1.4 控制技术中的计算机系统

控制技术中常用的计算机系统包括工业控制计算机、可编程控制器和嵌入式系统。

1.4.1 工业控制计算机

工业控制计算机即工控机，是一种面向工业控制、采用标准总线技术和开放式体系结构的计算机。工控机通俗地说就是专门为工业现场而设计的计算机。它最初是在商用计算机的基础上进行改装、加固再用于工业生产过程控制，现在已经成为一种专用的计算机系列。

工业控制机按所采用的总线标准类型分类，可分为PC总线工控机、STD总线工控机、VME总线工控机和多总线工控机。其中，以PC总线为基础构成的工控机称为IPC。

PC总线工控机是以PC总线（ISA、VESA、PCI总线）为基础构成的工业计算机。有ISA总线、VESA局部总线（VL-bus）、PCI总线、PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等。

STD总线工控机采用STD总线，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等。

VME总线工控机采用VME总线，主机CPU类型以Motorola公司的M68000、M68020和M68030为主。

多总线工控机采用MultiBus总线，以INTEL工控机为代表，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等。

早在20世纪80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。德国西门子的工控机也很出名。国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、华北科技、研华、B+F深圳佰福、磐仪、艾雷斯等。国内使用的工控机多是PC总线型的工控机，下面介绍PC总线型的工控机也就是IPC。

1.IPC的技术特点

1）可靠性高

工控机通常应用于工业控制现场，要控制不间断的生产过程，在运行期间就不允许停机检修，一旦发生故障将会造成生产损失。因此要求工控机要有高可靠性，也就是说要确保其平均无故障工作时间达到几万小时甚至更高。因此工控机都做了特别处理，如配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护，密封机箱内装有双风扇，正压对流排风，设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人工干预能自动复位等，极大提高了可靠性。

2）实时性好

可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行，以实现实时地反映控制各种参数的变化。

3）环境适应能力强

工业现场环境恶劣，这就要求工控机有很强的环境适应能力，如温度、湿度变化范围要求高，要有防尘、防振动、防腐蚀和抗电磁干扰的能力。为此工控机采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力，CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力，机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。

4）扩展性好

工控机采用总线结构和模块化设计技术，每个模板功能单一，如CPU板、存储器板、A/D转换板、D/A转换板、开关量板等，便于对系统故障进行诊断和维护，也方便了用户选用，可视需要选配I/O模板。由于生产过程控制需要有大量的输入/输出，可采用无源母板（底板），方便系统扩展。

5）开放性好

开放性好，兼容性好，吸收了PC的全部功能，可直接运行PC的各种应用软件。

6）性价比高

与其他机种相比，PC总线工控机的性能价格比高。

2.IPC的体系结构

IPC结构如图1-11所示，它是以ISA总线为基础构成的工业计算机。

IPC结构包括加固型机箱、无源总线底板、工业电源、主机板（CPU卡）、显示卡、软盘驱动器、硬盘、光盘驱动器、彩色显示器、键盘和鼠标等。

3.IPC的主要结构

1）全钢机箱

IPC的机箱是加固型的全钢机箱，是按相关工业标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装与PC-bus兼容的无源底板。

2）无源底板

无源底板的插槽由总线扩展槽组成。总线扩展槽可依据用户的实际应用选用扩展ISA总线、PCI总线和PCI-E总线、PCIMG总线插槽，扩展插槽的数量和位置可根据需要进行选择，但要符合PCIMG总线规范，依据不同规范版本，各种总线在组合搭配上有一定要求。如PCIMG1.3版本总线不提供ISA总线支持，此板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。

3）工业电源

在Intel奔腾处理器应用于工控机之前，工控机主要使用AT开关电源，目前与PC一样主要采用的是ATX电源，平均无故障运行时间可达到250000小时。

4）CPU卡

IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，多采用的是桌面式系统处理器，如早期的有386\486\586\PIII，现主流为P4、酷睿双核等处理器，主板用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0～60℃；带有硬件“看门狗”计时器；也有部分要求低功耗的CPU卡采用的是嵌入式系列的CPU。

5）其他配件

IPC的其他配件基本上都与PC兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。

4.IPC的适用领域

目前，IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。例如，控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通信保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告，等等。

1.4.2 嵌入式系统

工控机和可编程控制器是现成的计算机系统，嵌入式系统是量身定做的专用计算机系统，它能更好地满足实际的需要，因此在工业控制系统中，也常设计专门的嵌入式系统作为控制用的计算机系统。

嵌入式系统是与应用紧密结合的，具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的增减利用。在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可增减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户的应用程序四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的增减利用。

嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行增减，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几KB到几十KB微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利进行。

1.特点

1）系统内核小。

由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，嵌入式系统的核心往往是一个只有几KB到几十KB微内核，实际开发时可以根据需要再进行功能扩展或裁减。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5KB。

2）专用性强。

嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合。

3）系统精简。

嵌入式系统的用途专一、固定，其软硬件的功能能满足要求就够了。因此它在体积、功耗、配置、处理能力、电磁兼容性方面都要求明确。这样就可以量体裁衣，去除不必要的软硬件配置。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。

4）高实时性的系统软件。

实时操作系统是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real-Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

5）形式多样。

与工控机和PLC相比，嵌入式系统品种繁多。因为它是专用系统，应用广泛，所以形式多样。嵌入式微处理器有各种不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或者集成了不同的外设和接口。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用决定的。嵌入式操作系统也有数百种之多。

2.组成

嵌入式系统硬件包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。

1）嵌入式微处理器

嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微处理器有各种不同的体系，品种数量众多，大体上嵌入式微处理器可划分为4种类型，但这种划分不是很严格，有些嵌入式微处理器可能同时具有几种类型的特点。

（1）嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）

嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与通用计算机处理器不同，在实际嵌入式应用中，它只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除了其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。其中Arm/StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。

（2）嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是单片机，从20世纪70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、E2PROM等各种必要功能和外设。与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列，以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。近来Atmel出产的Avr单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片机获得更高的发展。

（3）嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）

DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上，DSP获得了大规模的应用。

DSP的理论算法在20世纪70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元器件实现。MPU较低的处理速度无法满足DSP的算法要求，其应用领域仅仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。其运算速度比MPU快了几十倍，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至20世纪80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。到20世纪80年代后期，DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。20世纪90年代后，DSP发展到了第五代产品，集成度更高，使用范围也更加广阔。

目前，最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列。另外，如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。

（4）嵌入式片上系统（System On Chip）

SOC是追求产品系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点一点的连接焊制，而只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性和设计生产效率。

由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，比较典型的SOC产品是Philips的Smart XA。少数通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。

2）存储器

嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。

（1）Cache

Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列,它位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。在需要进行数据读取操作时，微处理器尽可能地从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，这样就大大改善了系统的性能，提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。Cache的主要目标就是：减小存储器（如主存和辅助存储器）给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快、实时性更强。在嵌入式系统中，Cache全部集成在嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache，其大小依不同处理器而定。一般中高档的嵌入式微处理器才会把Cache集成进去。

（2）主存

主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器，用来存放系统和用户的程序及数据。它可以位于微处理器的内部或外部，其容量为256KB～1GB，根据具体的应用而定，一般片内存储器容量小、速度快，片外存储器容量大。常用做主存的存储器有：ROM类NOR Flash、EPROM和PROM等。RAM类 SRAM、DRAM和SDRAM等。其中，NOR Flash凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。

（3）辅助存储器

辅助存储器用来存放大数据量的程序代码或信息，它的容量大，但读取速度与主存相比就慢得很多，用来长期保存用户的信息。嵌入式系统中常用的外存有：硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。

3）通用设备接口和I/O接口

嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。目前，嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D（模/数转换接口）、D/A（数/模转换接口），I/O接口有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、音频接口、VGA视频输出接口、I2C（现场总线）、SPI（串行外围设备接口）和IrDA（红外线接口）等。

3.系统软件

系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

1）嵌入式操作系统

嵌入式操作系统也就是实时多任务操作系统，负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。不同的嵌入式操作系统所包含的组件各不相同，有的组件多功能丰富，可以降低应用程序的开发难度；有的组件少，许多功能要自己开发。但无论哪一种操作系统，至少会有一个内核，它包含了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、存储器管理、文件处理等。所有的应用程序都建立在嵌入式操作系统之上，所以嵌入式操作系统的选择将影响应用程序的开发难度。

2）嵌入式操作系统的分类

目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。其中，实时系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。

实时嵌入系统是为执行特定功能而设计的，可以严格地按时序执行功能。其最大的特征就是程序的执行具有确定性。在实时系统中，如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，会导致系统的全面失败，则系统被称为硬实时系统。而在软实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会导致致命错误。一个硬实时系统往往在硬件上需要添加专门用于时间和优先级管理的控制芯片，而软实时系统则主要在软件方面通过编程实现时限的管理。比如Windows CE就是一个多任务分时系统，而Ucos-II则是典型的实时操作系统。

分时系统：分时系统追求系统资源总体利用率最高，其特点在于多任务的管理。

现在PC机的操作系统绝大部分采用的是分时系统，而很少采用实时系统。但实时系统不是嵌入式系统的专利，只不过大部分嵌入式系统均采用实时系统作为自己的操作系统。

3）面向嵌入式系统的操作系统具有如下特点。

编码体积小：适合在嵌入式系统的有限存储空间中运行。

面向应用，可裁剪和移植：可进一步缩小编码体积并有效地运行，故此类OS也可称为特定应用操作系统ASOS。

实时性强：这也是嵌入式系统的特征之一，因此，嵌入式操作系统有时也称为实时多任务操作系统RTOS。

可靠性高：嵌入式系统可无需人工干预而独立运行，并能处理各类事件和故障。

4）常用嵌入式操作系统

下面介绍嵌入式系统中常用的几种操作系统：

（1）VxWorks

VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操作系统。VxWorks拥有良好的持续发展能力、高性能的内核及友好的用户开发环境，在实时操作系统领域内占据了一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及对实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、导弹制导、飞机导航等。在美国的F-16、FA-18战斗机，B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用了VxWorks。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如X86，i960，Sun Sparc，Motorola MC68000，MIPS RX000，Power PC，StrongARM，XScale等。大多数的VxWorks API是专用的。

（2）pSOS

pSOS是ISI公司研发的产品。该公司成立于1980年，其产品在其成立后不久即被推出，是世界上最早的实时系统之一，也是最早进入中国市场的实时操作系统。该公司于2000年2月16日与WindRiver公司合并。

pSOS是一个模块化、高性能、完全可扩展的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供了一个完全多任务环境，在定制的或是商业的硬件上可以提供高性能和高可靠性。它包含单处理器支持模块（pSOS+）、多处理器支持模块（pSOS+m）、文件管理器模块（pHILE）、TCP/IP通信包（pNA）、流式通信模块（OpEN）、图形界面、Java和HTTP等。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。

（3）Palm OS

3COM公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。它有开放的操作系统应用程序接口，开发商可以根据需要自行开发所需的应用程序。目前共有3500多个应用程序可以运行在Palm Pilot上，其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发，使Palm Pilot的功能不断增多。在开发环境方面，可以在Windows和Macintosh下安装Palm Pilot Desktop。Palm Pilot可以与流行的PC平台上的应用程序进行数据交换。

（4）Windows CE

Microsoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核至少需要200KB的ROM。

（5）嵌入式Linux

随着Linux的迅速发展，嵌入式Linux现在已经有许多的版本，包括强实时的嵌入式Linux（如新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux等）和一般的嵌入式Linux版本（如uClinux和PocketLinux等）。其中，RT-Linux通过把通常的Linux任务优先级设为最低，而所有的实时任务的优先级都高于它，以达到既兼容通常的Linux任务又保证强实时性能的目的。另一种常用的嵌入式Linux是uClinux，它是针对没有MMU的处理器而设计的。它不能使用处理器的虚拟内存管理技术，对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。

1.4.3 可编程控制器

早期的可编程控制器称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，现在这种装置称为可编程控制器，简称PLC。

1.PLC的基本结构

PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，由CPU、存储器、输入/输出接口、智能接口模块和编程器构成，其组成结构如图1-12所示。

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在10%范围内，可以不采取其他措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。

现场执行机构有各种各样的形式，一般可分为气动执行机构、电动执行机构和液压执行机构。常用的执行机构分为气动的和电动的。

气动执行机构分为薄膜式和活塞式两大类。

电动执行机构是工业控制中应用最多、使用最方便的一种执行机构。常见的有电磁式继电器、固态继电器、晶闸管、电磁阀、调节阀、伺服电动机、步进电动机等。

2.PLC的优点

PLC是专为工业环境设计的计算机，它有以下优点：

1）可靠性高、抗干扰能力强，能适应各种恶劣的工业环境

在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施，有效地防止了干扰信号的进入，内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。PLC采用了可靠性设计，如冗余设计、断电保护、故障诊断等。采用封装的方式，适用于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。

2）编程简单易学

因为PLC一开始是用来替代继电器的，编程语言使用梯形图和助记符，PLC的梯形图和继电器电路的梯形图相似，一般工程人员很容易接受和掌握。

3）采用模块化结构、系统扩展方便

PLC采用的是模块化结构，一般由主模块、电源、各种输入/输出模块组成，可根据现场需要进行不同功能的扩展和组装。一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。

4）安装调试方便

PLC不但可以与个人计算机连接，也可以用个人计算机进行编程调试，还可以与手持编程器连接。在现场，用户可以用手持编程器直接对PLC进行编程调试。

因此，现在控制系统中用得最多的还是PLC。用PLC构建直接数字控制系统，或是将其作为集散控制系统的下位机，这种方案是控制系统中用得最多的一种方案。PLC的详细介绍见后面章节。