其它控制方式：从PLC到C8051F020单片机

其它用于控制的技术还有单片机、嵌入式PC、NC。也是向PLC挑战的对象。

1.单片机

单片机指集成有CPU、I/O接口及内存的芯片。尽管仅是一个芯片，但基本上是一台计算机。单片机有4位的，8位的，16位的。大的也有32位的。单片机功能很强，位多的功能更强。使用单片机，加上必要I/O设备及通信接口，就可以利用信息处理的办法，实施对系统控制、数据采集及联网通信。

单片机价格低廉，功能强大，获得广泛的应用。单片机系统可有针对性地开发，很适用于较大批量生产的产品。故在智能家电产品中，单片机用的很多。一台洗衣机，配置了单片机控制系统，就可按程序工作，实现自动化、智能化。工业设备配备单片机实现自动化的例子更多。

PLC实施控制，其基本原理也与单片机相同。有的PLC的CPU，如东芝小型PLCEX40，其CPU芯片用的就是单片机8031（不带内存），自身再配上内存，并开发相应的监控程序（即操作系统），就成了它的PLC了。只是，在它成为产品之前，要作很多测试，同时，还作了很多加强安全的可靠性设计。

为此，有的电梯厂原来用PLC替代继电器控制。而如今还有想用单片机替代PLC进行控制。用单片机控制比PLC价格要低得多。还有各住宅小区的恒压供水控制，不少使用PLC，但也不少用单片机。关键还在单片机价格低，使用起来也较灵活。

但是，单片机的可靠性还是差些，系统的构建也比较麻烦。不如使用PLC可靠、方便。特别是对最终用户而言，这正如，自己装收音机当然也能用，但怎么说，质量是不如专业厂家生产的收音机，而且，也很费事。除了出自学习的目的，谁还会那么做？所以，不是大批量的应用，很少再用单片机了。

用单片机的另一问题是维护困难。很多电梯厂用单片机控制，由于人员变化，售后服务就很吃力。有的已深感还是用PLC方便。

当然，单片机也在进步，特别在编程上，有的现也可使用高级语言，单片机用的C语言，编程。这比原先用汇编语言要好的多。

在硬件上，单片机也在进步。现也能够将功能复杂的众多外围功能部件，全部或大部分集成到系统所使用的单片机内部，以提高工作可靠性。同时又可使系统的成本得以降低。美国Cygnal公司的C8051F020单片机便是这样的单片机。

C8051F020单片机具有与MCS51内核及指令完全兼容的微控制器。除了具有标准8051机的数字外设部件外，片内还集成了数据采集与控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。具体包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列、定时器、I/O端口、电源监视器、看门狗定时器和时钟振荡器等，且该单片机内部具有JTAG和调试电路，通过JTAG接口可以使用安装在最终应用系统产品上的单片机进行非侵入、全速及在系统调试。

单片机这些高度集成的进步，在PLC的系统也是有所体现的。如今PLCCPU单元的核心芯片也是高度集成的。所以，单片机的进步，既是对PLC的挑战，也给PLC提供了技术提升的借鉴。

2.嵌入式PC

嵌入式PC比起单片机，则是更前进了一步，嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性的小型计算机系统。它可“嵌入”（Enbeded）到设备内部，提供用户接口，管理数据输入、输出、控制设备工作的计算机。它的软件、硬件都可灵活裁剪，以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的要求。其软件除操作系统外，还需有固化的应用软件；硬件除了CPU外，还需有外围电路支持。可以这么定义嵌入系统，即：嵌入式CPU+嵌入式OS+关键应用=嵌入式系统的核心技术。

目前，在嵌入式设计中使用最多的还是80386和80486等，这种CPU性能价格比高，有In-Tel、IBM、Cyixs、AMD和TI等著名CPU制造商支持。丰富的软件（包括操作系统、开发工具和应用软件）支撑。

嵌入式系统技术日益完善，32位微处理器，即X86CPU和嵌入式CPU（ARM、MIPS、SH三大类）以及DSP、单片系统SOC，在嵌入式系统中占主导地位；嵌入式操作系统已经从简单走向成熟（如微软的WindowsCE、VxWorks、PSOS、VRTX、Nucleus、WinCE、QNX、Linux），嵌入式系统与网络、Internet结合日益密切。其中，嵌入式Linux在消费电子设备中得到广泛应用。由32位嵌入式CPU与嵌入式Linux相结合，在信息终端、家用电器、工业控制等方面将大有可为。

嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。嵌入式系统已发展到以Internet为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统的未来。

PC机主要应用在办公室自动化领域，而嵌入式系统已经广泛地渗透到人们的工作、生活之中，从家用电器、手持通信设备、信息终端、仪器仪表、汽车、航天航空、军事装备、制造工业、过程控制等等，无不是嵌入式系统的应用领域。根据美国嵌入式系统专业杂志RTC报道，21世纪初的10年中，全球嵌入式系统市场需求量具有比PC市场大10至100倍的商机。嵌入式系统的应用非常广泛，可以说，嵌入式系统无所不在、无时不在，可应用于人类生活与工作的各个领域。未来学家尼葛洛庞蒂曾预言，嵌入式智能设备将是PC和因特网之后最伟大的发明。

嵌入式PC能在恶劣环境下（如高温、潮湿和震动等）长期可靠工作。嵌入式PC平均无故障时间（MBTE）为100000～150000h，而台式机仅为10000～15000h。硬件、软件和工业PC差不多。(www.xing528.com)

当今，市场上每年销售大约30亿颗嵌入式CPU，其中绝大部分是8位和16位的CPU。与此同时，嵌入式工业控制机的市场也在迅速增长。嵌入式工控机是嵌入在工业系统内部，在工业极端环境里能够连续长期稳定可靠工作的工业型计算机。

我国在开发嵌入式CPU有：

北京中芯系统公司的“方舟”二号，主要技术性能是：32位RISCCPU，时钟频率266MHz，2x8kB cache，片上集成了EMI存储器控制器，PCI总线控制器，中断处理器，DMA控制器，2个串行接口，2个USB接口，1个IC卡控制器，1个以太网控制器，RTC，定时器，Watchdog等，低功耗，是高集成度的SOC芯片，支持Linux。

中科院计算所的“龙芯”，也是32位，266M钟频，其指令系统与MIPS芯片兼容，支持VxWorks、Linux操作系统，工作温度为-35～70℃，可以满足军工和工业环境的应用要求。

“龙芯”和“方舟”的32位嵌入式CPU的研制成功，标志着我国在嵌入式CPU方面取得了很大进展。它再配以嵌入式Linux操作系统，将有可能作为国产嵌入式系统的一种很好的选择，可在信息终端、家用电器、工业控制、军工装备中应用。

1999年1月11日，世界著名的技术市场研究与战略公司VDC（Venture Development Corporation）公布的实时/嵌入式模板市场对OEM和最终用户需求（Real-Time/Embedded Board Market Needs for OEMs and End Users）报告指出：“实时和嵌入式应用市场1998年为25亿美元，预计2000年为30亿，2002年将达到39亿美元”。“今天，安装量排在前几位的工控机是VME、专用机（无标准总线）、AT96（ISA/PCI）、PC/104、STD/STD32、RISC模板（无总线）、CompactPCI”。预计“到2002年，总线型嵌入式工控机在市场上的占有率分别为：VME42.6%、AT96（ISA/PCI）36.6%、CompactPCI4.7%、PC/1043.8%、STD0.4%”。在1998年，“世界上最有影响的嵌入式工控机OEM厂商排名前6名的是：Motorola、Ampro、Force、Ziatech和Winsystems公司”。

嵌入式工控机技术不断在向高性能、高可靠、低价位方向发展，将在通信、工业控制和工业自动化、军事和国防、医疗器械、交通运输和模拟仿真等嵌入式应用领域发挥更重要的作用。

嵌入式的发展也给PLC带来新的挑战。如本书第6章介绍的CQM1用于电量采集，用了多年，但终因嵌入式系统的进步，现已被其取代。原因是，嵌入式系统数据存储量大，其它性能也不错，最重要的是它可配置以太网卡，可挂接到互联网上。用普通的浏览器即可快速、方便地读取或上载它采集的数据，而不用拨号、通过电话线速度不高的通信。这当然也给PLC的技术提升带来借鉴。

3.数字控制（NC）

NC技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是上世纪50年代发展起来的。计算机问世不久，它就已开始开发，1953年就用于机床的控制，既提高了机床加工型面的精度、提高了生产效率，又简化了的模型制造等生产准备工作。NC是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的最基本的装备。是当今先进制造和装备的最核心技术。

NC是综合性的技术，难度大，范围广。牵涉到的有：机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。

几十年来，NC技术在诸多方面有了很大进步，正向“高速、高精、高效、复合和网络化”方向发展。其技术的主流是开放和智能。新近发展的STEP-NC，提出一种新的制造理念，在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，使数控技术向开放式、网络化发展。同时，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75%）、加工程序编制时间（约35%）和加工时间（约50%）。

我国数控技术起步也较早，于1958年，就开始自主研究。但发展较为缓慢。“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，从国外引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系。在“八五”的后期和“九五”期间，实施产业化的研究，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。到了“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50%，配国产数控系统（普及型）也达到了10%。

但NC造价昂贵，特别是不太复杂的工作系统，用它是不上算的。

NC技术中，特别是NC机床，也用到PLC技术，只是它多为内装的；但目前也有用外装的，即用市场上可购到的PLC。其实，对用户而言，通用的PLC维修更方便。

PLC也开发有NC、MC单元，而且种类越来越多，以至于专门用于运动控制的PMC。但价格要低得多。如果仅用点位控制，如立体仓库的货位控制，或汽车停车场的车位控制，用PLC下的NC模块是很经济的。但也要看到，越来越多普及型的NC出现，必将对PLC的在运动控制领域的应用带来新的挑战。

自动控制技术中还有智能仪表、变频、驱动控制、伺服系统等，发展也很快。但这些都是基础一级的，最多只是现场总线下的一个站点，或PLC网中的一个站点。它们越发展，越为PLC的应用奠定基础，而不会与PLC的发展、应用相排斥。