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第1章 概述1

1.1 计算机控制系统概论1

1.1.1 计算机控制系统的概念1

1.1.2 计算机控制系统的发展概况3

1.1.3 计算机控制系统的发展趋势5

1.2 计算机控制系统的组成及特点7

1.2.1 计算机控制系统的硬件组成7

1.2.2 计算机控制系统的软件组成8

1.2.3 计算机控制系统的特点9

1.3 计算机控制系统的分类9

1.3.1 操作指导控制系统10

1.3.2 直接数字控制系统（DDC系统）10

1.3.3 计算机顺序控制系统11

1.3.4 计算机监督控制系统（SCC系统）11

1.3.5 分布式控制系统（DCS系统）12

第2章 输入输出过程通道14

2.1 数字量过程通道14

2.1.1 数字量输入通道14

2.1.2 数字量输出通道17

2.2 模拟量输入通道19

2.2.1 模拟量输入通道的结构19

2.2.2 模拟量输入通道的组成19

2.2.3 模拟量输入通道的设计26

2.3 模拟量输出通道28

2.3.1 模拟量输出通道的作用28

2.3.2 模拟量输出通道的组成28

2.3.3 模拟量输出通道的设计31

第3章 计算机控制系统的控制算法34

3.1 数字控制器的模拟化设计方法34

3.1.1 模拟化设计方法34

3.1.2 模拟化设计步骤35

3.2 数字PID控制算法37

3.2.1 基本PID算法37

3.2.2 数字PID算法39

3.2.3 数字PID改进算法40

3.3 数字PID调节器参数的整定44

3.3.1 PID参数对系统控制性能的影响44

3.3.2 扩充临界比例度法整定PID参数45

3.3.3 扩充响应曲线法整定PID参数47

3.3.4 试凑法整定PID参数47

3.4 数字控制器的直接设计方法48

3.4.1 数字控制器的直接法设计步骤48

3.4.2 最少拍数字控制器的设计49

3.4.3 最少拍无纹波数字控制器的设计54

3.5 施密斯（Smith）预估控制56

3.5.1 施密斯预估控制原理56

3.5.2 具有纯滞后Smith补偿的数字控制器58

3.6 大林算法60

3.6.1 大林算法D（z）的基本形式60

3.6.2 振铃现象61

3.6.3 振铃幅度RA63

3.6.4 振铃现象的消除63

3.6.5 大林算法的设计步骤64

第4章 控制系统应用程序设计65

4.1 应用程序设计的基本原则与方法65

4.1.1 应用程序设计的基本步骤65

4.1.2 应用程序设计的目标及原则66

4.1.3 应用程序设计的方法67

4.2 数据结构及其应用71

4.2.1 基本术语72

4.2.2 数据结构的类型72

4.2.3 数据查找技术76

4.2.4 数据排序技术78

4.3 测量数据预处理技术80

4.3.1 系统误差的自动校准80

4.3.2 标度变换82

4.3.3 线性化处理84

4.3.4 越限报警处理86

第5章 控制系统的抗干扰技术87

5.1 干扰的来源和分类87

5.1.1 干扰的来源87

5.1.2 干扰信号的耦合方式88

5.1.3 干扰的作用形式89

5.2 硬件抗干扰技术90

5.2.1 共模干扰的抑制90

5.2.2 串模干扰的抑制92

5.2.3 长线传输干扰的抑制93

5.3 软件抗干扰技术95

5.3.1 软件出错对系统的危害及抗干扰对策95

5.3.2 数字滤波98

5.3.3 输入／输出软件抗干扰措施101

5.3.4 软件冗余技术102

5.3.5 程序运行失常的软件抗干扰102

5.4 接地技术103

5.4.1 微机控制系统中的地线103

5.4.2 常用的接地方法104

5.5 电源系统的抗干扰技术106

5.5.1 抗干扰稳压电源的设计107

5.5.2 电源系统的异常保护108

5.5.3 微机系统的掉电保护109

5.6 “看门狗”技术109

5.6.1 Watchdog的工作原理109

5.6.2 Watchdog的实现110

5.6.3 Watchdog的使用方法110

5.6.4 使用Watchdog的若干问题112

第6章 集散控制系统114

6.1 集散控制系统概述114

6.1.1 集散控制系统的发展115

6.1.2 DCS的特点116

6.2 集散控制系统的组成118

6.2.1 DCS的分散过程控制级118

6.2.2 DCS的集中操作监控级121

6.2.3 DCS的综合信息管理级123

6.3 集散控制系统的数据通信概要125

6.3.1 网络拓扑结构125

6.3.2 访问控制方式126

6.3.3 工业网络的性能评价和选型127

6.4 DCS在火电厂中的应用129

6.4.1 DCS信号流程129

6.4.2 DCS应用过程130

6.4.3 利用INFI-90实现主汽温度控制133

第7章 总线技术136

7.1 总线概述136

7.1.1 总线的产生与发展136

7.1.2 总线的分类137

7.2 现场总线140

7.2.1 现场总线简介141

7.2.2 现场总线的种类144

7.2.3 现场总线的未来144

7.2.4 现场总线在国内的应用145

7.3 现场总线的原理和发展概况146

7.3.1 现场总线的实质146

7.3.2 现场总线的结构147

7.3.3 现场总线的发展概况149

7.3.4 现场总线的特点151

7.4 几种典型的现场总线152

7.4.1 控制层现场总线ControlNet152

7.4.2 设备层现场总线DeviceNet156

7.4.3 Profibus协议162

7.4.4 FF总线166

7.4.5 LonWorks控制网络和Lon总线167

7.4.6 CAN总线168

7.4.7 Modbus协议170

7.5 典型控制网络体系结构171

第8章 计算机控制系统设计与实现173

8.1 系统设计的原则与步骤173

8.1.1 系统设计的原则173

8.1.2 系统设计的步骤175

8.2 系统的工程设计与实现178

8.2.1 系统总体方案设计178

8.2.2 硬件的工程设计与实现179

8.2.3 软件的工程设计与实现182

8.2.4 系统的调试与运行184

8.3 啤酒发酵过程计算机控制系统设计188

8.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求188

8.3.2 系统总体方案的设计189

8.3.3 系统硬件和软件的设计190

8.3.4 系统的安装调试运行及控制效果193

第9章 控制系统组态软件WinCC194

9.1 WinCC简介195

9.1.1 性能特点195

9.1.2 WinCC系统构成196

9.1.3 WinCC与PLC之间的通信196

9.2 WinCC项目197

9.2.1 建立和编辑WinCC项目的一般过程197

9.2.2 WinCC项目管理器介绍197

9.2.3 建立一个新项目199

9.3 变量管理199

9.3.1 添加逻辑连接200

9.3.2 变量的类型200

9.3.3 建立内部变量200

9.3.4 建立过程变量201

9.3.5 创建结构类型和变量组201

9.4 画面组态202

9.4.1 WinCC图形编辑器202

9.4.2 图形、对象和控件的使用203

9.4.3 创建过程画面205

9.4.4 改变画面的对象属性208

9.4.5 指定WinCC运行系统的属性208

9.4.6 运行工程208

9.4.7 使用变量模拟器测试画面210

9.5 故障处理210

9.5.1 功能简介210

9.5.2 诊断功能210

9.6 系统的安全性212

9.6.1 用户管理器的功能原则212

9.6.2 用户管理器组态系统的结构213

参考文献217