0.2 计算机控制系统中使用哪种计算机？

0.2.1 计算机控制系统中使用计算机的种类

计算机控制系统中经常使用的计算机主要有三种：IPC、PLC、MCU。

IPC称为工业控制计算机或工业PC机。（the Industrial Personal Computer或the Industrial PC）。在外观和使用方法上，它与我们平时办公和家庭用计算机—PC 机（Personal Computer）最相似，图0.8所示是IPC用于工业现场控制室的情况。

IPC是专门用于工业控制的PC机。为了适应工业现场的恶劣环境，满足工业控制的特殊需求，IPC在结构与性能上作了一些改进，例如，为了抗电磁干扰，常采用金属机箱；为了抗震动，采用小板结构；为了防粉尘，采用触摸键盘和触摸屏；为了能够方便地与检测器、执行器沟通，增加了一些特殊的接口等等。IPC通常比普通PC机价格要高许多。IPC与PC机性能对比，见表0.1。

PLC（the Programmable Logic Controller）的中文全称是可编程逻辑控制器，它是一种专门用于工业控制的计算机，在外观上和使用方法上与PC机完全不同。图0.9所示是两种PLC的外观。

MCU（the Micro Controller Unit）中文名称是微控制器，也称为单片机。它是一种可用于工业控制也可用于家用电器、办公设备、实验室测量等多领域的微型计算机芯片。图0.10所示是两种单片机芯片的外观，图0.11所示是用单片机制成的智能仪表和门禁读卡器。

0.2.2 IPC、PLC、MCU系统性能特点比较

1.MCU系统

以MCU（单片机）为核心的计算机控制系统的突出优点是结构小巧、价格低廉，因此广泛应用于智能仪器、仪表和小规模测控系统上。

MCU控制系统是芯片级系统，通常要围绕单片机进行检测电路、I/O接口电路、执行电路的设计，要使用汇编语言或C 语言编写控制程序，因此对设计人员的要求较高。此外单片机构成的控制产品常不具有通用性，只适合小型控制系统。目前单片机在工控领域应用最多的是各种基于单片机的智能仪表。

2.PLC系统

PLC是由继电器控制系统发展而来的。现已广泛应用于工业生产的各个领域，PLC在开始阶段主要应用于开关量为主的工控系统中。随着技术的发展，现在模拟量控制系统中的应用也相当成熟了。

与MCU相比，PLC是模块级系统，已将输入输出接口电路做在PLC模块里，因此不需要做接口电路设计。PLC系统通常只进行检测器、执行器的选型设计和简单电路连接设计，硬件设计的工作量和时间大大减少了。

在软件设计方面，PLC采用梯形图等多种编程语言，比汇编语言和C语言简单易学，开发周期大大缩短。

在可靠性方面，PLC系统由于是专为工控设计的，可靠性较MCU和IPC都高。

在体积和成本上，PLC介于MCU和IPC之间。

3.IPC系统

以IPC为核心的计算机控制系统，最大的优点是可充分利用PC机提供的各种软件和硬件资源。软件资源包括大家熟悉的Windows等操作系统、各种数据库程序、各种文本处理程序等。硬件资源包括通用键盘、显示器等输入输出设备。对照MCU和PLC系统，它们都需要单独设计专门的键盘、显示电路，编写相应驱动程序，且数据显示效果远不如IPC。由于可以方便地利用IPC进行现画面显示和打印，IPC比MCU和PLC具有更好的工业现场数据显示和管理能力。因此用IPC构成的计算机控制系统也常被称为计算机监控系统（the Computer Monitor and Control System）。

IPC是由PC发展而来的，早期应用中，设计人员需要设计制作针对本应用的I/O接口电路，将其插入PC机的扩展槽中，再利用C等通用程序设计语言进行软件开发。

现在的IPC监控系统在硬件设计上与PLC相似，只需进行选型设计和简单的电路连接设计，一般不需要单独进行具体电路设计与制作了。市场上有大量专业生产厂家提供的接口设备供选择。

现在的IPC系统在软件设计上也很少使用VB、VC这样的编程语言编写控制程序了。越来越多的工程师使用工控组态软件完成自动化工程设计。组态软件实际上是个工具软件，使用就像Word、Photoshop一样简单，开发周期和PLC一样很短。

目前尽管IPC的可靠性相对PC机有了很大进步，但与PLC相比，其可靠性和速度仍然有差距，因此常将PLC和IPC结合应用：用PLC直接控制被控设备，完成控制功能；用IPC进行生产管理和监视，这是目前工控领域经常采用的形式。MCU、PLC、IPC的特性对比如表0.2所示。

本教材主要针对IPC系统的设计与调试方法进行阐述。