作为系统的输入信号。系统的有用信号决定系统的输出量的变化规律；而扰动是系统不希望的外作用，它破坏有用信号对系统输出量的控制。但在实际系统中，扰动是不可避免的，如电源电压波动、工件数量变化，负载大小等都是实际存在的扰动。系统的输入信号一般是指有用信号。,1.1.4自动控制系统的类型,一、按照控制系统输入量的变化规律分类，可分为定值控制系统和随动控制系统。1.定值控制系统：反馈控制系统中的输入量如果恒定不变或根据给定量按已知规律变化的，称为定值控制系统。例如炉温控制系统、电梯速度控制等。2.随动控制系统：当控制系统中给定量的变化不可预知的控制系统，称为随动控制系统。如火炮控制系统、导弹防御系统等。二、按照控制回路是否有反馈信号可分为，开环控制系统和闭环控制系统。,自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应功能，实现预定目标。,所谓开环控制系统是指控制器按照预定的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制对象或系统能按照约定来运动或变化。,1.开环控制系统,2闭环控制系统,下图为闭环控制系统结构，很明显闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。,（1）闭环控制系统,闭环控制系统-闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。,（2）开环控制系统,开环控制系统-不同于闭环系统，它不需要被控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。,（3）计算机闭环控制系统原理组成,计算机闭环控制系统的原理组成-是把图1-1中的控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。,图1-2计算机控制系统原理图,（4）计算机控制系统的监控过程步骤,a.实时数据采集-对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；b.实时数据处理-对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策；c.实时输出控制-根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；,1.1.2硬件组成,计算机控制系统硬件一般包括：主机-CPURAMROM系统总线常规外部设备-输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道AI、AO、DI、DO操作台CRT、LED、LCD等通信设备交换机、modem、集线器等图1-3所示硬件组成框图,图1-3计算机控制系统硬件组成框图,各部分功能简介：（1）主机主机主要由CPU（中央处理器）、RAM和ROM组成。作用：主机是控制系统的核心。首先它通过输入通道对被控参数进行检测；接着对检测数据进行运算、处理，并作出控制决策；最后，通过输出通道发出控制命令。（2）常规外部设备外部设备按功能可分三类：输入设备、输出设备和外存储器。常用输入设备有键盘、鼠标等，主要用来输入用户命令和数据。常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。主要用来向人们显示和记录各种信息和数据，以便及时了解控制过程。外存储器有磁盘、磁带等，主要用来存储程序和数据。（3）过程输入/输出通道（I/O接口）它们是主机与被控对象进行信息交换的纽带，由于外部设备和被控对象是不能直接由主机控制的，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。一般有并行接口、串行接口、直接数据传送接口等。绝大多数I/O接口都是可编程的，它们的工作方式可以通过编程设置。通道还包括将模拟量转变为数字量的A/D转换器和将数字转量变为模拟量的D/A转换器等。,（4）检测元件和执行机构。在微机测控系统中，为了实现对生产过程或其他设备或周围环境的测量和控制，首先必须对各种参数如温度、压力、流量、成分、液位、速度、距离等进行采集。为此，首先要用检测元件（即传感器）把非电量信号转变成电信号，再由变送器把这些电信号转换成统一的标准信号（0V5V或4mA20mA），然后再送入计算机。随着科学的发展，传感器和检测元件的品种越来越多，使许多过去无法自动测量或控制的参数的自动化测量控制成了可能。（5）操作台。它是人-机对话的联系纽带。通过它可以向计算机输入程序、修改内存数据、显示被测参数和发出各种操作命令。操作台主要由以下四部分组成。作用开关：如电源、数据及地址选择开关、自动/手动切换开关等，它们通过接口可与主机相连，完成对主机或设备的启/停、修改数据、选择控制方式等功能。功能键：通过功能键，可向主机申请中断服务。它包括复位键、启动键、打印键、显示键、工作方式选择键等。LED、LCD或CRT显示屏：显示操作者所要求的内容或报警信号。数据键：用于输入或修改参数。（6）通信设备,硬件只是计算机控制系统的工作平台，若要使计算机能够正确地解决各种实际问题，必须为它编制软件。所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，它是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程序指挥下协调工作的。软件通常分为系统软件和应用软件两大类。（1）系统软件：一般指由计算机厂家提供，专门用来维护和管理计算机本身的程序；它具有一定的通用性，主要包括：操作系统、程序设计系统、诊断系统。（2）应用软件：是用户为了完成特定的生产任务而编写的各种程序的总称。主要包括：过程控制程序、过程监控程序、公共应用程序等；在控制系统中，应用程序的优劣将对系统的控制精度及效率带来很大影响。,1.1.3软件组成,图1-4计算机软件分类,1.2控制系统分类,主要知识点,1.2.1数据采集系统（DAS）,1.2.2操作指导控制系统(OGC),1.2.3直接数字控制系统（DDC）,1.2.4监督计算机控制系统（SCC）,1.2.5分散控制系统（DCS）,1.2.6现场总线控制系统（FCS）,1.2.1数据采集系统（DAS）,数据采集系统(DataAcquisitionSystem)-是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图1-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。,1.2.2操作指导控制系统(OGC),操作指导控制系统-是基于数据采集系统的一种开环结构，如图1-6所示。计算机根据采集到的数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指导的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。OGC系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个回路。,1.2.3直接数字控制系统（DDC）,DDC系统-是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，为了操作方便，DDC系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能的操作控制台。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了多个模拟调节器，而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。,1.2.4监督计算机控制系统（SCC）,监督计算机控制系统即SCC-是OGC系统与常规仪表控制系统或与DDC系统综合而成的两级系统，如图1-8所示。显然，这属于计算机在线最优控制的一种形式。当上位机出现故障时，可由下位机独立完成控制。下位机直接参与生产过程控制，要求其实时性好，可靠性高和抗干扰能力强；而上位机承担高级控制与管理任务，应配置数据处理能力强，存储容量大的高档计算机。,计算机监督控制系统SuperivsoryComputerControlSystemSCC能根据描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或DDC系统的给定值，从而使生产过程处于最优工况，也可以实现自适应控制。,从图1-8可见，该系统实际上是一个二级控制系统，SCC可以采用高档微型机，它与DDC之间通过接口进行信息交换。SCC通过数学模型的最优化分别对DDC或模拟调节器发出最优给定值，当DDC或模拟调节器出现故障时，可由SCC机完成DDC或模拟调节器的控制功能，这显然提高了整个系统的可靠性。,1.2.5分散控制系统（DCS）,分散控制系统-是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的先进计算机控制系统。由于早期开发的分散控制系统在体系结构上具有分散式系统的特征，因此国外将该类系统取名为分散控制系统，国内也有人将其称为集散型控制系统，或者是分布式控制系统。分散控制系统简称为DCS。DCS采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则。,1.2.6现场总线控制系统（FCS）,现场总线控制系统即FCS-是新一代分布式控制结构。该系统改进了DCS成本高和由于各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理控制功能于一身的工作站与现场总线智能仪表的二层结构模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型现场仪表中去，形成一个彻底的分散控制模式。每个现场仪表(例如变送器、执行器)都作为一个智能节点，都带CPU单元，可分别独立完成测量、校正、调节、诊断等功能，靠网络协议把它们连接在一起统筹工作。,现场总线系统FieldbusControlSystemFCS现场总线是双向传布、多分支结构的通信网络。现场总线系统将组成控制系统的各种传感器、执行器和控制器用现场总线连接起来，通过网络上的信息传输完成传统控制系统中需要硬件连接才能传递的信号，完成各设备的协调，实现自动化控制。现场总线系统是一个开放式的互联网络。,图1.31现场总线控制系统结构,现场总线系统有两个显著的特点：（1）信号传输实现了全数字化，避免了传统系统中模拟信号传输过程中不可避免的信号衰减、精度下降和容易受到干扰等缺点，提高了信号传输的精度和可靠性；（2）实现了控制的彻底分散，把控制功能分散到了现场设备和仪表中，从而实现了彻底的分散控制。,1.3控制装置种类,主要知识点,1.3.1可编程控制器,1.3.2可编程调节器,1.3.3总线式工控机,1.3.4单片微型计算机,1.3.5其他控制装置,1.3.1可编程控制器,可编程逻辑控制器-简称可编程控制器或PLC，是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其低端为常规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机。它主要由CPU、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成。外观如图所示。,可编程控制器（PLC）特点：一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设定;采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出；应用广泛-不仅在顺序程序控制领域中具有优势，而且在运动控制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色；PLC具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，调试容易，抗干扰能力强；,1.3.2可编程调节器,可编程调节器-又称单回路调节器、智能调节器、数字调节器。它主要由微处理单元、过程IO（输入/输出）单元、面板单元、通信单元、硬手操单元和编程单元等组成。外观如图所示。,可编程调节器特点：一种仪表化了的微型控制计算机易操作，易编程、方便灵活设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言具有断电保护、自诊断功能、通信等功能可以组成多级计算机控制系统，实现各种高级控制和管理大型分散控制系统中最基层的控制单元适用于连续过程中模拟量信号的控制系统中,1.3.3总线式工控机,总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为工业控制计算机，简称为工业控制机或工控机。通常，计算机的生产厂家是按照某个总线标准，设计制造出若干符合总线标准、具有各种功能的各式模板，而控制系统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系统。总线式工控机的外形类似普通计算机，如图所示。,不同的是它的外壳采用全钢标准的工业加固型机架机箱，机箱密封并加正压送风散热，机箱内的原普通计算机的大主板变成通用的底板总线插座系统，将主板分解成几块PC插件，采用工业级抗干扰电源和工业级芯片，并配以相应的工业应用软件。总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准化的设计特点，能满足不同层次、不同控制对象的需要，又能在恶劣的工业环境中可靠地运行。因而，它广泛应用于各种控制场合，尤其是十几到几十个回路的中等规模的控制系统中。,1.3.4单片微型计算机,随着微电子技术与超大规模集成技术的发展，计算机技术的另一个分支超小型化的单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)简称单片机诞生了。它是将CPU、存储器、串并行I/O口、定时/计数器、甚至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器。,单片机的应用软件可以采用面向机器的汇编语言，但这需要较深的计算机软硬件知识，而且汇编语言的通用性与可移植性差。随着高效率结构化语言的发展，其软件开发环境正在逐步改善。目前，市场上已推出面向单片机结构的高级语言，如早期的ArchimedesC和FranklinC，现在的KeilC51、DynamicC等语言。由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。单片机的应用从4位机开始，历经8位、16位、32位四种。但在小型测控系统与智能化仪器仪表的应用领域里，8位单片机因其品种多、功能强、价格廉，目前仍然是单片机系列的主流机种。,1.3.5其他控制装置,分散控制系统与现场总线控制系统-最初是以一种控制方案的形式出现的，但很快受到工控市场的极大推崇，因而已经成为国内外自动化厂家争先推出的两种典型的装置，因为第1.2.5节、第1.2.6节已经提及，本节不再赘述，详见第13章。,（1）可靠性高和可维修性好可靠性是指系统在规定的时间内正常运行而不发生故障的能力。由于计算机控制的生产过程大多是连续生产或批量生产，所以对系统的可靠性要求比较高。而计算机控制系统多采用集成电路和CMOS技术，所以可靠性大大提高。为使系统有较好的可维护性，一般系统硬件采用插件式结构，修理时只需及时更换备用板即可；同时，计算机程序中还应该设计故障诊断程序，以便及时发现故障部位。（2）控制的实时性强所谓实时性，是指计算机控制系统中信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机必须以足够快的速度对输入信息进行处理，并在一定的时间内作出反应或进行控制输出，若超出了一定的时间范围，就失去了控制实际和意义。因此，为了提高实时性，要求计算机控制系统必须配有定时器和完善的中断系统。,补充1计算机控制系统的特点,微机的实时性主要包括：实时数据采集、实施决策运算、实时控制和实时报警。（3）环境适应性强（4）较完善的输入输出通道为了对生产过程进行控制，计算机需要不断的测量被控参数，并输出控制量去控制被控对象，所以需要配备完善的输入输出通道。（5）丰富的软件计算机控制系统应该配有较完善的系统软件；和适合生产控制过程的应用软件。,补充2计算机控制系统的发展概况与趋势,纵观目前的计算机控制技术的发展，其发展趋势主要有以下几个方面。,1普及应用PLC，并向微型化、网络化和开放性方向发展2自动化仪器仪表向数字化、智能化、网络化和微型化方向发展3采用新型的DCS和FCS发展以位总线（Bitbus）、现场总线等先进网络通信技术为基础的DCS和FCS控制结构，并采用先进的控制策略，向低成本综合自动化系统的方向发展，实现计算机集成制造系统。,补充2计算机控制系统的发展概况与趋势,4实现最优控