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第1章 绪论1

1.1计算机控制系统概述1

1.1.1计算机控制系统及其组成1

1.1.2计算机控制系统的典型形式4

1.2计算机控制的发展概况8

习题与思考题9

第2章 工业控制计算机简介10

2.1工业控制计算机的特点10

2.2工业控制计算机的总线及分类11

2.2.1总线的概念11

2.2.2总线的类别12

2.2.3工业控制计算机分类14

2.3总线标准14

2.3.1 STD总线15

2.3.2 ISA总线15

2.3.3 PCI总线19

2.3.4 PC/104总线21

2.4 IPC的基本组成22

2.5可编程序控制器（PLC）25

2.5.1 PLC的基本组成25

2.5.2 PLC各组成部分25

2.6单片机27

2.7数字控制器28

习题与思考题29

第3章 计算机控制系统的输入／输出接口技术30

3.1模拟量输入接口技术30

3.1.1 A/D转换器主要参数30

3.1.2 A/D转换器的外部特性31

3.1.3 12位A/D转换器芯片AD574A32

3.1.4模拟量输入接口设计33

3.1.5模拟量输入通道37

3.1.6模拟量输入通道的隔离44

3.2模拟量输出接口技术49

3.2.1 D/A转换器主要参数49

3.2.2 D/A转换器的输入-输出特性50

3.2.3 D/A转换器芯片51

3.2.4模拟量输出接口设计53

3.2.5模拟量输出通道55

3.2.6模拟量输出通道的隔离58

3.3开关量输入／输出通道59

3.3.1开关量输入／输出通道的一般结构形式60

3.3.2开关量输入60

3.3.3开关量输出驱动电路61

3.4 IPC、DCS 、PLC输入／输出通道62

3.4.1 IPC输入／输出通道62

3.4.2 PLC输入／输出通道70

3.4.3 DCS输入／输出通道78

习题与思考题87

第4章 计算机控制系统的控制算法89

4.1数字滤波和数据处理89

4.1.1数字滤波89

4.1.2数据处理93

4.2数字PID控制95

4.2.1基本PID控制95

4.2.2数字PID控制的改进97

4.2.3数字PID控制器的工程实现101

4.2.4 S7-300/400 PID功能块FB41简介108

4.2.5 PID参数整定113

4.3施密斯（Smith）预估控制118

4.3.1施密斯预估控制原理118

4.3.2具有纯滞后补偿的数字控制器119

4.4解耦控制121

4.4.1解耦的条件122

4.4.2解耦控制的综合算法124

4.5模糊控制128

4.5.1模糊控制系统的组成128

4.5.2模糊控制器的输入和输出变量及其模糊化129

4.5.3建立模糊控制规则131

4.5.4模糊关系与模糊推理133

4.5.5模糊控制向量的模糊判决——“清晰化”134

4.5.6模糊控制表135

4.5.7确定实际的控制量135

4.5.8模糊控制算法的工程实现136

习题与思考题136

第5章 计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术138

5.1干扰源与干扰耦合方式138

5.1.1干扰来源139

5.1.2干扰信号的耦合方式140

5.2空间抗干扰的措施142

5.2.1屏蔽技术142

5.2.2电气布线技术143

5.3过程通道的抗干扰措施146

5.4系统供电与接地的抗干扰措施150

5.4.1系统供电的抗干扰措施150

5.4.2系统接地的抗干扰措施152

5.5采用监控定时器Watchdog的抗干扰措施156

5.6提高计算机控制系统的可靠性措施157

5.6.1可靠性158

5.6.2提高可靠性的途径159

习题与思考题163

第6章 控制网络技术165

6.1控制网络概述165

6.1.1企业计算机网络的层次结构166

6.1.2控制网络与IT网络的区别167

6.1.3控制网络的类型及其相互关系170

6.2数据通信基础171

6.2.1通信和数据通信系统171

6.2.2传输介质171

6.2.3传输数据的信号172

6.2.4数据通信中的同步174

6.2.5通信媒体共享技术176

6.2.6数据交换技术177

6.2.7数据通信中的差错控制技术178

6.3通信接口和标准179

6.3.1通信设备的通信结构179

6.3.2通信接口标准180

6.4现场总线183

6.4.1现场总线的通信协议模型183

6.4.2现场总线的技术特点及优点185

6.4.3典型现场总线和性能比较187

6.4.4现场总线的选择196

6.5控制网络技术的展望197

习题与思考题198

第7章 集散控制系统的构成199

7.1典型的DCS体系结构和系统的功能201

7.2基于IPC的DCS系统（IPC-DCS）205

7.2.1基于IPC的DCS系统205

7.2.2 IPC-DCS体系结构的典型示例206

7.3基于PLC的DCS系统 （PLC-DCS）214

7.3.1 PLC-DCS的网络体系214

7.3.2 PLC-DCS网络中常用的通信方式216

7.3.3 PLC-DCS体系结构典型示例220

7.4 DCS系统构成227

7.4.1集散控制系统的发展历程227

7.4.2 DCS体系结构典型示例232

习题与思考题250

第8章 工控组态软件251

8.1组态软件的组成及数据处理流程251

8.2组态软件在监控系统中的作用与设计步骤253

8.3常用组态软件254

8.4组态软件与DCS系统软件关系255

8.5组态软件——组态王256

8.5.1组态王软件的整体结构256

8.5.2组态软件应用程序制作过程概述258

8.5.3组态王软件的基本功能及使用方法259

8.6组态软件WinCC266

8.6.1 WinCC的主要功能266

8.6.2 WinCC开放结构269

8.6.3 SIMATIC TIA（Total Integrate Automation）全集成自动化概念在WinCC中的应用270

8.6.4 WinCC的系统组态272

8.6.5报表系统277

8.7组态软件VisualField278

8.7.1系统组态软件278

8.7.2系统监控软件280

8.8 IEC61131-3编程语言285

8.8.1 IEC61131-3编程语言的基本概念285

8.8.2 IEC61131-3简介288

8.8.3 IEC61131-3编程基础289

8.8.4 IEC61131-3标准的基本内容290

8.8.5 IEC61131-3的软件模型298

8.8.6 IEC61 131-3的通信模型299

8.8.7五种编程语言介绍301

8.8.8应用举例307

习题与思考题320

第9章 计算机控制系统的设计与应用322

9.1计算机控制系统的设计原则322

9.2计算机控制系统的设计步骤324

9.2.1计算机控制系统的总体方案设计324

9.2.2硬件的工程设计与实现327

9.2.3软件的工程设计与实现330

9.2.4控制系统的调试与投运336

9.3计算机控制系统设计举例337

9.3.1基于IPC的能源监控管理系统在某企业中的应用337

9.3.2 SIEMENS S7过程控制系统在某水泥厂的应用342

9.3.3中控W ebField ECS在离子膜烧碱过程中的应用351

习题与思考题355

第10章CIMS简介356

10.1 CIMS的基本概念356

10.1.1 CIM和CIMS的内涵与定义356

10.1.2 CIM S的体系结构357

10.1.3 CIM S的建模方法359

10.1.4 CIMS的应用状况360

10.2流程工业的特点及其对CIMS的需求361

10.3流程工业CIMS的总体架构与功能描述362

10.3.1流程工业的生产经营运作过程362

10.3.2流程工业CIMS的层次结构模型363

10.3.3流程工业CIMS的功能构成与功能划分364

10.4流程工业CIMS的支撑系统366

10.4.1 CIMS的计算机体系结构366

10.4.2流程工业CIMS中的数据库系统367

10.4.3流程工业CIMS中的计算机网络368

习题与思考题369

参考文献370