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计算机控制技术

中国水利水电出版社
    【作 者】刘福荣 【I S B N 】978-7-5084-8493-8 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】高职高专 【出版时间】2011-05-27 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】2011年5月第1版 【页 数】224 【千字数】352 【印 张】14 【定 价】24 【丛 书】全国高职高专“十二五”规划教材 【备注信息】
图书详情

    本书注重理论联系实际,突出工程应用,阐述了计算机控制技术及其工程实现方法。全书共分9章,内容包括:计算机控制系统概述、计算机控制过程通道、计算机控制系统的控制算法、控制系统应用程序设计、计算机控制系统抗干扰技术、集散控制系统应用概述、总线技术、计算机控制系统设计与实现、控制系统组态软件。

    本书内容广泛涉及多学科交叉,综合性强,体系完整。书中的实例大多来自工程实际,旨在体现理论与实践相结合的特点,可作为高等职业院校计算机应用、自动化、检测技术、电子与电气工程、机电一体化等专业的教材,还可供工程技术人员及对计算机控制系统知识感兴趣的读者参考。

    本书配有电子教案,读者可以从中国水利水电出版社网站和万水书苑免费下载,网址为:http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.wsbookshow.com。

    随着计算机技术、电子技术、自动控制理论和通信技术的发展,计算机控制在工业控制领域中发挥着巨大的作用。计算机控制技术正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门技术。如今,“计算机控制技术”已成为我国高职高专类院校计算机应用、自动化、检测技术、电子与电气工程、机电一体化等专业的主干课程。

    本书从工程实用的角度出发,以计算机控制系统为背景,深入浅出地论述计算机控制技术在自动控制系统中的应用和发展,详细介绍常规和现代计算机控制技术的基本原理、计算机控制系统的设计和实现,突出应用性和实用性,同时编入了计算机控制技术的一些新理论、新技术、新方法和新成果。本书主要内容包括:微型计算机控制技术的原理、方法和发展趋势;微机控制系统的主要概念和基本组成;数字PID控制及其工程实现;输入、输出通道与接口技术;工业控制计算机与现场总线;集散控制系统;微型计算机应用系统工程设计;微型计算机系统的抗干扰技术;控制系统组态软件。

    本书是在参阅、整理大量文献资料和积累编者多年教学、科研实践经验的基础上编写而成的。选材突出先进性、系统性和实用性,强调解决实际工程问题。

    本书由刘福荣任主编,王凤云、于兰、宋晓君任副主编,具体编写分工如下:第2、4、5、7、8章由刘福荣编写,第1和3章由王凤云编写,第6章由于兰编写,第9章由宋晓君编写。全书由刘福荣统稿,高玉祥审稿。

    由于编者水平有限,书中难免存在缺点和错误,敬请广大读者批评指正。

    作 者

    2010年11月

    前言

    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RA 63
    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ControlNet 152
    7.4.2 设备层现场总线DeviceNet 156
    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WinCC 194
    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
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