计算机控制技术(高级课堂)
计算机控制技术
计算机控制技术计算机控制技术是一种集计算机、控制、传感器、执行器等技术于一体的先进技术，它充分利用现代计算机和控制理论，将数据处理和自动控制相结合，实现对各种过程的自动调节控制，广泛应用于工业、农业、商业、医疗以及机场、交通等领域。
一、计算机控制技术的发展历程计算机控制技术的发展历程可以追溯到1960年代，当时美国的空间计划需要研究开发一种新的计算机控制技术，在这个研究过程中，人们发现了数字控制机床，这是第一款用计算机实现自动控制的机床。
从此以后，计算机控制技术得以广泛应用。
1970年代，计算机技术的发展和进步推动了控制技术的飞速发展，出现了工业控制计算机和可编程控制器（PLC），用它可以完成对机器和工艺的自动控制。
随着计算机控制技术的不断发展，出现了更为高级的数字信号处理器，这种处理器可以对控制数据进行实时处理和计算，从而更为准确地实现对工艺的控制。
二、计算机控制技术的分类根据控制对象的不同，计算机控制技术可以分为以下几类：1、过程控制过程控制是一种用计算机实现对工艺过程的控制技术，它可以实现对工艺参数的实时监控，及时调整，从而保证产品质量。
例如，化工、冶金、纺织等行业都需要用到过程控制技术。
2、制造自动化控制制造自动化控制是一种用计算机控制技术实现对生产流程的自动化控制技术。
它可以通过编程控制机器人、自动化流水线等设备，从而提高生产效率，降低生产成本。
3、工程控制工程控制是一种用计算机控制技术实现对工程项目的控制技术，例如，用计算机控制技术实现对道路、桥梁、建筑物等工程项目的施工，从而提高工程建设的效率和质量。
三、计算机控制技术的应用计算机控制技术在各个领域都有着广泛的应用，例如：1、工业制造计算机控制技术在工业制造领域有着广泛的应用，例如，数字控制机床、机器人、自动化流水线等设备都是用计算机控制技术实现了自动化控制。
2、交通运输计算机控制技术在交通运输领域也有着广泛的应用，例如，用计算机控制技术实现地铁、公交车等公共交通工具的运营、交通信号灯的控制等。
《计算机控制技术》课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
《微型计算机控制技术》教案
《微型计算机控制技术》教案一、教学目标1. 了解微型计算机控制技术的基本概念、原理和应用。
2. 掌握微型计算机控制系统的组成、工作原理和常用接口。
3. 学会使用微型计算机进行控制程序的编写和调试。
4. 能够分析并解决微型计算机控制技术在实际应用中遇到的问题。
二、教学内容1. 微型计算机控制技术的基本概念1.1 控制技术的分类和发展1.2 微型计算机控制系统的特点和优势2. 微型计算机控制系统的组成2.1 硬件组成：微处理器、输入/输出接口、执行器等2.2 软件组成：系统软件、控制算法、应用程序等3. 微型计算机控制原理3.1 采样与保持技术3.2 模拟量-数字量转换3.3 数字量-模拟量转换3.4 控制算法：PID、模糊控制、神经网络等4. 微型计算机控制系统的应用4.1 工业控制领域：生产线自动化、等4.2 嵌入式系统：家居智能化、汽车电子等4.3 生物医学领域：远程医疗、健康监测等5. 常用接口技术5.1 USB接口5.2串口通信接口5.3以太网接口5.4无线通信接口三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理、方法和应用。
2. 案例分析法：分析实际应用案例，加深对控制技术原理的理解。
3. 实验法：进行实际操作，掌握微型计算机控制系统的使用和调试。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《微型计算机控制技术》2. 多媒体课件：讲解微型计算机控制技术的基本概念和原理。
3. 实验设备：微型计算机控制系统实验平台。
4. 在线资源：相关论文、案例、技术文档等。
五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等占总评的40%。
2. 期末考试：闭卷考试，占总评的60%。
3. 综合评价：评价学生在课堂学习、实验操作和问题解决等方面的表现。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，其中理论讲授20课时，实验操作10课时，小组讨论2课时。
2. 授课方式：课堂讲授与实验操作相结合，小组讨论与个人作业相结合。
计算机控制课程设计
计算机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识，包括控制系统的组成、工作原理和性能指标；2. 使学生了解常见传感器的工作原理，并能运用所学知识分析传感器的选用原则；3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。
技能目标：1. 培养学生运用计算机编程软件（如MATLAB）进行控制系统仿真的能力；2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路，并进行调试的能力；3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为计算机控制技术的实践性课程，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生处于高年级阶段，已具备一定的专业基础知识和实践能力。
教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度：第一周：计算机控制系统概述第二周：控制系统硬件组成第三周：计算机控制算法第四周：控制系统仿真与设计第五周：实际案例分析与讨论教材章节及内容列举：第一章：计算机控制系统概述（涵盖教学内容1）第二章：控制系统的硬件与接口技术（涵盖教学内容2）第三章：计算机控制算法（涵盖教学内容3）第四章：控制系统的仿真与设计（涵盖教学内容4）第五章：计算机控制系统应用案例（涵盖教学内容5）三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以充分激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。
计算机控制技术课程设计
计算机控制技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握计算机控制技术的基本原理和应用方法。
通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解计算机控制技术的基本概念、原理和特点；熟悉计算机控制系统的组成和分类；掌握常见的计算机控制算法和应用。
2.技能目标：能够运用计算机控制技术解决实际问题；具备分析和设计简单计算机控制系统的的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对计算机控制技术的兴趣和好奇心，提高学生运用科学技术解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制技术概述：计算机控制技术的起源、发展及其在各个领域的应用。
2.计算机控制系统的基本原理：模拟计算机控制系统、数字计算机控制系统、混合计算机控制系统。
3.计算机控制系统的组成：控制器、执行器、传感器、反馈元件等。
4.计算机控制算法：PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
5.计算机控制技术的应用：工业自动化、交通运输、楼宇自动化等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解计算机控制技术的基本概念、原理和特点，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解计算机控制技术的应用。
3.实验法：让学生动手进行实验，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的表达能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用国内权威出版社出版的计算机控制技术教材。
2.参考书：提供相关的计算机控制技术参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，丰富教学手段，提高教学效果。
4.实验设备：准备计算机控制系统实验装置，让学生能够实际操作，加深对知识的理解。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式，评估学生的学习态度和积极性。
计算机控制技术课程讲义讲解课件
智能家居控制系 统
总结词
智能家居控制系统是计算机控制技术在家庭生活中的应用， 通过智能家居设备和互联网技术实现对家庭环境的智能化管 理和控制。
详细描述
智能家居控制系统利用传感器、控制器和执行器等设备，实 现对家庭照明、空调、门窗、安防等系统的智能化管理，提 高居住舒适度和便利性。常见的智能家居控制系统包括智能 音箱、智能插座和智能门锁等。
传感器
输入输出接口
根据控制信号执行相应的动作， 如电机、阀门等。
检测被控对象的参数，如温度、 压力、流量等，并将检测到的 信号转换为电信号传送给控制 器。
连接控制器与外部设备，实现 数据交换和控制信号的输出。
软件组成
控制算法
根据被控对象的数学模型和性能要求， 设计合适的控制算法，如PID控制、 模糊控制等。
交通控制系 统
总结词
交通控制系统是计算机控制技术在交通管理中的重要应用，通过信号灯、监控 设备和控制系统实现对交通流量的智能化管理和优化。
详细描述
交通控制系统利用传感器、摄像头和信号灯等设备，实现对交通流量的监测、 控制和优化，提高道路通行效率和安全性。常见的交通控制系统包括智能信号 灯控制系统、交通监控系统和交通诱导系统等。
智能家居
实现家庭设备的智能化控制，提高生活便利性和 舒适度。
交通管理
实现交通信号的智能化控制，提高交通效率和安 全性。
医疗设备
实现医疗设备的自动化控制，提高医疗效率和诊 断精度。
02
计算机控制系统组成
硬件组成
01
02
03
04
控制器
负责接收输入信号，根据程序 要求产生控制信号，驱动执行 机构。
执行机构
开环控制系统的优点是结构简单，不存在稳定性问 题，但抗干扰能力较弱。
计算机控制技术
浅谈计算机控制技术引言：计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。
随着计算机技术和现代控制理论的快速发展，计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展起来，其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。
本文将主要针对计算机控制技术的发展历史、当今现状以及计算机控制技术的发展趋势做一介绍，并结合它的具体实例介绍计算机控制技术的一些主要应用领域。
正文：一、计算机控制技术的概述1、计算机控制的定义：计算机控制是自动理论和计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。
2、计算机控制的发展历史：计算机控制技术的思想始于上世纪五十年代中期，美国TRW航空公司与美国德克萨斯州的一个炼油厂合作，进行计算机控制的研究，他们设计出了一个利用计算机控制实现反应器供料最佳分配，根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环的系统。
这项具有跨时代意义的工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术迅速发展，并被各行各业广泛应用。
伴随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也紧随其后，迅猛的发展起来。
现如今，微型计算机的出现和发展使计算机控制技术又进入了一个崭新的阶段。
二、计算机控制技术的应用领域1、计算机控制技术在农业领域的应用实例在农业日趋机械化及自动化的今天，自动控制技术在农业中的应用也越来越广泛，利用计算机控制技术管理控制农业生产已成为目前研究的一个重点。
农业大棚、智能化养殖场等等都是计算机控制技术在农业生产领域应用的鲜明例子。
智能温室大棚中利用计算机进行远程监控和操作，还可设计自动控制无人管理温室大棚。
根据远程传感器搜集来的温度、湿度、光照等模拟信息，经输入通道进行AD转换，传入计算机，计算机既可以利用这些数据进行监控，同时又可以利用这些数据对大棚进行控制，进行加湿、加温、增加光照等控制，从而实现温室大棚的自动化智能控制。
多媒体教学在《计算机控制技术》课程中的应用与思考
教学艺术多媒体教学在《计算机控制技术》课程中的应用与思考张谦．张娟梅(洛阳理工学院电气工程与自动化系，河南洛阳471003)摘要：在《计算机控制技术》课程教学中采用多媒体手段，要坚持“以学生为本、为教学内容服务”的原则，充分发挥教师的主导作用及学生的主体作用，并注意将多媒体教学与传统教学手段及教师个人特色有机结合起来。
关键词：计算机控制技术；多媒体教学；课件随着自动控制理论和计算机技术的兴起，人们在工程实践中采用计算机来实现控制系统中控制器的作用，构成计算机控制系统，从而形成了计算机控制技术。
计算机控制技术在工业控制和国民经济的各个领域得到了广泛的应用。
《计算机控制技术》作为高等院校自动化类专业的一门主要课程．融合了计算机技术、控制理论和计算机通信技术。
理论性和实践性都很强。
它主要包含两部分内容：一是计算机控制理论基础，即数字控制基础理论；二是实现技术．主要包括通道接口技术与系统实现技术。
学生完成该课程后．应掌握计算机控制的基本概念和计算机在工业过程控制应用巾的各种技术，并基本掌握计算机控制系统的分析设计与实现方法，能完成简单计算机控制系统的设计、安装和调试。
一、多媒体教学在《计算机控制技术》课程中的应用针对《计算机控制技术》课程的特点，在教学中如果单纯采用传统教学手段．就不能在有限的课堂教学时间里融合大量相关学科的信息，不能将具体的应用实例直观、生动地展示在学生面前．不能充分调动学生学习的主动性和积极性．阂此很难取得最佳的教学效果。
而采用多媒体教学．则能将计算机所具有的文字、声音、图形、动画等功能组合起来．通过人机交互操作完成教学过程，具有很大的优越性。
1．教学效率高、信息量大以黑板和教科书为教学信息载体的传统教学模式中．板书往往占据了大量的课堂时间：利用多媒体课件教学，能够节省板书时间，增大教学的信息量，最大限度地发挥教师的主导作用。
比如．在讲“加热炉温度控制系统”这一应用实例时．涉及控制系统结构框图、硬件电路原理图、程序流程图等．若采用传统的教学方法，先在黑板上画图后再讲解，仅画图就要花费差不多一节课的时间，而且还很难画得准确无误；而采用多媒体教学，在制作多媒体课件时就可以通过扫描或者专业域图软件把这些画图的工作提前完成，上课时只要把课件打开．学生就能在屏幕上清晰地看到各个图片．教师就可以用更多的课堂时间来讲解分析，也能够给学生留出思考的时间，大大提高课堂教学的效率。
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1.1 计算机控制系统概述
• 自动控制
控制器
在没有人直接参与的情况下，利用外加的
设备或装置，使机器、设备或生产过程的某
个工作状态或参数自动地按照预定的规律运
行。
被控量
被控对象
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自动控制系统的结构
给定量 + -
控制器
执行机构
检测装置
被控对象
被控量
自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工、比 较和控制。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完 成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系 统的控制性能和应用范围。
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.1 计算机控制系统及其组成
1. 计算机控制系统 （1）计算机控制系统的工作原理
给定量 + -
e 控制器 u
D/A
A/D
执行机构
被控对象
测量变送
工控机
被控对象
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被控量
y
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工作原理
实时数据采集： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。
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课程安排
• 理论教学26学时 • 实验单独设课，6学时，共3个实验
考核办法
平时成绩：20% 期末考试成绩：80%
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参考书目
1. 《计算机控制系统 》，李元春等编著，高等教育出版社 2. 《计算机控制技术 》，姜学军编著，清华大学出版社 3.《微型计算机控制技术 》，潘新民等编著，电子工业出版社 4.《计算机控制技术》，冯培悌编著，浙江大学出版社 5. 期刊－－工业控制机（技术性比较强）、测控技术、电气自 动化、自动化仪表、工业仪表与自动化装置，化工自动化及仪 表等等。
4)智能调节器
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1.1.4. 计算机控制系统的特点
计算机控制系统同连续控制系统相比，具有以下特点： 1）连续控制系统中，各处信号是模拟信号；计算机控制系统
是含有模拟信号和数字信号的混合系统。 2）连续控制系统中，控制规律由模拟电路实现。计算机控制
系统中，控制规律由计算机通过程序实现，具有很大的灵活 性和适应性。 3）计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功 能，能实现复杂控制规律。
键盘（功能键和数字键）
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软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编辑程序 编译程序 连接、装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据可靠性检查程序
数据采集及处理程序
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
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第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 工业控制机的组成结构及特点 • 计算机控制系统的发展概况及趋势
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本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
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★ 主机
中央处理器（CPU）
内存储器(RAM和ROM)
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁
★过程输入/输出通道
★外部设备
输入设备
输出设备
外存储器
模拟量输入通道 模拟量输出通道 开关量输入通道 开关量输出通道
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。 （3）实时的含义 ★ 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完
成。而且这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！ ★ 实时控制系统必定是在线系统。
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1.1.2. 计算机控制系统的组成
硬件部分：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外 部设备、 操作台
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4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
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开课目的和任务
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正 是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工 业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制 系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
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1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
巡回检测程序
越限报警程序 事故预告程序
画面显示程序
数据管理程序
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1.1.3. 常用的计算机控制系统主机
1)可编程控制器 2)工控机 3)嵌入式系统
(1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC
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课程总目录
• 绪论 • 输入输出接口与过程通道 • 数字控制技术 • 计算机控制系统数学基础 • 常规及复杂控制技术 • 现代控制技术 • 应用程序设计与实现技术
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课程总目标
学完本课程后，你应具有以下能力： • 熟悉计算机控制系统的组成原则 • 了解计算机控制系统结构 • 掌握计算机控制系统设计的方法 • 把握计算机控制系统的发展方向 • 灵活应用计算机控制技术解决一些实际应用问题
实时控制决策： 对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
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（2）在线方式和离线方式 ★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机
控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机