1.LINUX系统介绍
2.什么是预见源码PAC,PLC,DCS

LINUX系统介绍

       åµŒå…¥å¼Linux系统的设计与应用

       æ‘˜è¦ï¼šéšç€åµŒå…¥å¼Linux系统的迅速发展，嵌入式Linux已发展成为嵌入式操作系统的一个重要分支。本文介绍了嵌入式Linux的设计和几种流行的嵌入式Linux系统。

       å…³é”®è¯ï¼šåµŒå…¥å¼Linux

       ä¸€ã€å¼•è¨€

       åµŒå…¥å¼ç³»ç»Ÿ(Embedded Systems)是根据应用的要求，将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中，从而实现软件与硬件一体化的计算机系统。嵌入式系统出现于年代晚期，它最初被用于控制机电电话交换机，如今已被广泛的应用于工业制造、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等众多领域。嵌入式系统在数量上远远超过了各种通用计算机系统：计算机系统核心CPU，每年在全球范围内的产量大概在二十亿颗左右，其中超过％应用于各类专用性很强的嵌入式系统。

       ä¸€èˆ¬çš„说，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。和通用的计算平台相比，嵌入式系统往往具有功能单一、体积小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、软硬件集成度高、计算能力相对较低等特点。多年来，嵌入式设备中没有操作系统，其主要原因有二：首先，诸如洗衣机、微波炉、电冰箱这样的设备仅仅需要一道简单的控制程序，以管理数量有限的按钮和指示灯，没有使用操作系统的必要；其次，它往往只具有有限的硬件资源，不足以支持一个操作系统。

       ç„¶è€Œï¼Œéšç€ç¡¬ä»¶çš„发展，嵌入式系统变得越来越复杂，最初的控制程序中逐步的加入了许多功能，而这些功能中有很多可以由操作系统提供。于是，在年代末期出现了嵌入式操作系统(Embedded Operating Systems)，它的出现大大简化了应用程序设计，并可以有效的保障软件质量和缩短开发周期。简单的ES一般并不使用操作系统，只包含一些控制流程，但是随着嵌入式操作系统在复杂性上的增长，简单的流程控制就不能满足系统的要求，这是就必须考虑使用操作系统做系统软件。因此，嵌入式操作系统就应运而生。

       éšç€EOS的广泛应用，业界已推出一些应用比较成功的EOS产品。归纳起来EOS应该具有以下几个特点：小巧、实时性、可装卸、固化代码、弱交互性、强稳定性和统一的接口。目前使用最多的EOS产品包括有：Vxwork、QNX、PalmOS、WindowsCE、pSOS、Hopen OS(国内凯思集团公司自主研制开发)等。其中，Vxwork使用最为广泛、市场占有率最高，其突出特点是实时性强(采用优先级抢占和轮转调度等机制)，除此之外，其可靠性和可剪裁性也相当不错。QNX是一种伸缩性极佳的系统，其核心加上实时POSIX环境和一个完整的窗口系统还不到一兆。相比之下，Microsoft WinCE的核心体积庞大，实时性能也差强人意，但由于Windows系列友好的用户界面和为程序员所熟悉的API，并捆绑IE、Office等应用程序，正逐渐获得更大的市场份额。而与这些商业化的操作系统相比，Linux已经越来越受到人们的注意。

       äºŒã€åµŒå…¥å¼Linux概述

       Linux是一个成熟而稳定的网络操作系统。将Linux植入嵌入式设备具有众多的优点。首先，Linux的源代码是开放的，任何人都可以获取并修改，用之开发自己的产品。其次，Lirmx是可以定制的，其系统内核最小只有约kB。一个带有中文系统和图形用户界面的核心程序也可以做到不足1MB，并且同样稳定。另外，它和多数Unix系统兼容，应用程序的开发和移植相当容易。同时，由于具有良好的可移植性，人们已成功使Linux运行于数百种硬件平台之上。

       ç„¶è€Œï¼ŒLinux并非专门为实时性应用而设计，因此如果想在对实时性要求较高的嵌入式系统中运行Linux，就必须为之添加实时软件模块。这些模块运行的内核空间正是操作系统实现进程调度、中断处理和程序执行的部分，因此错误的代码可能会破坏操作系统，进而影响整个系统的可靠性和稳定性。Linux的众多优点还是使它在嵌入式领域获得了广泛的应用，并出现了数量可观的嵌入式Linux系统。其中有代表性的包括：uClinux、ETLinux、ThinLinux、LOAF等。ETLinux通常用于在小型工业计算机，尤其是PC／模块。ThinLinux面向专用的照相机服务器、X-控制器、MP3播放器和其它类似的嵌入式应用。LOAF是Linux On A Floppy的缩略语，它运行在平台上。

       ä¸‰ã€Linux作为嵌入式操作系统的优势

       Linux作为嵌入式操作系统的优势主要有以下几点：

       1、 可应用于多种硬件平台。Linux已经被移植到多种硬件平台，这对于经费，时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。Linux采用一个统一的框架对硬件进行管理，从一个硬件平台到另一个硬件平台的改动与上层应用无关。Linux可以随意地配置，不需要任何的许可证或商家的合作关系，源代码可以免费得到。这使得采用Linux作为操作系统不会遇到任何关于版权的纠纷。毫无疑问，这会节省大量的开发费用。本身内置网络支持，而目前嵌入式系统对网络支持要求越来越高。Linux的高度模块化使添加部件非常容易。

       2、 Linux是一个和Unix相似、以内核为基础的、具有完全的内存访问控制，支持大量硬件(包括X，Alpha、ARM和Motorola等现有的大部分芯片)等特性的一种通用操作系统。其程序源码全部公开，任何人可以修改并在GUN通用公共许可证(GNU General Public License)下发行。这样，开发人员可以对操作系统进行定制，适应其特殊需要。

       3、 Linux带有Unix用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的Unix系统的应用软件都已移植到了Linux上。Linux还提供了强大的网络功能，有多种可选择窗口管理器(X Windows)。其强大的语言编译器GCC，C++等也可以很容易得到，不但成熟完善，而且使用方便。

       å››ã€åµŒå…¥å¼Linux的建立

       å®Œæ•´çš„嵌入式Linux解决方案应包括嵌入式Linux操作系统内核、运行环境、图形化界面和应用软件等。由于嵌入式设备的特殊要求，嵌入式Linux解决方案中的内核、环境、GUI等都与标准Linux有很大不同，其主要挑战是如何在狭小的FLASH、ROM和内存中实现高质量的任务实时调度、图形化显示、网络通信等功能。

       1、 精简内核

       Linux内核有自己的结构体系，其中进程管理、内存管理和文件系统是其最基本的3个子系统。图1简单表示了它的框架。用户进程可直接通过系统调用或者函数库来访问内核资源。正因为Linux内核具有这样的结构，因此修改内核时必须注意各个子系统之间的协调。

       åµŒå…¥å¼Linux内核一般由标准Linux内核裁剪而来。用户可根据需求配置系统，剔除不需的服务功能、文件系统和设备驱动。经过裁剪、压缩后的系统内核一般只有k左右，十分适合嵌入式设备。同标准Linux不同的是嵌入式Linux必须要实现从FLASH或ROM的启动。标准Linux启动代码实现了系统初始化和从软盘、硬盘O盘区引导内核。嵌入式Linux一般保存在FLASH或ROM中，标准LILO无法引导。在支持直接从FLASH设备引导的系统中，如华恒公司的uClinux，引导程序主要完成对硬件系统的初始化工作和操作系统的解压、移位工作。在不支持直接从FLASH引导的系统中，FLASH设备只能作为非引导磁盘使用。此时，可采用先从硬盘或软盘加载一个小操作系统，如嵌入式DOS，然后再执行"Loadlin"加载程序从FLASH引导嵌入式Linux。

       å¯¹æ ‡å‡†Linux的修改主要是虚拟内存和调度程序部分的改动。因为标准Linux系统使用虚拟内存管理的目的是为了能同时运行多个进程，但是这样每个待运行的进程所能分配的CPU时间片就受限制，资源的使用效率就低。这样对于实时性要求较高的嵌入式系统来说，实时任务往往要求CPU具有很高的突发处理能力，即在有些时候需要极高的处理效率，因此需要屏蔽内核的虚拟内存管理机制。对于无硬盘设备的嵌入式系统，不必采用虚存管理。强实时需求的嵌入式应用可以通过修改任务调度模块实现，主要是在内核和设备驱动程序中加入了许多切换点。在该点处，系统检测是否存在未处理的紧急中断，有则剥夺内核的运行，及时处理中断。实现实时性服务的一个较好的方法是在标准的Linux内核上增加一个实时内核，标准Linux内核作为一个任务运行于实时内核上，强实时性任务也直接运行在实时内核上，如RT-Linux等。

       æ–‡ä»¶ç³»ç»Ÿæ˜¯åµŒå…¥å¼Linux操作系统必不可少的。但标准Linux支持大量的文件系统，因此除了满足系统的正常运行需要而保留一种外，其它的全部可以删除，利用原有的设置选项可以移除。一般嵌入式设备文件系统主要使用RamDisk技术和网络文件系统技术。RamDisk可驻留于Flash，运行时加载到内存中。

       2、 精简运行环境

       Linux通常的运行环境指用户运行任何应用的基础设施，主要包括函数库和基本命令集等。标准Linux系统同时向用户提供了静态和动态函数库。静态函数库在生成应用时直接链接到用户应用中。动态库在应用运行时才链接。由于嵌入式系统应用一般都是在开发平台上预先生成的，因此嵌入式系统只需向应用提供动态函数库。Linux应用运行所需的函数库主要有C库、数学库、线程库、加密库、网络通信库等。其中最基本的是C语言的运行库glib。这个库主要完成基本的输入输出，内存访问，文件处理。一个标准的glib库大约要kB存储空间，考虑到嵌入式Linux内核往往很小，这种运行库实在太大，我们做了一些精简的工作，方法有两种：(1)、使用静态连接的方法，完全不使用运行库动态连接；(2)、对这个库的函数进行精简。

       åœ¨ä¸€ä¸ªæ¡Œé¢ç³»ç»Ÿä¸Šï¼Œä½¿ç”¨åŠ¨æ€è¿žæŽ¥å¯ä»¥å¸¦æ¥è®¸å¤šå¥½å¤„。使用动态连接库，可以让应用程序跟函数库的更新、升级分离，便于维护，可以让同时运行的多个程序共享一段代码。但是，在嵌入式系统中，很少有多个程序并行的可能，程序的维护，尤其是库函数的维护更新是不常见的。这时，使用静态连接的优势就极为明显。因为静态连接可以只将库中用到的部分连接进程序。在应用程序较少(小于5)的情况下，静态连接可以达到较好的结果。为了便于将来扩充的需要，我们也采用第二种方法，针对我们的需要，对库函数的内容进行精简，只保留一些基本功能，还有一种方法是采用其它的C语言运行库。但是这些库对兼容性影响很大。

       åŸºæœ¬å‘½ä»¤é›†åŒæ ·æ˜¯è¿è¡Œç”¨æˆ·åº”用的基础，主要包括初始化进程init，终端获取getty、Shell和基本命令等。嵌入式系统的启动过程可能与标准Linux不同，例如跳过登录过程直接启动GUI等。这就要求修改init，getty等。标准Linux命令集同样由于体积问题无法直接应用于嵌入式环境。目前，小命令集的解决方法主要有集成方法和汇编方法两种。集成方法采用集成公共部分减少命令集整体体积，用C实现，有较好的平台移植性；汇编方法则采用汇编编程减少每个命令的体积．这样可使体积很小但其平台移植性较差。

       3、 嵌入式Linux下的GUI

       GUI在嵌入式系统或者实时系统中的地位越来越重要，比如PDA、DVD播放机、WAP手机等，都需要一个完整．漂亮的图形用户界面。这些系统对GUI的基本要求包括：(1)、轻型、占用资源少；(2)、高性能；(3)、高可靠性；(4)、可配置。这些也成为评价嵌入式系统的重要指标。目前，嵌入式Linux上的GUI主要有winCE、Micro Window、紧缩的X Window、MiniGUI(国内做得较好的自由软件之一)。标准Linux的Xfree由于体积庞大，运行环境要求高，无法运行于嵌入式环境。嵌入式GUI主要通过削减功能，降低性能来实现体积小和占用资源少。目前嵌入式Linux上的GUI环境主要有两类：X类和win类。Xç±»GUI分为服务方和客户方两方。服务器方提供鼠标、键盘处理和显示功能，客户方是用户应用，服务方和客户方通过socket接口和X协议通信。采用该方式十分有利于远程网络图形化服务，客户方和服务方可通过网络实现X协议和图形显示。典型的Xç±»GUI有Micro Window、紧缩的X Window等。win类的GUI不存在客户方和服务方，每个任务都自成一体，任何任务间的切换、事件分发由专门的管理任务负责。如wiCE、MiniGUI就是类似于win类的GUI。

       äº”、当前流行的几种嵌入式Linux系统

       é™¤äº†æ™ºèƒ½æ•°å­—终端领域以外，Linux在移动计算平台、智能工业控制、金融业终端系统，甚至军事领域都有着广泛的应用前景。这些Linux被统称为"嵌入式Linux"。

       1、RT-Linux

       è¿™æ˜¯ç”±ç¾Žå›½å¢¨è¥¿å“¥ç†å·¥å­¦é™¢å¼€å‘的嵌入式Linux操作系统。到目前为止，RT-Linux已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等广泛领域。RT-Linux开发者并没有针对实时操作系统的特性而重写Linux的内核，因为这样做的工作量非常大，而且要保证兼容性也非常困难。为此，RT-Linux提出了精巧的内核，并把标准的Linux核心作为实时核心的一个进程，同用户的实时进程一起调度。这样对Linux内核的改动非常小，并且充分利用了Linux下现有的丰富的软件资源。

       2、uClinux

       uCLinux是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(Memory Management Unit) 的嵌入式系统而设计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU，其多任务的实现需要一定技巧。uCLinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，是micro-Conrol-Linux的缩写。它秉承了标准Linux的优良特性，经过各方面的小型化改造，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式Linux。虽然它的体积很小，却仍然保留了Linux的大多数的优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作，目前已支持多款CPU。其编译后目标文件可控制在几百KB数量级，并已经被成功地移植到很多平台上。

       3、Embedix

       Embedix是由嵌入式Linux行业主要厂商之一Luneo推出的，是根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。Embedix提供了超过种的Linux系统服务，包括Web服务器等。系统需要最小8MB内存，3MB ROM或快速闪存。Embedix基于Linux 2.2内核，并已经成功地移植到了Intel x和PowerPC处理器系列上。像其它的Linux版本一样，Embedix可以免费获得。Luneo还发布了另一个重要的软件产品，它可以让在Windows CE上运行的程序能够在Embedix上运行。Luneo还将计划推出Embedix的开发调试工具包、基于图形界面的浏览器等。可以说，Embedix是一种完整的嵌入式Linux解决方案。

       4、Xlinux

       XLinux是由美国网虎公司推出，主要开发者是陈盈豪。他在加盟网虎几个月后便开发出了基于XLinux的、号称是世界上最小的嵌入式Linux系统，内核只有KB，而且还在不断减小。XLinux核心采用了"超字元集"专利技术，让Linux核心不仅可能与标准字符集相容，还含盖了1 2个国家和地区的字符集。因此，XLinux在推广Linux的国际应用方面有独特的优势。

       5、PoketLinux

       ç”±Agenda公司采用、作为其新产品"VR3PDA"的嵌入式Linux操作系统。它可以提供跨操作系统构造统一的、标准化的和开放的信息通信基础结构，在此结构上实现端到端方案的完整平台。PoketLinux资源框架开放，使普通的软件结构可以为所有用户提供一致的服务。PoketLinux平台使用户的视线从设备、平台和网络上移开，由此引发了信息技术新时代的产生。在PoketLinux中，称之为用户化信息交换(CIE)，也就是提供和访问为每个用户需求而定制的"主题"信息的能力，而不管正在使用的设备是什么。

       6、MidoriLinux

       ç”±Transmeta公司推出的MidoriLinux操作系统代码开放，在GUN普通公共许可(GPL)下发布，可以在上立即获得。该公司有个名为"MidoriLinux计划"。"MidoriLinux"这个名字来源于日本的"绿色"---Midori，用来反映其Linux操作系统的环保外观。

       7、红旗嵌入式Linux

       ç”±åŒ—京中科院红旗软件公司推出的嵌入式Linux是国内做得较好的一款嵌入式操作系统。目前，中科院计算所自行开发的开放源码的嵌入式操作系统---Easy Embedded OS(EEOS)也已经开始进入实用阶段了。该款嵌入式操作系统重点支持p-Java。系统目标一方面是小型化，另一方面能重用Linux的驱动和其它模块。由于有中科院计算所的强大科研力量做后盾，EEOS有望发展成为功能完善、稳定、可靠的国产嵌入式操作系统平台。

       å…­ã€ç»“束语

       ç”±äºŽLinux是一个内核源代码开放、具备一整套工具链、有强大的网络支持及成本低廉的操作系统，因此嵌入式Linux自诞生起就秉承了这众多独特优势，这使它正在并越来越多地受到人们的关注。据Even Data数据显示，期望使用嵌入式Linux的用户从年的％增到年％，而同期Vxwork只是从％到％，Win CE从9％到％。另外，在嵌入式Linux的各种应用市场中，通信(语音和数据)名列第一，年的销售额是万美元，而年预计将达到1.亿美元，可以预见，嵌入式Linux将在未来的通信用嵌入式操作系统中占据强有力的地位

       Linux是目前十分火爆的操作系统。它是由芬兰赫尔辛基大学的一个大学生Linus B. Torvolds在年首次编写的。标志性图标是一个可爱的小企鹅。

       Linux是一种类Unix系统，Linus当时编写它的目的是为了替代一种名叫Minix的操作系统。Minix是由一个名叫Andrew Tannebaum的计算机教授编写的，当时由于Unix是一个商业软件，其源代码是不能拿来进行教学的，Andrew教授就自己编写了一个系统用于教学。最

       åˆçš„Minix用一张软盘就能装下，麻雀虽小、五脏俱全，Minix具有一般操作系统的特征，它同时兼容Unix系统。

       Linux是一个免费的操作系统，用户可以免费获得其源代码，并能够随意修改。它是在共用许可证GPL(General Public License)保护下的自由软件，也有好几种版本，如Red Hat Linux、Slackware，以及国内的Xteam Linux等。

       Linux具有许多Unix系统的功能和特点，能够兼容Unix，但无需支付Unix高额的费用。比如一个Unix程序员在单位可以在Unix系统上进行工作，回到家里在Linux系统上也能完成同样的工作，而不必重新购买Unix。要知道Unix的价格比常见的Windows要高出若干倍，和Linux的低廉更是相距甚远。

       Linux的应用也十分广泛。Sony最新的PS2游戏机就采用了Linux作为系统软件，使PS2摇身一变，成为了一台Linux工作站。著名的电影《泰坦尼克号》的数字技术合成工作就是利用多台Linux服务器来完成的。

       å¹´8月日，Linux发布了最新的Linux 2.4.9版，它也已经十岁了。

       Linux的优点

       Linux的流行是因为它具有许多诱人之处。

       1、完全免费

       Linux是一款免费的操作系统，用户可以通过网络或其他途径免费获得，并可以任意修改其源代码。这是其他的操作系统所做不到的。正是由于这一点，来自全世界的无数程序员参与了Linux的修改、编写工作，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变。这让Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大。

       2、完全兼容POSIX 1.0标准

       è¿™ä½¿å¾—可以在Linux下通过相应的模拟器运行常见的DOS、Windows的程序。这为用户从Windows转到Linux奠定了基础。许多用户在考虑使用Linux时，就想到以前在Windows下常见的程序是否能正常运行，这一点就消除了他们的疑虑。

       3、多用户、多任务

       Linux支持多用户，各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利，保证了各用户之间互不影响。多任务则是现在电脑最主要的一个特点，Linux可以使多个程序同时并独立地运行。

       4、良好的界面

       Linux同时具有字符界面和图形界面。在字符界面用户可以通过键盘输入相应的指令来进行操作。它同时也提供了类似Windows图形界面的X-Windows系统，用户可以使用鼠标对其进行操作。在X-Windows环境中就和在Windows中相似，可以说是一个Linux版的Windows。

       5、丰富的网络功能

       äº’联网是在Unix的基础上繁荣起来的，Linux的网络功能当然不会逊色。它的网络功能和其内核紧密相连，在这方面Linux要优于其他操作系统。在Linux中，用户可以轻松实现网页浏览、文件传输、远程登陆等网络工作。并且可以作为服务器提供WWW、FTP、E-Mail等服务。

       6、可靠的安全、稳定性能

       Linux采取了许多安全技术措施，其中有对读、写进行权限控制、审计跟踪、核心授权等技术，这些都为安全提供了保障。Linux由于需要应用到网络服务器，这对稳定性也有比较高的要求，实际上Linux在这方面也十分出色。

       7、支持多种平台

       Linux可以运行在多种硬件平台上，如具有x、x0、SPARC、Alpha等处理器的平台。此外Linux还是一种嵌入式操作系统，可以运行在掌上电脑、机顶盒或游戏机上。年1月份发布的Linux 2.4版内核已经能够完全支持Intel 位芯片架构。同时Linux也支持多处理器技术。多个处理器同时工作，使系统性能大大提高。

       Linux的不足

       ç”±äºŽåœ¨çŽ°åœ¨çš„个人电脑操作系统行业中，微软的Windows系统仍然占有大部分的份额，绝大多数的软件公司都支持Windows。这使得Windows上的应用软件应有尽有，而其他的操作系统就要少一些。许多用户在换操作系统的时候都会考虑以前的软件能否继续使用，换了操作系统后是否会不方便。虽然Linux具有DOS、Windows模拟器，可以运行一些Windows程序，但Windows系统极其复杂，模拟器所模拟的运行环境不可能完全与真实的Windows环境一模一样，这就使得一些软件无法正常运行。

       è®¸å¤šç¡¬ä»¶è®¾å¤‡é¢å¯¹Linux的驱动程序也不足，不少硬件厂商是在推出Windows版本的驱动程序后才编写Linux版的。但一些大硬件厂商在这方面做得还不错，他们的Linux版驱动程序一般都推出得比较及时。

       è½¯ä»¶æ”¯æŒçš„不足是Linux最大的缺憾，但随着Linux的发展，越来越多的软件厂商会支持Linux，它应用的范围也越来越广。这只小企鹅的前景是十分光明的。

什么是PAC,PLC,DCS

       PAC

       PAC的概念是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的，在谈到创造这个新名词的指标意义时，他认为，查预“PLC在市场相当活跃，标源而且发展良好，码查具很强的预见源码深入理解java虚拟机 第二版 源码生命力。然而，指标PLC也正在许多方面不断改变，查预不断增加其魅力。标源自动化供应商正不断致力于PLC的码查开发，以迎合市场与用户需求。预见源码功能的指标增强促使新一代系统浮出水面。PAC基于开放的查预工业标准、具多领域功能、标源通用的码查开放平台以及高性能。ARC创造了这个词，以帮助用户定义应用需要，帮助制造商在谈到其产品时能更清晰。”

       PAC的概念定义为：控制引擎的集中，涵盖PLC用户的多种需要，以及制造业厂商对信息的需求。PAC包括PLC的主要功能和扩大的控制能力，以及PC-based控制中基于对象的、开放数据格式和网络连接等功能。

       PAC基本要求：

       ◆多域功能（逻辑、运动、驱动和过程）——这个概念支持多种I/O类型。逻辑、运动和其他功能的集成是不断增长的复杂控制方法的要求

       ◆单一的多学科开发平台——单一的开发环境必须能支持各种I/O和控制方案

       ◆用于设计贯穿多个机器或处理单元的应用程序的软件工具——这个软件工具必须能适应分布式操作

       ◆一组de facto网络和语言标准——这个技术必须利用高投入技术

       ◆开放式、模块化体系结构——设计和技术标准与规范必须是在实现中开放的、模块化的和可结合的

       PLC

        1、PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

       “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的理财农场源码输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

       PLC的特点

       2.1可靠性高，抗干扰能力强

       高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

       2.2配套齐全，功能完善，适用性强

       PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的共振副图源码增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

       2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎

       PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

       2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

       PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

       2.5体积小，重量轻，能耗低

       以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于mm，重量小于g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

       3. PLC的应用领域

       目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，pcl法线估计源码使用情况大致可归纳为如下几类。

       3.1开关量的逻辑控制

       这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

       3.2模拟量控制

       在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

       3.3运动控制

       PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

       3.4过程控制

       过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，彩票api管理源码PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

       3.5数据处理

       现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

       3.6通信及联网

       PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

       4. PLC的国内外状况

       世界上公认的第一台PLC是年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。世纪年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

       世纪年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。世纪年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

       世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

       我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

       5. PLC未来展望

       世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed

       Control

       System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

       DCS

       DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。

       即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

       首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。

       其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。

       系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。

       DCS自年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。

       作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。

       进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。