集散控制系统课程标准(原创)

《电力系统基础》课程教学指导课程编号：0420424课程名称：电力系统基础学时：52学分：适用专业：电力系统自动化技术课程性质：专业必修课先修课程：计算机应用基础、电工基础、电子技术、电气设备、电力电子等一、课程教学目标：要求学生巩固课程知识，加深对理论知识的理解，训练学生综合运作所学的理论知识，掌握一定的分析方法和分析思想，能初步解决一些实际问题；培养学生查阅资料，独立获取新知识、新信息的能力。

二、教学内容及基本要求（根据实际情况随时调整）：本课程是电力系统自动化技术专业必修课，主干课。

本课程教学内容以培养技术应用为主线，通过本课程的学习，让学生建立起基本的电力系统概念，掌握最基础的专业知识，为学习后续专业课程打下一个坚实的基础。

本课程共分十个项目，项目一详细阐述了电力系统的基本情况，项目二、项目三和项目四介绍了电力系统等值电路与潮流计算，项目五、项目六和项目七详细阐述电力系统电压及频率的调整以及电力系统的经济运行问题，项目八和项目九介绍了电力系统对称短路故障及不对称短路故障的基本分析方法，项目十介绍了电力系统稳定性问题基本分析方法。

本课程采用线上线下相结合的方式授课，授课过程分为课前、课中、课后三个部分。

课前阶段，该阶段属于学生自主学习阶段，学生从网路获取教师提供的预备知识文档、知识体系图、授课PPT 等课程相关内容进行自主学习；课中阶段，该阶段属于教师讲授阶段，学生将课前自主学习的收获及问题带到课堂，由教师在课堂集中进行知识讲解及答疑，同时为检验学生自主学习质量，也为增加学习的趣味性，本课程在每节课的课中提供了本节课相关知识点的知识树拼图游戏，在游戏中考察了学生对有本节知识点的掌握情况。

课后阶段，该阶段属于学生自主学习阶段，为了进一步检验学生对本节课知识点掌握情况，在每节课的课后为学生提供了由选择题组成的小车游戏，小车游戏中，学生只有答对当前题目才能进入到下一环节。

为了进一步拓宽学生眼界及知识面，做到理论联系实际，本课程部分项目包含有实物视频如瓷质绝缘子、合成绝缘子、变电站电力电容器等；部分项目提供指点拓展资源。

（1）集散控制系统（Distributed Control System）
——集中分散控制系统的简称，英文名称是分布式控制 系统。 生产过程是一个复杂的过程，不能由一台主机完全控制。 一旦主机故障，将会影响全局。因此，采用信息集中、控制 分散的系统。
特点：集中管理、分散控制。
JX-300XP集散控制系统及其应用
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《集散控制系统》
三、集散控制系统



功能分散 基本控制器的硬件与软件实现了模 块化、标准化。能单独完成各种控制任务，提高 了系统可靠性。 位置分散 基本控制器安装在被控对象很近的地 方，大量数据在现场处理。集中操作管理高速数 据传输总线、图文并举、监视控制一体。 系统组态方便 用户可方便实现各种运算、控制 功能的组态，方便修改与扩充。
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《集散控制系统》
3. 冗余技术
冗余技术是提高DCS可靠性的重要手段。 （1）冗余方式 DCS 的冗余技术可以分为多重化自动备用和简易的手 动备用两种方式。 多重化自动备用就是对设备或部件进行双重化或三重 化设置，当设备或部件万一发生故障时，备用设备或部件 自动从备用状态切换到运行状态，以维持生产继续进行。
——单回路控制器的缺点
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《集散控制系统》
大型企业的仪表车间内， 成百上千的控制器组成的 仪表盘，已经淘汰。
取而代之的是可以控制 多回路的计算机控制系统。
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《集散控制系统》
（2）计算机控制系统的基本组成
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《集散控制系统》课程教学方法的改革[摘要] 《集散控制系统》课程是自动化、热能动力、化学工程等专业的学生，在学完了相关的专业课后，开设的综合性很强的一门专业课。

传统的教学方法仅限于课程理论知识的传授，缺乏对专业知识综合运用的训练。

本课程的教学改革是把单一的教学过程与工程实践相结合，要求学生将所学理论知识应用到工程实际中，进行实践训练。

教学实践证明，只有把DCS课程的教学活动和具体的工程设计相结合、将单一课程的教学化为相关专业知识的综合运用和训练，才能真正培养学生自主学习的能力，收到良好的教学效果。

[关键词] 集散控制系统；工程设计；教学改革21世纪是信息技术快速发展的时代，社会生产力的发展和人们生活质量的提高也越来越依赖于信息技术的发展，自动化科学与技术、信号的检测、分析、处理、控制和应用等各个方面，是信息技术的重要组成部分。

在新的经济形势下，实现工业生产的自动化，要坚持走科技含量高、经济、能耗低、污染少、可持续发展的道路。

集散控制系统(DCS)是实现工业自动化和企业信息化最好的系统平台，是当今工业过程控制的主流[1]。

《集散控制系统》课程的教学目的，在于对学生进行控制工程设计能力的培养，通过课堂学习，使学生掌握集散控制系统的原理、结构、设计与实际应用的基础性、通用性，了解基本的集散控制系统的应用和工程设计的一般方法。

在此基础上，必须通过教学和工程实践相结合，才能真正掌握应用，形成学生自身的能力。

为此,我们在《集散控制系统》课程的教学改革方面做了做了一些初步的尝试。

一、把课堂教学由单纯的教师传授过程，改为师生互动的研究过程针对《集散控制系统》课程对学生具备工程实践能力和动手能力培养的要求，首先对课程的教学学时进行合理分配，教学过程中，采用任务驱动及理论实践相结合的方法进行理论教学和过程考核。

本课程共48学时，用30学时主要进行集散控制系统的概念、原理、结构及设计进行理论讲解，在适当的章节针对具体的工程问题给学生布置任务，如对化工生产过程进行模拟控制系统的设计，DCS 在锅炉控制系统中的应用，DCS在热力发电厂机主蒸汽系统中的应用等，学生分组进行方案设计，对比后得出最佳技术方案。

DCS教程DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。

总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。

控制器相对来讲变化要小一些。

操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。

但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。

I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。

从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL 公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。

用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。

DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站、通讯网络。

I/O板和控制器国际上各DCS 厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。

集散控制系统概述每当我们走进现代化的工厂或者从电视中总能看到这样的场景。

这是哪里呢？为什么这么干净整洁？为什么与传统的操作室有如此大的区别？这就是我们采用了集散控制系统之后的中央控制室。

现代化的工厂不光涉及生产控制问题还面临管理问题。

集散控制系统正是随着过程控制要求以及管理问题日益复杂应运而生的一种综合控制系统。

目前在电力、冶金、石化等行业都获得了广泛的应用。

今天我们就来学习集散控制系统的基础知识。

那我们又有新的疑问了，什么样的系统是集散控制系统？它与传统控制系统相比又有哪些特征呢？一、集散控制系统的定义集散控制系统简称DCS，也叫“分散控制系统”。

它是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调设计原则的一种控制系统。

主要特征就是集中管理和分散控制。

它的集中管理体现在：采用了DCS之后，操作和管理人员只要坐在操作站或管理计算机前就能完成大部分的监视、操作、协调和管理工作。

它的分散控制体现在：控制部分可以分为若干个、相对独立的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其职，互不干涉，各自完成自己的控制目标。

二、DCS的组成及各部分功能不同厂家生产的DCS组成各不相同，主要包括五个部分，分别是过程控制单元、过程接口单元、操作站、管理计算机和数据通信网络。

1.过程控制单元（现场控制站）过程控制单元，又叫现场控制站，是由许多功能分散的卡件按照一定的顺序安装在机柜中，接收现场传感器、变送器送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。

它是DCS的核心部分，对生产过程进行闭环控制，可以控制数十个回路，还可以进行批量或者顺序控制。

2.过程接口单元（数据采集站）过程接口单元，又叫数据采集站，是为生产过程中的非控制变量设置的数据采集装置，它接收大量由现场设备送来的非控制过程信息，经转换和处理后送到操作站，供操作人员监控。

从外观上看它与过程控制单元一样，不同之处在于它实现的是开环监测，不直接完成控制功能。

《集散控制系统及现场总线技术》教学大纲课程名称：集散控制系统及现场总线技术（Distribution Control System and Field Bus Technology）课程编码：1502ZY028 课程类别：专业选修学分：2 分总学时：32 学时，其中，理论学时：22 学时；实验学时：10 学时适用专业：自动化、自动化产业班先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、过程控制系统及装置杨三青周永乾一、课程性质《集散控制系统及现场总线技术》是自动化专业的一门专业选修课。

本课程介绍集散控制系统及现场总线的基本概念、特点及发展情况；详细阐明了系统构成、数据通信、控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理及应用。

旨在培养从事工业企业集散控制系统及现场总线的生产、建设、管理、维护第一线需要的有理论、重实践的高技能型人才，使学生获得集散控制系统及现场总线的基本知识和实际应用能力，为今后从事职场工作打下坚实基础。

二、课程目标（一）育人目标紧紧围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体为主线，将育人要素嵌入到集散控制系统及现场总线技术课堂教学中。

通过积极培育和践行社会主义核心价值观，运用马克思主义哲学的方法论，引导学生正确做人和做事；注重在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力；注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

让学生成为德才兼备、又红又专、全面发展的人才。

（二）知识和能力目标1.了解集散控制系统及现场总线的基本概念，体系结构，各种信号传输标准（支撑毕业要求2.1）2.掌握集散控制系统及现场总线硬件组成、数据通信，网络架构，熟悉各种通信协议。

（支撑毕业要求2.1）3.掌握集散控制系统及现场总线软件组成，了解各种控制算法、系统的操作、显示及信息综合管理等技术。

自动化专业课程大纲目录《现代工程制图》课程教学大纲 (1)《电路原理》课程教学大纲 (4)《高级程序设计》课程教学大纲 (7)《单片机原理与接口技术》课程教学大纲 (11)《MATLAB语言基础》课程教学大纲 (14)《电机与拖动技术基础》课程教学大纲 (17)《自动控制原理》课程教学大纲 (21)《传感器与检测技术》课程教学大纲 (25)《电气控制技术与PLC应用》课程教学大纲 (29)《计算机控制技术》课程教学大纲 (32)《电力电子技术》课程教学大纲 (35)《工业数据通信与网络技术》课程教学大纲 (38)《印刷电路板设计》课程教学大纲 (41)《电气设计CAD软件》课程教学大纲 (43)《工控组态软件》课程教学大纲 (45)《运动控制系统》课程教学大纲 (48)《集散控制系统与现场总线技术》课程教学大纲 (52)《过程控制工程》课程教学大纲 (55)《机械基础》课程教学大纲 (58)《汽车构造》课程教学大纲 (61)《汽车电子控制技术》课程教学大纲 (63)《质量管理与控制》课程教学大纲 (65)《数据结构》课程教学大纲 (69)《软件工程概论》课程教学大纲 (72)《系统工程导论》课程教学大纲 (75)《现代控制理论》课程教学大纲 (78)《楼宇自动化系统》课程教学大纲 (81)《交通工程应用电子技术》课程教学大纲 (84)《电动汽车技术》课程教学大纲 (86)《图像处理技术》课程教学大纲 (89)《专业英语1》课程教学大纲 (92)《专业英语2》课程教学大纲 (95)《现代工程制图》课程教学大纲（Modern Engineering Graphics）一、基本信息课程编号：022020001课程类别：专业类必修课适用层次：本科适用专业：电子信息工程、自动化、通信工程、测控等开课学期：第3学期总学分：2总学时：32学时考核方式：考试二、课程教育目标机械图样是表达机件或装配体有关信息的载体。

幻灯片1第二章集散控制系统（D C S）幻灯片22.1D C S的形成、发展和特点2.1.1D C S的概念集散控制系统（D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m）亦称分布式控制系统（简称D C S），是结合多种先进技术而形成的，对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术，是随着现代大型工业生产自动化的不断发展和过程控制要求的日益复杂应运而生的一种综合控制系统，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。

幻灯片3国外称集散控制系统是4C技术的产物。

这4C就是指控制技术（C o n t r o l）、计算机技术（C o m p u t e r）、通信技术（C o m m u n i c a t i o n）、和C R T（C a t h o d e R a y T u b e）技术。

D C S 既不同于分散的仪表控制，又不同于集中式计算机控制系统，是4C技术相互渗透发展而产生的。

幻灯片42.1.2D C S的发展情况过程控制设备的发展历史，大概有以下几个阶段：30年代——机械式仪表现场操作；40年代——大型气动式仪表控制室操作；50年代——气动单元组合仪表控制室操作；60年代——电动单元组合仪表；70年代——集散控制系统。

即经过了就地分散控制――模拟仪表集中控制――计算机集中控制――计算机分散控制（D C S）几个阶段。

集散控制系统从诞生之日起，已经历了三代，目前的第四代正在发展之中。

幻灯片5●D C S开创期：1975～1980年●代表产品：H o n e y w e l l，T D C2000●F O X B O R O，S p e c t r u m●B a i l y，N-90●恒河，C E N T U M这些第一代的集散控制系统以微处理器为基础的过程控制单元，实现多种控制功能算法，并实现分散控制；采用带显示器的操作站，与过程控制单元分离，实现集中监视、集中操作、信息综合管理；采用较先进的冗余通信系统、用同轴电缆作为传输媒质，实现控制单元与操作站的通信，已具有D C S的基本特点（即分散控制，集中管理），是D C S的雏形。

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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
自从美国霍尼韦尔（Honeywell）公司于1975年首 次向世界范围推出TDC2000集散控制系统以来，DCS的 结构和性能日臻完善，已经在炼油、石油化工、电力、 钢铁、纺织、食品加工等部门得到了广泛的应用，取 得了良好的经济效益。纵观DCS发展过程，大致可分为 三个阶段。
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
进入20世纪70年代后，为了进一步提高控制系统 的安全性和可靠性，开发研制了新型的集散控制系统 （Distributed Control System，简称DCS）。所谓集 散控制系统就是以微处理器为基础的集中分散型控制 系统。该控制系统实现了控制分散、危险分散，并将 操作、监视和管理集中，克服了常规仪表控制系统功 能单一和计算机控制系统危险集中的局限性，能够实 现连续控制、间歇（批量）控制、顺序控制、数据采 集处理和先进控制，将操作、管理和生产过程密切结 合。
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《计算机控制技术》
1- DCS的分散过程控制级
可编程序控制器（PLC）
– PLC与智能调节器最大的不同点是：它主要配制 的是开关量输入、输出通道，用于执行顺序控制 功能。PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制 或逻辑控制的场合，以取代复杂的继电器控制装 置。
– 在较新型的PLC中，也提供了模拟量控制模块， 其输入输出的模拟量标准与智能调节器相同。同 时也提供了PID等控制算法 。
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《计算机控制技术》
3-DCS的综合信息管理级
MIS的组成
–⑴ MIS的硬件组成

集散控制课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握集散控制的基本原理、方法和应用，培养学生分析和解决集散控制问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握集散控制系统的组成、工作原理和特点；（2）了解集散控制系统的应用领域和发展趋势；（3）熟悉集散控制系统的硬件和软件结构；（4）掌握集散控制系统的配置、调试和维护方法。

2.技能目标：（1）能够运用集散控制系统解决实际工程问题；（2）具备集散控制系统的设计、安装和调试能力；（3）能够对集散控制系统进行故障诊断和维修。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对集散控制技术的兴趣和热情；（2）培养学生团队合作精神和创新意识；（3）培养学生遵守纪律、严谨治学的学术态度。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.集散控制系统的基本概念：介绍集散控制系统的定义、组成、工作原理和特点。

2.集散控制系统的硬件和软件：讲解集散控制系统的硬件结构，如控制器、传感器、执行器等；软件结构，如操作系统、监控软件等。

3.集散控制系统的配置与调试：介绍集散控制系统的配置方法，如硬件选型、软件配置等；调试方法，如系统调试、参数调试等。

4.集散控制系统的应用案例：分析集散控制系统在工业、农业、医疗等领域的应用案例。

5.集散控制系统的维护与故障处理：讲解集散控制系统的日常维护方法，如硬件维护、软件维护等；故障诊断与处理方法，如故障分析、故障排除等。

三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，确保学生掌握基础知识。

2.案例分析法：分析典型应用案例，培养学生解决实际问题的能力。

3.实验法：学生进行实验操作，提高学生的动手能力和实际操作技能。

4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作能力和创新意识。

四、教学资源本课程的教学资源包括：1.教材：选用国内权威出版的教材，确保内容的科学性和系统性。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。

目录1.摘要 (2)2.目的 (3)3.内容 (3)4.原理 (3)5.思想 (6)6.平台 (8)7.心得 (11)摘要集散控制系统（Distributed control system），是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。

其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。

系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。

集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级。

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。

第1章绪论1.1新风机组的发展历程随着国民经济的发展和人民生活水平的同益提高，中央空调系统己广泛应用于工业与民用建筑域，如宾馆、酒店、写字楼、商场、厂房等场所，用于保持整栋大厦温度恒定。

如今，人们对中央空调系统提出新的要求就是舒适节能，要求在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度，让使用者感觉最舒适。

新建的中央空调系统在按照舒适节能的目标设计，而越来越多的使用多年的中央空调控制系统在进行改造以实现节能、舒适的目的，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的60％以上，其中仅水泵的耗电量约占到空调系统耗电量的20—40％，存在巨大的能源浪费。

传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统、盘管风机系统等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制热负荷或新风交换量需求选定的，且留有充足余量。

无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节系统功率的特性，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。

近年来节能降耗被国家摆到空前重要的位置。

而国家供电紧张形势依然没有根本缓解，电价不断上调，造成中央空调系统运行费用上升，如何控制空调系统的电能费用己经成为越来越多空调的经营管理者所关注的问题。

故采用变频调速技术节约低负荷时主压缩机系统和水泵的电能消耗，具有极其重要的经济意义。

1.2 PLC控制的国内外现状在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，是世界上公认的第一台PLC。