学习重点：
    计算机在工业控制领域中应用及相关知识

学习难点：
     嵌入式系统的特点

10.1概述

    计算机用于工业控制一般称其为工控机。这里所说的工业控制实际上包括了所有领域和产品，如家电、玩具等等。工控机的分类是比较复杂的，若按其构成特点，一般可分为：智能仪表、单片机系统、可编程控制器、各类总线工业控制计算机、分散控制系统和现场总线控制系统等；若按其功能特点，一般可分为：操作指导控制系统（或称数据采集和处理系统）、直接数字控制系统、监督控制系统等；若根据不同的被控对象，可分为过程控制和非过程控制。过程控制一般是指化工、石油、冶金、焦化、电站、造纸、陶瓷、建材、酿造、材料热处理、热力发电等工业生产中连续的，或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制；若按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为嵌入式计算机和通用计算机。
    无论计算机控制系统简单或复杂，都可简化如图 10 — 1 所示的两大类：开环控制系统和闭环控制系统。

    开环控制系统的特点是根据给定的信号去控制被控对象，不能自动消除被控参数偏离给定值所带来的误差，而闭环控制系统可根据反馈回来的信号与给定的信号进行比较后再去控制被控对象，可自动消除被控参数偏离给定值所带来的误差对象。控制系统一般都采用闭环控制系统 。
    计算机控制是以数字控制理论为基础，通过传感器和执行器，由计算机对不同的被控对象或生产过程进行检测、变换、控制、和显示等，其典型结构如图 10 一 2 所示。

    计算机系统由硬件和软件两大部分组成，最简单的计算机控制系统可用单片机组成，复杂的可由可编程控制器、各类总线工业控制计算机等构成较高级的计算机控制系统，如直接数字控制系统（ DDC-Direct Digital Control ）、监督控制系统（ SCC-Supervisory Computer Control ）、分散控制系统（ DSC-Distributed Controls System ）和现场总线控制系统（ FCS-Fieldbus Control System ）等。

10.2 智能仪表

    智能仪表一般指单回路、多回路调节器。它以微处理器为核心部件，综合了计算机技术、虚拟技术和数字技术，是一种新型过程控制仪表，它保留了模拟仪表的优点，又具有微机所特有的各种运算、处理功能，是一种功能强、系统组态灵活、操作方便、可靠性高而价格较为低廉的高性能调节仪表。其典型的原理框图如图 10 一 3 所示。

10.3 单片机系统

    早期的单片机（ Single Chip Microcomputer 单片微计算机）只是将 CPU 及计算机外围功能单元（如 I/O 口、定时 / 计时器、 UART 、 RAM 、 ROM 等）集成在一块芯片上。随着单片机技术的发展以及微处理器 (MPU) 技术及超大规模集成电路技术的发展，单片机集成了更多的用于控制目的的功能单元（如高速 I/O 口、 ADC 、 PWM 、 WATCHDOG 、 I2CBus - Inter IC Bus 、 CAN Bus – Controller Area Network Bus 等），从而成为严格意义上的单片微控制器（ Single Chip Microcontroller ）。图 10 一 4 所示的为 MCS — 51 单片机片内总体结构框图。
　　单片机系统以单片机为核心部件，可分为单机应用和多机应用。单机应用是指一个应用系统中只使用一个单片机，这是目前应用最多的方式；多机应用是单片机在高科技领域应用的主要模式。单片机的高可靠性、高控制功能及高运行速度的“三高”特点必然使得未来的高科技工程系统将采用单片机多机系统作为主要的发展方向。

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图 10 一 4 MCS — 51 单片机片内总体结构框图

10.3.1 单片机技术的发展特点

　　单片机的生存周期相对于普通 CPU 而言非常之长，如 MCS8051 已超过 15 年。以某类单片机（如 8051/52 ）为核心，集成不同 I/O 功能模块的新单片机系列层出不穷；而某些单片机更是突出了以功能分类的特点（如 Microchip 公司的 PIC 单片机）。 8 位、 16 位、 32 位单片机共同发展也是当前单片机技术发展的另一特点。
　　单片机运算速度越来越快，为提高单片机抗干扰能力和降低噪声，尽量不采用提高时钟频率单一措施，而是通过调整单片机的内部时序、使用琐相环技术或内部倍频技术等技术，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。

　　低电压与低功耗是单片机技术的发展另一个特点。采用最新的集成电路制造技术，全静态设计使时钟频率从直流到数十兆任选，使功耗不断下降。 PIC 单片机、 Motorola 的某些单片机等在这方面具有很强的优势。
　　为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家尽量采用低噪声与高可靠性技术，在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施，如增加了抗 EMI 电路、增强了 WATCHDOG 的性能等。
　　为降低单片机产品的成本，广泛采用掩膜（ Mask ROM ）、一次编程（ OTP-One Time Programmable ）和多次编程（ MTP-Multi Time Programmable ）单片机。过去成熟的单片机产品一般采用掩膜型单片机，由于掩膜需要一定的生产周期，而一次编程型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用一次编程完成最终产品制造更为流行。近年来，一次编程型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在片编程技术（ In System Programming ）。

　　未编程的一次编程芯片先焊在印刷板上，然后再对其进行编程，解决了批量写一次编程芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题。编程线与 I/O 线共用，不增加单片机的额外引脚。而多次编程向一次编程提出了挑战，一些单片机厂商采用 FLASH 存储器作为程序存储器（如 ATMEL 公司的单片机），可多次编程。

10.3.2 主流单片机

　　Motorola 是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多是其特点，在 8 位机方面有 68HC05 和升级产品 68HC08 ， 68HC05 有三十多个系列，二百多个品种，产量已超过 20 亿片。 8 位增强型单片机 68HC11 也有三十多个品种，年产量在 1 亿片以上。升级产品有 68HC12 。 16 位机 68HC16 也有十多个品种。 32 位单片机的 683XX 系列也有几十个品种。近年来，以 PowerPC 、 Coldfire 、 M.CORE 等为 CPU 。将 DSP 做为辅助模块集成的单片机也纷纷推出。
　　Motorola 单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强 , 更适合用于工控领域及恶劣的环境。 Motorola 8 位单片机过去的策略是以掩膜为主的，最近推出 OTP 计划以适应单片机发展新趋势，在 32 位机上， M.CORE 在性能和功耗方面都胜过 ARM7 。
　　51 系列单片机最早是由 Intel 公司推出的，也是世界上用量最大的几种单片机之一。由于 Intel 公司在嵌入式应用方面将重点放在 186 、 386 、奔腾等与 PC 类兼容的高档芯片的开发上， 8051 类单片机主要由 Philips 、 SIMENS 、 AMD 、 FUJITSU 、 ATEML 等公司接产。这些公司都在保持与 8051 单片机兼容的基础上改善了 8051 许多特性（如时序特性、 I/O 数、 ADC 、 PWM 、 WATCHDOG 、 I2C Bus 和 CAN 等）。提高了速度、降低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。
　　Microchip 单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是 16C 系列 8 位单片机， CPU 采用 RISC 结构，仅 33 条指令，运行速度快、功耗小，产品系列全，且以低价位著称，一般单片机价格都在一美元以下。 Microchip 单片机没有掩膜产品，全部是 OTP 和 EEPROM 器件， Microchip 强调节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
　　Scenix 单片机的 I/O 模块除传统的 I/O 功能模块如并行 I/O 、 URT 、 SPI 、 I2C 、 A/D 、 PWM 、 PLL 、 DTMF 等，新的 I/O 模块也不断出现，如 USB 、 CAN 、 J1850 等各种通讯协议的 I/O 模块。 Scenix 单片机在 I/O 模块的处理上引入了虚拟 I/O 的新概念。 Scenix 采用了 RISC 结构的 CPU ，使 CPU 最高工作频率达 50MHz 。运算速度接近 50 MIPS 。有了强有力的 CPU ，各种 I/O 功能便可以用软件的办法模拟。公司提供各种 I/O 的库函数，用于实现各种 I/O 模块的功能。这些用软件完成的模块包括多路 UART 、多路 A/D 、 PWM 、 SPI 、 DTMF 、 FSK 、 LCD 驱动等，这些都是通常用硬件实现起来也相当复杂的模块。
　　Z8 单片机是 Zilog 公司的产品，采用多累加器结构，有较强的中断处理能力。产品为 OTP 型， Z8 单片机的开发工具可称价廉物美。 Z8 单片机以低价位的优势面向低端应用，以 18 引脚封装为主， ROM 为 0.5 ～ 2K 。最近 Zilog 公司又推出了 Z86 系列单片机，该系列内部可集成廉价的数字信号处理单元。
　　NEC 单片机自成体系，以 8 位单片机 78K 系列产量最高，也有 16 位、 32 位单片机。 16 位以上单片机采用内部倍频技术，以降低外时钟频率。有的单片机采用内置操作系统。 NEC 的销售策略着重于服务大客户，并投入相当大的技术力量帮助大客户开发产品。
　　东芝单片机的特点是从 4 位机到 64 位机门类齐全。 4 位机在家电领域仍有较大的市场。 8 位机主要有 870 系列、 90 系列等，该类单片机允许使用慢模式，采用 32K 时钟时功耗降至 10 μ A 数量级。 CPU 内部多组寄存器的使用，使得中断响应与处理更加快捷。东芝的 32 位单片机采用 MIPS 3000A RISC 的 CPU 结构，面向 VCD 、数字相机、图象处理等市场。
　　富士通单片机有 8 位、 16 位和 32 位单片机，但 8 位机使用的是 16 位机的 CPU 内核。也就是说 8 位机与 16 机所用的指令相同，使得开发比较容易。 8 位单片机有著名的 MB8900 系列， 16 位机有 MB90 系列。富士通公司注重于服务大公司、大客户，帮助大客户开发产品。
Epson 公司以擅长制造液晶显示器著称，故 Epson 单片机主要为该公司生产的 LCD 配套。其单片机的特点是 LCD 驱动部分做得特别好。在低电压、低功耗方面也很有特点。目前 0.9V 供电的单片机已经上市，不久的将来， LCD 显示的手表类单片机将使用 0.5V 供电。
COP8 单片机是美国国家半导体公司的产品，该公司以生产先进的模拟电路著称。能生产高水平的数字模拟混合电路。 COP8 单片机片内集成了 16 位 A/D ，这是单片机中不多见的。 COP8 单片机内部使用了抗 EMI 电路，在看门狗电路以及 STOP 方式下单片机的唤醒方式上都有独到之处。此外， COP8 的程序加密控制也做得比较好。
　　三星单片机有 KS51 和 KS57 系列 4 位单片机， KS86 和 KS88 系列 8 位单片机， KS17 系列 16 位单片机和 KS32 系列 32 位单片机。三星单片机为 OTP 型 1SP 在片编程功能。三星公司以生产存储器芯片著称，在存储器市场供大于求的形势下，涉足参与单片机的竞争。三星公司在单片机技术上以引进消化发达国家的技术、生产与之兼容的产品，然后以价格优势取胜。例如在 4 位机上采用 NEC 的技术， 8 位机上引进 Zilog 公司 Z8 的技术，在 32 位机上购买 ARM7 内核，还有 DEC 的技术、东芝的技术等。其单片机裸片的价格相当有竞争力。

10.3.3 数字信号处理器

　　数字信号处理器是一种能进行高速实时信号处理的单片机，主要用于如语音处理和图象处理等对实时性要求较高的应用。 90 年代以来数字信号处理器应用广泛的原因在于，其制造技术发展得极为先进，使成本下降到可用在消费品和其它对成本敏感的系统中；处理器的处理速度上升到可满足大部分高速实时信号处理的需求。在产品中越来越多地使用数字信号处理器，加剧了对更快、更便宜、更节省能量的数字信号处理器的开发和迅速发展。在计算机系统中，广泛用于如调制解调器、 MPEG 译码器、硬盘驱动器等特殊设备中。
　　数字信号处理器主要分为定点和浮点。定点数字信号处理器发展迅速，品种最多，处理速度为 20 ～ 2000MIPS ；浮点数字信号处理器基本由 TI 和 AD 公司垄断，处理速度 40 ～ 1000MFLOPS 。数字信号处理器的性能已形成低、中、高三档。高端产品处理器结构发生了深刻的变化，形成了多样化的趋势。数字信号处理器除了四大产商（ Texas lnstruments 公司、 Lucent Technolo 公司、 Analog De-vies 公司和 Motorola 公司）外，大约还有 80 家产商。下图所示的为数字信号处理器 TMS32010 片内总体结构框图。

1. 数字信号处理器的特点
　　数字信号处理器和诸如 Pentium 或 Power PC 等通用处理器有很大的区别，这些区别产生于数字信号处理器的结构和指令是专门针对信号处理而设计和开发的，它具有以下特点：
1) 用硬件来实现的单周期乘法累加操作
2) 数字信号处理器具有 DMA 、串口、 Link 口、定时器等外设
3) 哈佛结构
　 在哈佛结构中，有两个存储空间：程序存储空间和数据存储空间。处理器内核通过两套总线与这些存储空间相连，允许对存储器同时进行两访问，这种安排使处理器的带宽加倍。
4) 零消耗循环控制
　　 数字信号处理算法的共同特征是大部分处理时间花在执行包含在相对小循环内的少量指令上。因此，大部分数字信号处理器具有零消耗循环控制的专门硬件。零消耗循环是指处理器不用花时间测试循环计数器的值就能执行一组指令的循环，硬件完成循环跳转和循环计数器的衰减。有些数字信号处理器还通过一条指令的超高速缓存实现高速的单指令循环。
5) 特殊寻址模式
　　 数字信号处理器经常包含有专门的地址产生器，它能产生信号处理算法需要的特殊寻址，如循环寻址和位翻转寻址。循环寻址对应于流水 FIR 滤波算法，位翻转寻址对应于 FFT 算法。
6) 执行时间的可预测性
　　 大多数数字信号处理的应用都对实时性要求很高，所有处理工作都必须在指定时间内完成，因此要求程序设计时必须严格控制所有处理工作的时间。数字信号处理器执行程序的进程对程序员来说是透明的，因此很容易预测处理每项工作的执行时间。但是，对于高性能通用处理器通来说，由于大量超高速数据和程序缓存的使用，动态分配程序，因此执行时间的预测变得复杂和困难。

2. 数字信号处理器的性能及评估标准
　　数字信号处理器的性能可分为三个档次：低成本、低性能的数字信号处理器、低能耗的中段数字信号处理器和多样化的高端数字信号处理器。
　　低成本性能的低端数字信号处理器是工业界使用最广泛的处理器。在这一范围内的产品有： ADSP-21XX ， TMS320C2xx ， DSP560xx 等系列，它们的运行速度一般为 20 ～ 50MIPs ，并在维持适当能量消耗和存储容量的同时，提供优质的数字信号处理器性能。
　　价格适中的数字信号处理器，通过增加时钟频率，结合更为复杂的硬件来提高的性能，形成了数字信号处理器的中段产品，如 DSPI6xX ， ThS320C54x 系列，它们的运行速度为 100 ～ 150MIPs ，通常用在无线电讯设备和高速解调器中，要求相对高的处理速度和低的能耗。
　　高端数字信号处理器由于被超高速处理需求的推动，其结构真正开始进行分类和向多样化发展，高端数字信号处理器的主频达到 150MHz 以上，处理速度为 1000MIPS 以上，如 TI 的 TMSS320C6x 系列、 ADI 的 Tiger SHARC 等。
　　评价数字信号处理器性能的指标有很多，最常用的是速度，但能耗和存储器容量指标也很重要，特别是在嵌入系统应用上。系统设计者要众多的数字信号处理器中选定应用设备上能够提供最佳性能的数字信号处理器变得比较困难。过去，数字信号处理系统设计者依靠 MIPS 或类似的指标来大概了解不同芯片提供的相对性能。随着处理器技术的多样化，象 MIPS 这样的传统量度越来越不准确，因为 MIPS 不是实际测量性能。由于数字信号处理应用程序的特征之一是大部分的处理工作集中在程序的一部分（核心程序），因此可以用与数字信号处理相关的基准程序来测试评估数字信号处理器。
BDTI 公司已完成成套的核心标准，并注册了一种新型混合速度度量： BDTI 分数。

3. 现代数字信号处理器的结构
　　最近两年，数字信号处理器的更高性能由于不能从传统结构中得到解决，因此提出了各种提高性能的策略。其中提高时钟频率似乎是有限的，最好的方法是提高并行性。提高操作并行性，可以由两个途径实现：提高每条指令执行的操作的数量，或者是提高每个指令周期中执行的指令的数量。这两种并行要求产生了多种数字信号处理器的新结构。
1) 增强型数字信号处理器
　　以前的数字信号处理器采用复杂的、混合的指令集，使一条指令可完成多个操作。传统的数字信号处理器在一个指令周期内只能读取并执行一条指令。这种单流、复杂指令的方法使得数字信号处理器获得很强大的性能而无需大量的内存。
　　在保持数字信号处理器结构和上述指令集不变的情况下，要提高每个指令的工作量，其中的一个办法是用额外的执行单元和增加数据通路。例如，一些高端的数字信号处理器有两个乘法器，我们把使用这种方法的数字信号处理器叫做“增强型常规数字信号处理器”，因为它们的结构与前一代的数字信号处理器相似，但性能在增加执行单元后大大增强了。当然，指令集必须也同时增强，这样才能在 一条指令中完成更多的并行操作，以利用额外的硬件。增强型数字信号处理器的例子有朗讯公司的 DSP16000 ， ADI 的 ADSP2116x 。增强型数字信号处理器的优点是兼容性好，而且与较早的数字信号处理器具有相似的成本和功耗。缺点是结构复杂、指令复杂，进一步发展有限。
2)VLIW 结构
　　传统的数字信号处理器使用复杂的混合指令，并在一个指令周期内只能读取并执行一条指令。然而，最近有些数字信号处理器采用一种更 RISC 化的指令集，并且在一条指令周期执行多条指令，使用大的统一的寄存器堆。例如， Siemems 的 Carmel 、 Philips 的 TriMedia 和 TI 的 TMS 320C62XX 处理器族都使用了超长指令字（ VLIW ）结构。 C62xx 处理器每次取一个 256 位的指令包，把包解析为 8 个 32 位的指令，然后把它们引到其 8 个独立的执行单元。在最好的情况下， C62xx 同时执行 8 个指令，在这种情况下达到了极高的 MIPS 率（如 1600MIPS ）， VLIW 结构的优点是高性能、结构规整（潜在的易编程和好的目标编译系统）。缺点是高功耗、代码膨胀、需要宽的程序存储器、新的编程／编译困难（需跟踪指令安排，易破坏流水线使性能下降）。
3) 超标量体系结构
　　象 VLIW 处理器一样，超标量体系结构并行地读取和执行多个指令。但跟 VLIW 处理器不同的是，超标量体系结构不清楚指定需要并行处理的指令，而是使用动态指令规划，根据处理器可用的资源，数据依赖性和其他的因素来决定哪些指令要被同时执行。超标量体系结构已经长期用于高性能的通用处理器中，如 Pentium 和 PowerPC 。最近， ZSP 公司开发出第一个商业的超标量体系结构的数字信号处理器 ZSPI64xx 。超标量结构的优点是性能有大的跨越、结构规整、代码宽度没有明显增长。缺点是非常高的功耗、指令的动态安排使代码优化困难。
4)SIMD 结构
　　单指令多数据流（ SIMD ）处理器把输入的长的数据分解为多个较短的数据，然后由单指令并行地操作，从而提高处理海量、可分解数据的能力，该技术能大幅度地提高在多媒体和信号处理中大量使用的一些矢量操作的计算速度，如坐标变换和旋转。
　　通用处理器 SIMD 增强的两个例子是 Pentium 的 MMX 扩展和 PowerPC 族的 AliiVec 扩展。 SIMD 在一些高性能的数字信号处理器中也有应用。例如， DSP16000 在其数据路中支持有限的 SIMD 风格的操作，而 Analog Devices 最近推出了有名的 SHARC 的新一代数字信号处理器，进行了 SIMD 能力的扩展。 SIMD 结构由于使总线、数据通道等资源充分使用，并无需改变信号处理（如图象、语音）算法的基本结构，因此 SIMD 结构使用越来越普遍。 SIMD 结构遇到的问题是算法、数据结构必须满足数据并行处理的要求，为了加速，循环常常需要被拆开，处理数据需要重新安排调整。通常 SIMD 仅支持定点运算。
5) 数字信号处理器／微控制器的混合结构
　　许多的应用需要以控制为主的软件和数字信号处理软件的混合。一个明显的例子是数字蜂窝电话，因为其中有监控和语音处理的工作。一般地，微处理器在控制上能提供良好的性能而在数字信号处理器性能上则很糟，专用的数字信号处理器的特性则刚好相反。因此，最近有一些微处理器产商开始提供数字信号处理器增强版本的微处理器。用单处理器完成两种软件的任务是很有吸引力的，因为其可以潜在地提供简化设计，节省版面空间，降低总功耗，降低系统成本等。数字信号处理器／微控制器的混合的方法有：
　　 ① 在一个结上集成多种处理器，如 Moiorola DSP5665x ；
　　 ② 数字信号处理器作为协处理器，如 ARM Piccolo ；
　　 ③ 数字信号处理器核移值到已有的位处理器，如 SH-DSP ；
　　 ④ 微控制器与已有的数字信号处理器集成在一起，如 TM3320C27xx ；
　　 ⑤ 全部新的设计，如 TriCore 。

4. 数字信号处理器的发展趋势
　　数字信号处理器发展的趋势是结构多样化，集成单片化用户化，开发工具更完善，评价体系更全面更专业。
VLIW 结构、超标量体系结构和数字信号处理器／微控制器的混合处理器是数字信号处理器结构发展的新潮流。 VLIW 和超标量结构能够获得很高的处理性能。数字信号处理器／微控制器混合可以简化应用系统设计，降低体积和成本。
　　高性能通用处理器借用了数字信号处理器的许多结构优点，其浮点处理速度比高档数字信号处理器还要快。高性能通用处理器的时钟频率一般为 2m ～ 500MH2 ，具有超标量、 SIMD 结构，单周期乘法操作，好的存储器带宽，转移预测功能，因此高性能通用处理器正在涉足数字信号处理器领域。但由于通用处理器缺乏实时可预测性，优化数字信号处理代码困难，有限的数字信号处理工具支持，高功耗等问题，因此通用处理器，目前在数字信号处理中的应用还有限。但瞄准嵌入系统应用的高性能通用处理器与数字信号处理器进行混合，形成专用的嵌入通用处理器，如 Hiiachi 的 SH-DSP ， ARM 的 Piccolo ， Siemen ，的 TriCore 。嵌入通用处理器保留原有的高性能，并加强数字信号处理器实时预测、控制等方面的能力，与专用数字信号处理器形成了对照。 在数字信号处理器综合集成方面，处理器核和快速用户可定制能力是重要的。预计在最近几年内将出现和流行：用户可定制数字信号处理器块组建数字信号处理器，可编程整数数字信号处理器，数字信号处理器化现场可编程门阵列（ FPGAs ），更专用化的数字信号处理器，多媒体数字信号处理器等。
　　更令人鼓舞的是未来数字信号处理器将集成数字信号处理器核，微控制器，存储器 RAM 和 ROM ，串行口，模数转换器，数模转换器，用户定义数字电路，用户定义模拟电路等，因此数字信号处理系统一般将不再是若干印制板（如信号调理板， A ／ D 板， D ／ A 板，接口定时板等）组成的大系统。
　　由于数字信号处理器结构的多样化，数字信号处理器性能测试将变得更加困难， MIPS 、 MOPS 、 MFLOPS 、 BOPS 等指标将越来越不能准确反映，数字信号处理器的性能，因此需要更细更专业化的测试评价标准。对具体应用来说，某些单项功能测试结果，可能显得更重要。
　　随着，数字信号处理器性能的提高，开发工具可能比处理器结构将更重要，因为只有有效的开发工具，才能使处理器得到普遍使用，并使性能充分发挥。片上 Debug 是实时调试的最好手段，它将采用与 JTAG 兼容的 Debug 口。 C 编译器的效率仍然是重点，如何方便容易地进行有效代码开发是关键。指令软件仿真器显得更重要，更精确的指令软件仿真器将得到开发。多类型数字信号处理器调试开发工具将混合集成在一起，数字信号处理器开发工具将是一个充满机遇和挑战的领域。

10.4 可编程控制器

　　1968 年，美国 GM 公司为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了用可编程的控制器取代继电器控制系统的设想，并为此提出了十项招标指标。于是，美国许多家公司开始围绕这十项技术指标进行了研制和开发工作，并很快推出了以软件实现继电器控制功能的新一代控制器，如 Modicon 公司（ 1977 年加入了 Gould 公司）的 084 （ 1968 年）、 DE 公司的 PDP 一 14 （ 1969 年）等，当时取名为可编程逻辑控制器（ PLC — Programmable Logic Contro11er ）。在以后的发展过程中，由于 PLC 大量采用了计算机技术，它的中央处理单元（ CPU ）不但可以处理逻辑运算，还可以处理其他运算和控制功能，不再是单单用来取代继电器控制系统，另外，其名称也不统一。为此美国电气制造商协会（ NEMA ）于 1980 年正式将它命名为可编程控制器（ PC 一 programmable Controller ）。但英文缩写习惯上仍用 PLC 。
    80 年代，美国 NEMA 曾多次以 NEMA 标准的形式对可编程控制器下过定义， 80 年代中期将可编程控制器定义为“一台数字电子设备，它使用可编程序存贮器来存贮指令、用以执行各种特定功能，如逻辑运算、定序、计时、计数和算术运算，以便控制各种机诫设备或过程。”国际电工委员会（ IEC ）也于 1982 年、 1985 年和 1987 年分别颁布了可编程控制器标准的草案第一稿、草案第二稿和草案。在草案中将 PC 定义为 “一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一种可编程序的存贮器，在其内部存贮执行逻辑、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是专门用于控制的计算机，其系统结构基本上与普通微机相似，如图 10 — 7 所示

    几乎所有的可编程控制器都采用 OEM 销售方式，可编程控制器厂家只向大量分销商或系统集成商甚至最终用户提供可编程控制器硬件设备和逻辑编程工具软件，而具体的工程实现则由系统集成商或用户自己实现。
    可编程控制器具有 :(1) 控制程序可变、柔性好； (2) 可靠性高、适用于工业环境； (3) 易于掌握，便于维修； (4) 体积小、省电； (5) 价格低廉等特点。
　　当今的可编程控制器功能越来越丰富，多数可编程控制器采用高性能处理器和实时多任务操作系统，走出原来的设备逻辑控制功能，可编程控制器还在向小型化、微型化、编程标准化方向发展。可编程控制器向分散控制系统领域渗透，而分散控制系统也在逐渐包容可编程控制器的功能，二者将重叠融合。

10.4.1 国外可编程控制器的发展

　　自 60 年代未美国多家公司先后研制生产出第一批可编程控制器后，这项新技术迅速地在世界各工业发达国家中发展起来。 1971 年日本从美国引进了可编程控制器技术，当年日立公司就制造出了第一台可编程控制器。原联邦德国的西门子公司也于 1969 年开始研制可编程控制器。 1973 年西欧国家研制出了他们的可编程控制器。可编程控制器从无到有发展至今已经历了四个阶段：
    1. 第一代（ 1969 一 1972 年）此时的可编程控制器功能简单（只有逻辑运算、定时、计数等功能）、内存小（ l ～ 2K 的存贮器）、机种单一，只能代替 100 ～ 300 个继电器的控制系统，可靠性比继电器控制系统有所提高。
    2. 第二代（ 1972 一 1976 年）在第一代可编程控制器的基础上有了较大的发展，功能得到了增强（有逻辑运算、计时、计数、数据运算、数据处理、计算机接口、模拟量控制等），开始具有自诊断功能，可靠性进一步提高。系统趋于标准化、通用化、系列化和模块化。
    3. 第三代（ 1976 — 1981 年）随着电子技术的发展，可编程控制器广泛采用了微处理器、存贮器等微机芯片，其体积不断缩小、成本不断降低，而功能却不断增强（已有通信、远程 1 ／ O 及一些特殊功能），可靠性进一步提高。同时 PC 开始向两级发展：一方面是大型化、高功能；另一方面是小型化、简单低成本。
    4. 第四代（ 1981 年起） 此时可编程控制器着眼于提高功能、开发联网能力构成分散型控制系统，同时在编程语言方面也有了很大的进展。随着时间的推移，可编程控制器将会得到更大的发展。

10.4.2 国内可编程控制器的发展

　　与国外先进的可编程控制器技术相比，我国的差距是很大的。 70 年代在我国使用的少量可编程控制器是一些重点建设项目引进的设备中带有的。自 1982 年起，一些企业引进产品或技术开始生产可编程控制器。同时，国外许多公司也开始在我国推销产品或合资经营，可编程控制器产品在我国市场上的种类和数量日益增多。同时在可编程控制器的国产化方面也取得了一些进展，有些在信息处理汉字化方面作了初步尝试，取得了一些进展。总的来说，国产化还局限于低功能的小型可编程控制器。

10.4.3 未来可编程控制器的发展趋势

未来可编程控制器发展趋势大致可以概括为以下几个方面：
1. 可编程控制器规模更趋于两极化
　　大型化和小型化。大型可编程控制器着眼于完善其处理功能和联网功能，向分散型、多层分布式工厂自动化网络化发展。小型可编程控制器则强调简易经济，采用平板薄形一体比结构，以适应单机控制和机电一体化的需要。同时适当增加一些特殊 I ／ O 模块和简单的联网功能，扩大其应用范围。
2. 可编程控制器的标准化日趋完善
　　标准化的主要指标有：工作环境、物理和电气接口、功能板和插座特性、总线、通信协议及编程语言等。
3. 采用最新科技成果，促进可编程控制器技术的发展
1) 提高可编程控制器运行速度，采用新型体系结构
2) 发展智能化模块
3) 加强联网功能
4) 进一步提高可靠性
5) 提高更方便灵活的编程方法
    6) 提高存储容量及存储特性

10.5 各类总线工业控制计算机

　　工业控制计算机采用模块化结构，按其不同的功能分成不同的功能模块，通过总线连接成计算机系统。最近几年，模块化结构的工业控制计算机有被功能强大的单板计算机系统（ SBC — Single Board Computer ，包括了计算机绝大部分功能模块的系统板）和“芯片 PC ”所代替，且已产品化、系列化。工业控制计算机一般采用以下几类总线：

1.S — 100 总线
　　即 IEEE696/S — 100 标准，是 IEEE 在原 S — 100 总线的基础上研制的， S — 100 总线也称为 ALTAIR 总线， S — 100 总线也称 ALTAIR 总线，是 MITS 公司生产 Altair 8080 时使用的总线，该总线共有 100 条引线。但它存在着一些缺点，如有些引线定义不明确、布线不合理等。 IEEE 在对其标准化过程中，澄清了定义含糊的内容，调整了总线信号及其时序关系，并对个别技术问题作了修改。
　　其主要性能特点是：支持 8 位和 16 位的数据传送；具有总线仲裁功能；地址线为 24 位；数据线 16 位； I ／ 0 地址为 16 位，允许有 64K 个 1 ／ O 口； S — 100 总线系统可有 4 ～ 22 个插件槽，每个系统有一个“永久性总线主模块”， 通常为 CPU 板；另外可有 16 个“暂时性主模块”，如 DMA 设备、磁盘驱动器等。
2.MULTIBUS 总线
　　Multibus 总线是由 INTEL 公司推出的工业总线标准，分为 Multibus Ⅰ和 Multibus Ⅱ， Multibus Ⅰ总线即为 IEEE796 标准。
　　Multibus Ⅰ是一个通用系统总线，利用它可以方便、灵活地将 CPU 模板、存储器模板、 1 ／ O 扩展板、单板机等联接起来构成计算机系统或多处理机系统。其主要性能特点是： 8 位、 16 位、 32 位装置可共享同一个 Multibus 系统的资源； 24 条地址线，寻址能力为 16MB ；支持多处理机系统和多主系统；数据传输速率可达 5MBPS ；可支持 8 级中断（分为向量和非向量）：异步传输 8 位或 16 位数据；支持 64K 个 1 ／ O 装置；支持主装置从装置和智能装置，数量最多为 16 个。
Multibus Ⅱ是在 Multibus Ⅰ的基础上扩充而成的，其主要性能特点是：支持 8 位、 16 位和 32 位 CPU ；有一组完整的总线出错报告机构；具有变换结构—— 32 位的地址数据通道是可变换的、 8 条系统控制线的作用随输周期中阶段的不同而不同、 6 条仲裁线在系统初如化和正常运行时的用途也不同；在 32 位的通道上可以传输 8 位、 16 位和 32 位的数据，采用同步传输方式，具有很高的带宽。采用突发传输时可达 40MBPS 、利用单周期传送为 20MBPS ，可靠的高达 10MHz 的同步时钟；支持 255 个中断源和 255 个中断服务；定义了 MULTIBUS 正信息传输规约，大大提高了模板间的通信功能。
3.STD 总线
　　STD 总线是由 pro ～ Log 公司和 Mostek 公司共同设计，于 1978 年 12 月推出的 8 位工业微型计算机总线。该总线以小尺寸的模板结合大规模集成电路技术、建立了一种用功能模块来进行控制系统设计的方法，使任何一种模板都可装于一块母板上，并在其任一插槽上工作。 1989 年， Iiatech 公司引入了一个新的工业总线标准 STD32 ，使得 8 位 STD 产品可与 16 位、 32 位 STD 产品一起工作，并使 STD 总线进入 32 位总线领域，广泛用于工业控制的各个方面，通常包括：自动化、机械设备控制、过程控制、工厂控制检测与测试、数据采集与数学计算。
　　其主要性能特点是：采用小板结构，抗干扰、抗振动、抗断裂能力强；兼容性强，该总线支持 hte1 、 Motoro1a 、 Zl1o9 、 NSC 等多家公司的微处理器；采用了开放式结构，使用户可根据自己的需要利用模板构筑自己的控制系统，易于扩充和维护；利于产品的更新换代，目前已有 CMOS STD 总线产品， Pro 一 Log 公司已推出在该总线上运行的 80486 单板机（即 7874  486 STD 总线卡）；具有很高的可靠性，产品的平均无故障间隔（ MTBF ）有的已达 60 年；可用于分散型控制系统中，进入工业网络。
4.VME 总线
　　VME 是广泛使用的 16 位／ 32 位底板、多处理器的 32 位总线，其结构构思来源于 Motorola 公司为 M68000 微处器开发，于 1979 年发布的 VERSABUS ，后经修改并更命为 VMEbus 。 1982 年 IEC 建议将 VMEbus 作为国际标准并称它为 IEC821 总线， 1983 年 IEEE 微处理器标准委员会采纳了 VMEbus 总线， 1987 年成为 IEEE 1014 标准， 1991 年制定的 VME 64 新标准，不仅使基于原标准的产品向上兼容，并且为向 Futurebus 过渡奠定了基础，为广大 WME 用户提供了良好的投资保护。该总线既适用于简单系统，也适用于复杂系统。
　　其主要性能特点是：支持 8 位、 16 位和 32 位的数据传输，传输方式为异步，最大传输速率为 57MBPS ；采用三种总线仲裁方式，解决各主模板竟占总线问题。它们分别是单级方式 SGL 、固定优先级方式 PRI 和分时循环方式 RRS ；有 7 条中断信号线、，使用特定板上中断处理器处理中断的方式，既可集中到主板上处理，又可分配到整个系统；地址线和数据线分离；没有校验信号线，需采取措施以提高其传输信息的可靠性；有 6 位指定数据传输周期的地址修改码信号线，详细地规定了访问方式；允许 8 位、 16 位和 32 位 CPU 同时在总线上工作；地址通道宽度可以是 8 位、 16 位、 24 位或 32 位，并可同任意宽度的 CPU 相接。
5.ISA 总线
　　也称 PC 总线，即 IEEE P996 标准，是 IBM PC/XT 个人计算机采用的微机总线。针对 Intel 8088 微处理器设计的，有 62 条信号线，为 XT 总线；针对 Intel 80286 等高性能 16 位微处理器，在 XT 总线基础上增加了一个 36 个引脚和 AT 扩展插座而形成 AT 总线，这种结构也称 IBM 公司的 ISA 结构，即工业标准结构。
6.PC/104 和 PC/104 Plus
　　PC/104 ，即 P996.1 标准，是 IEEE P996 （ ISA 总线）的简化版。 PC/104 是工业界公认的嵌入式 PC 标准。 PC/104 和 ISA 总线之间的重要差异是： PC/104 的模板仅为数大小 3.550 × 3.775 英寸（ 90 × 96mm ），；通过堆砌（ self-stacking ）式总线，不再需要基板（ backplanes ）和机笼（ card cages ），堆砌的空间为 0.6 英寸（ 15mm ）；减少模板的个数、降低模板的功耗（每个模板约 1-2 W ）和对总线的驱动力的要求（大多数信号为 4mA ， PC/104 plus 为 3 mA ）。 PC/104 模板具有尺寸小、坚固、组件式、高可靠性、可扩充等特点。
　　 随着在基于 PC/104 的嵌入 PC 中采用 Inter Pentium ， PC/104 已不能充分发挥 CPU 的处理能力，因此定义 PC/104 plus 。 PC/104 plus 为在嵌入应用中使用高速度 PCI 总线提供了标准，可为用户提供高速数据传送通道（最大为 132 Mbytes/ 秒，是 PC/104 的 26 倍）。 PC/104 plus 保留了 PC/104 的结构特点，增加了高速的 PCI 总线的特性，并与 PC/104 保持兼容，标准的 PCI/104 模板可安装在 PC/104 plus 上。
7.CPCI （ Compact PCI ）
　　CPCI 是由 PCIMG （ PCI Industrial Comptuer Manufacturers Group ）提出的公开标准，是工控机的新标准。它对 PCI 进行了适当的调整后，可用于工业控制和嵌入式应用。
CPCI 模板的尺寸为一和双倍欧洲标准（ 3U — 100x160 和 6U — 233x160 毫米），并提供标准的前面板接口 。

10.6 分散控制系统

分散控制系统也称集散控制系统，是以微处理器为基础的集中分散控制系统，其主要特征是集中管理和分散控制，与采用直接数字控制或监督计算机控制相比，可将因计算机故障造成的危险分散，使危险减小到最小的程度。
　　分散控制系统的诞生是以 1975 年 Honeywell 公司推出的 TDC-2000 系统为标志的。经过 20 年的发展，分散控制系统技术上已日臻完善，非常成熟，但其重要的体系结构特征变化不大，仍然保持着“点与线”的结构，即操作管理站、现场控制站和通信网络，以实现分散控制与集中管理和操作的功能。
　　操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成，实现控制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等；现场控制站则具体实现各种现场物理信号（各种模拟量、开关量等）的周期采集和转换处理、各种控制回路的运算（包括调节回路和逻辑运算等）、控制运算结果的直接输出等；系统的网络负责各种功能站之间的数据通信和联络。
　　分散控制系统具有控制功能多样、操作简便、系统便于扩展、维护方便、可靠性高、便于与其它计算机联用等特点，所以尽管其价格比其它控制产品要贵一些，系统的开放性远比其它产品差，但由于其可靠性和安全性及性能等方面的优点，还是获得了最广泛的应用。发展到今天，分散控制系统已将开放性作为一个必要的指标。虽然各生产厂家的产品不能直接相连，但由于采用了国际标准化的网络和通用的数据库以及其它技术，相连不再是件难事。另外，早期的分散控制系统一般尽量采用成熟的计算机技术，最多的是为用户提供一个控制系统平台，用户通过组态实现过程控制功能。而今的分散控制系统厂商为提高系统的计算性能和竞争实力，争相采用最先进的计算机技术，几乎都增加了综合管理功能，以实现全厂综合自动化为目标。
　　图 10 — 8 为 Honeywell 公的 TDC — 3000 系统结构框图，由图可知整个系统分为三级。最高级为工厂信息网，构成了整个工厂的信息管理系统（ MIS — Manage Information System ） , 并通过工厂信息网接口与 TDC — 3000 系统的主干网——局域控制网（ LCN — Local Control Network ）相连；第二级为局域控制网，通过高速通道（ Hiway ）接口可与数据高速通道（ Data Hiway ）相连或通过网络接口与通用控制网（ UCN — Universal Control Network ）相连或通过可编程控制器接口下接可编程控制器；最下层可为与数据高速通道或通用控制网相连的现场管理和控制设备及可编程控制器等。

图 10 — 8 TDC — 3000 系统结构框图

10.6.1 分散控制系统的特点

1. 分级递阶控制
　　分散控制系统是分级递阶控制系统。它在垂直方向或水平方向都是分级的；最简单的分散控制系统至少在垂直方向分为二级，即操作管理级和过程控制级。在水平方向上各个过程控制级之间是相互协调的分级，它们把数据向上送达操作管理级，同时接收操作管理级的指令，各个水平分级间相互也进行数据的交换，这样的系统是分级的递阶系统。集散控制系统的规模越大，系统的垂直和水平分级的范围也越广。分级递阶系统的优点是各个分级具有各自的分工范围，相互之间有协调，通常这种协调是通过上人分级来完成的。
2. 分散控制
　　分散控制是分散控制系统的另一特点，分散是针对集中而言的。在计算机控制系统的应用初期，控制系统是集中式的，即直接数字控制 DDC 。分散的含义包括了：人员地域的分散；设备、控制、操作的分散、数据库分散及危险分散等。分散的目的是为了提高设备的利用率和使危险分散，使危险减小到最小的程度。
3. 自治和协调性
　　分散控制系统的各组成部分是各自为政的自治系统，各自完成各自的功能，相互间又有联系，数据信息相互交换，各种条件相互制约，在系统的协调下工作。
　　分散控制系统一个部分的故障也会对其他部分有影响，例如，操作管理站的故障将使操作人员无法知道过程的运行情况；通信系统的故障会使数据传送出错；现场控制站的故障使系统无法正常工作。应该指出，不同部件的故障对整个系统影响的大小是不同的，为此，在分散控制系统的选型和系统配置时应考虑重要的部位设置较高可靠性的部件或有必要的冗余措施等。
　　分散的基础是被分散的系统应是自治的系统。递阶分级的基础是被分级的系统是相互协调的系统。分散中又有集中，集中的数据管理、集中的控制目标、集中的显示屏幕、集中的通信管理等等。

10.6.2   分散控制系统的结构分类

　　分散控制系统由三大部分组成。根据现场控制站、操作管理站和通信系统的不同结构，分散控制系统大致可分为下列几类：
1. 产品结构类型
1) 模件化现场控制站 + 与 MAP 兼容的局域网 + 信息综合管理系统
　　这是一类最新结构的分散控制系统。作为大系统，通过局域网可在很广的地域内应用。通过现场总线，系统可与现场智能仪表通信和操作。这是一类开放的系统互连的具有互操作性的系统，将成为分散控制系统的主流结构，是第三代集分散控制系统的典型结构，即现场总线控制系统 (FCS — Fieldbus Control System) 。
2) 现场控制站 + 局域网 + 信息管理系统
　　由于采用局域网技术，使通信性能提高，联网能力增强。这是第二代分散控制系统的典型结构。
3) 现场控制站 + 高速数据通道 + 操作站 + 上位机
　　这是第一代分散控制系统的典型结构。经过对操作站、现场控制站、通信系统性能的改进和扩展，系统的性能已有较大提高。
4) 可编程逻辑控制器 PLC + 通信系统 + 操作管理站
　　这是一种在制造业广泛应用的分散控制系统的结构。尤其适用于有大量顺序控制的工业生产过程。分散控制系统制造商为适应顺序控制实时性强的特点，现已有不少产品可以下挂各种型号的可编程逻辑控制器，组成可编程逻辑控制器 + 分散控制系统的形式，应用于有实时要求的顺序控制和较多回路的连续控制的场合。
5) 单回路控制器 + 通信系统 + 操作管理站
　　这是一种适用于中、小企业的小型分散控制系统结构。它用单回路控制器（或双回路、四回路控制器）作为盘装仪表。信息的监视操作由操作管理站或仪表面板实施，有较大灵活性和较高性价比。
2. 实际应用中的结构类型
　　在实际应用中，采用微处理器、工业级微机组成分散控制系统的结构可分为：
1) 工业级微机 + 通信系统 + 操作管理机
　　工业级微机用作为多功能多回路的现场控制站。相应的软件也已有软件厂商开发。
2) 单回路控制器 + 通信系统 + 工业级微机
　　工业级微机作为操作管理站使用。它的通用性较强。软件可自行开发，相应的管理、操作软件也有产品可购买。
3) 可编程逻辑控制器 + 通信系统 + 工业级微机
　　与 2) 相类似，适用于顺序控制为主的场合。
4) 工业级微机 + 通信系统 + 工业级微机
　　工业级微机各有不同的功能；前者作为现场控制站，后者作为操作管理站。机型、性能等也可有所不同。
5) 智能前端 + 通信系统 + 工业级微机。
　　这是一种简易而较通用的小型分散控制系统结构。

10.7 现场总线控制系统

　　计算机网络与控制系统相结合产生了现场总线控制系统。目前的分散控制系统也称为传统的分散控制系统，因分散控制系统的检测、变送和执行等现场仪表仍采用模拟信号连接，无法满足上位机系统对现场仪表的信息要求，阻碍了上位机系统功能的发挥。从 80 年代起，出现了智能化的现场仪表。这些智能化的现场仪表的功能远远超过模拟现场仪表，可对量程和零点进行远程设定，具有仪表工作状态自诊断功能，能进行多参数测量和对环境影响的自动补偿等。智能化现场仪表的出现，因而产生了要求与上位机系统实现数字通信的要求，即要求建立一个标准的现场仪表与上位机系统的数字通信链路，这条通信链路就是现场总线。现场总线是一种连接现场设备和控制室设备的全数字、双向、多点、开放式的通信系统，它使现场控制和管理的集成成为可能。现场总线是对分散控制系统的拓展，突破了分散控制系统相对封闭的限制。分散控制系统并不是完全意义上的分散控制系统， I/O 和控制站都集中在中央控制室，现场仪表通过一对一的 4 ～ 20mA 电流信号与上位机传递信息，而且各厂家的协议标准不统一，导致不同分散控制系统系统之间不能互操作。现场总线将测控任务分散到现场设备中，上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制功能。现场总线是工厂底层信息与数据传递的主体，在整个工厂的信息网络中，现场总线处于重要的基础地位。
　　现场总线控制系统是分散控制系统向全数字化系统发展的结果，是向下开放的产物。现场总线是一种连接用于连接例如传感器、执行器和控制器等的仪器和控制设备的全数字、串行、双向、多点、开放式的通信系统。在分级的工业网络的设备层，作用如同过程控制和制造业自动化控制的局域网，并可以内置方式将控制分布在整个局域网。它使现场控制和管理的集成成为可能。它为系统的互操作性提供了基础，是系统开放的一个重要的方面。计算机与通信技术相结合产生了计算机网络；计算机网络与控制系统相结合产生了现场总线控制系统。
　　采用现场总线控制系统取代分散控制系统具有很大的经济效益：如可节约大量的通信电缆；控制功能下放到现场，使控制信号传输的准确性、实时性、快速性和可靠性大为提高；省去 I ／ O 端子柜和控制柜后，使控制室占地面积大大减少并使系统简化，带来了系统设计、安装、调试和维护费用的降低及工作量的大大减少；由于机组控制室 ( 指 2 台机组共用 1 个控制室 ) 只有 2 根同轴电缆或光缆和几根紧急停机开关的电缆进入，大大有利于控制室的防火和火电厂的安全运行。
　　目前，尽管存在着多种现场总线模式，但最开放、功能最完备和最有应用前景的现场总线当属基础现场总线 (FF — Foundation Fieldbus) .

10.7.1   现场总线控制系统的特点

　　较之传统的分散控制系统，现场总线控制系统有以下一些突出的优点：
1. 总线式结构
　　一对传输线（总线）挂接多台现场设备，双向传输多个数字信号。这种结构比一对一的单向模拟信号传送结构布线简单，安装费用低，维护简便。
2. 开放互操作性
　　现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网络，对用户是透明的。在传统的分散控制系统中，不同厂家的设备是不能互相访问的。而现场总线控制系统采用统一标准后，不同厂家的网络产品可以方便地接入同一网络，集成在同一控制系统中进行互操作，因此简化了系统集成。
3. 彻底的分散控制
　　现场总线控制系统将控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中，做到彻底的分散控制，提高了系统的灵活性、自治性和安全可靠性，减轻了操作控制站 CPU 的计算负担。
4. 可靠性高
　　现场总线控制系统采用数字信号传输数据，提高了数据的精度和抗干扰性。将控制功能放到现场设备中，使危险分散，系统的可靠性提高。
5. 信息综合、组态灵活
　　通过数字化传输现场数据，现场总线控制系统能获取现场仪表的各种状态、诊断信息，实现实时的系统监控和管理。此外，现场总线控制系统引入了功能块的概念，通过统一的组态方法，使系统组态简单灵活，不同现场设备中的功能块可以构成完整的控制回路。

10.7.2   现场总线控制网络模型