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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　工业计算机简介10

2.1 工业控制机的特点10

2.2　工业控制机的总线及分类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23

2.5　可编程控制器PLC25

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31

3.1　模拟量输入接口技术31

3.1.1 A/D转换器主要参数31

3.1.2 A/D转换器的外部特性32

3.1.3 12位A/D转换器芯片AD574A33

3.1.4　模拟量输入接口设计34

3.1.5　模拟量输入通道38

3.1.6　模拟量输入通道的隔离46

3.2　模拟量输出接口技术51

3.2.1 D/A转换器主要参数51

3.2.2 D/A转换器的输入-输出特性52

3.2.3 D/A转换器芯片52

3.2.4　模拟量输出接口设计55

3.2.5　模拟量输出通道57

3.2.6　模拟量输出通道的隔离60

3.3　开关量输入／输出通道61

3.3.1 开关量输入／输出通道的一般结构形式61

3.3.2　开关量输入62

3.3.3 开关量输出驱动电路63

3.4 IPC、DCS、PLC输入／输出通道64

3.4.1 IPC输入／输出通道64

3.4.2 PLC输入／输出通道72

3.4.3 DCS输入／输出通道79

习题与思考题85

第4章　计算机控制系统的控制算法86

4.1　数字滤波和数据处理86

4.1.1 数字滤波86

4.1.2　数据处理90

4.2　数字PID控制92

4.2.1 基本PID控制92

4.2.2　数字PID控制的改进94

4.2.3 数字PID控制器的工程实现98

4.2.4 S7-300/400 PID功能块FB41简介105

4.2.5 PID参数整定111

4.3　施密斯（Smith）预估控制116

4.3.1 施密斯预估控制原理117

4.3.2　具有纯滞后补偿的数字控制器118

4.4　解耦控制120

4.4.1　解耦的条件121

4.4.2　解耦控制的综合算法123

4.5　模糊控制127

4.5.1 模糊控制系统的组成127

4.5.2　模糊控制器的输入和输出变量及其模糊化128

4.5.3　建立模糊控制规则131

4.5.4　模糊关系与模糊推理132

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134

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137

5.1 干扰源与干扰耦合方式137

5.1.1 干扰来源138

5.1.2　干扰信号的耦合方式139

5.2　空间抗干扰的措施141

5.2.1　屏蔽技术141

5.2.2　电气布线技术143

5.3　过程通道的抗干扰措施145

5.4 系统供电与接地的抗干扰措施149

5.4.1 系统供电的抗干扰措施149

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157

5.6.2　提高可靠性的途径159

习题与思考题164

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168

6.1.3　控制网络的类型及其相互关系169

6.2　数据通信基础169

6.2.1　通信和数据通信系统170

6.2.2　传输介质170

6.2.3　传输数据的信号171

6.2.4　数据通信中的同步173

6.2.5　通信媒体共享技术175

6.2.6　数据交换技术176

6.2.7　数据通信中的差错控制技术177

6.3　计算机网络178

6.3.1 计算机网络的基本功能178

6.3.2　计算机网络系统的组成179

6.3.3　计算机网络的分类180

6.3.4 网络的体系结构183

6.3.5 IEEE802系列标准184

6.3.6 TCP/IP协议190

6.4　现场总线193

6.4.1 现场总线的通信协议模型193

6.4.2　现场总线的技术特点及优点195

6.4.3 典型现场总线和性能比较197

6.4.4　现场总线的选择206

6.5　控制网络技术的展望207

习题与思考题208

第7章　集散控制系统的构成209

7.1 典型的DCS体系结构和系统的功能211

7.2　基于IPC的DCS系统（IPC-DCS）215

7.2.1 基于IPC的DCS系统215

7.2.2 IPC-DCS体系结构的典型示例216

7.3 基于PLC的DCS系统（PLC-DCS）224

7.3.1 PLC-DCS的网络体系225

7.3.2 PLC-DCS网络中常用的通信方式227

7.3.3 PLC-DCS体系结构典型示例231

7.4 DCS系统构成237

7.4.1 集散控制系统的发展历程238

7.4.2 DCS体系结构典型示例243

习题与思考题262

第8章　工控组态软件263

8.1 组态软件的组成及数据处理流程263

8.2　组态软件在监控系统中的作用与设计步骤265

8.3　常用组态软件266

8.4　组态软件与DCS系统软件关系267

8.5　组态软件组态王268

8.5.1 组态软件的整体结构268

8.5.2　组态软件应用程序制作过程概述270

8.5.3 “组态王”的基本功能及使用方法271

8.6　组态软件WinCC278

8.6.1 WinCC的主要功能279

8.6.2 WinCC开放结构282

8.6.3 SIMATIC TIA（Total Integrate Automation）全集成自动化概念在WinCC中的应用282

8.6.4 WinCC的系统组态284

8.6.5　报表系统289

习题与思考题290

第9章　计算机控制系统的设计与应用292

9.1 计算机控制系统的设计原则292

9.2　计算机控制系统的设计步骤294

9.2.1 计算机控制系统的总体方案设计294

9.2.2　硬件的工程设计与实现297

9.2.3　软件的工程设计与实现300

9.2.4　控制系统的调试与投运306

9.3　计算机控制系统设计举例307

9.3.1 基于IPC的能源监控管理系统在某企业中的应用307

9.3.2 SIEMENS S7过程控制系统在某水泥厂的应用312

9.3.3 FOXBORO A2在火电厂烟气脱硫过程中的应用322

习题与思考题328

第10章　CIMS简介329

10.1 CIMS的基本概念329

10.1.1 CIM和CIMS的内涵与定义329

10.1.2 CIMS的体系结构330

10.1.3 CIMS的建模方法331

10.1.4 CIMS的应用状况333

10.2 流程工业的特点及其对CIMS的需求334

10.3 流程工业CIMS的总体架构与功能描述335

10.3.1 流程工业的生产经营运作过程335

10.3.2　流程工业CIMS的层次结构模型336

10.3.3　流程工业CIMS的功能构成与功能划分337

10.4　流程工业CIMS的支撑系统339

10.4.1 CIMS的计算机体系结构339

10.4.2　流程工业CIMS中的数据库系统340

10.4.3　流程工业CIMS中的计算机网络341

习题与思考题342

参考文献343