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第1章　计算机控制概述1

1.1　控制系统组成1

1.1.1 控制系统概念1

1.1.2　硬件组成3

1.1.3　软件组成4

1.2　控制系统分类6

1.2.1 数据采集系统6

1.2.2　操作指导控制系统6

1.2.3 直接数字控制系统7

1.2.4　监督计算机控制系统7

1.2.5　分散控制系统8

1.2.6　现场总线控制系统8

1.2.7　计算机集成制造系统9

1.3　控制装置种类9

1.3.1 可编程控制器10

1.3.2 可编程调节器10

1.3.3　总线式工控机10

1.3.4　嵌入式计算机系统11

1.3.5　其他控制装置11

本章小结12

思考题12

第2章　模拟量输出通道13

2.1 D/A转换器14

2.1.1 工作原理与性能指标14

2.1.2 8位DAC0832芯片16

2.1.3 12位DAC1210芯片17

2.2　接口电路18

2.2.1 DAC0832接口电路18

2.2.2 DAC1210接口电路19

2.3　输出方式20

2.3.1 电压输出方式20

2.3.2 电流输出方式22

2.3.3 自动／手动切换输出方式24

2.4　D/A转换模板25

2.4.1　D/A转换模板的通用性25

2.4.2　D/A转换模板的设计举例26

本章小结28

思考题28

第3章　模拟量输入通道29

3.1　信号调理电路29

3.2　多路模拟开关30

3.2.1 结构原理30

3.2.2　扩展电路31

3.3　前置放大器32

3.3.1　测量放大器32

3.3.2 可变增益放大器32

3.4　采样保持器33

3.4.1　数据采样定理34

3.4.2　零阶采样保持器34

3.5　A/D转换器36

3.5.1 工作原理与性能指标36

3.5.2 ADC0809及其接口电路40

3.5.3 AD574A芯片及其接口电路44

3.6 A/D转换模板46

本章小结49

思考题49

第4章　数字量输入／输出通道50

4.1　光电耦合隔离技术50

4.1.1 光电耦合隔离器50

4.1.2 光电耦合隔离电路51

4.2　数字量输入通道52

4.2.1　开关输入电路52

4.2.2　脉冲计数电路53

4.3　数字量输出通道54

4.3.1　三极管驱动电路54

4.3.2　继电器驱动电路55

4.3.3 晶闸管驱动电路56

4.3.4 固态继电器驱动电路57

4.4 DI/DO模板58

本章小结59

思考题59

第5章　键盘及其接口技术60

5.1　键盘输入电路60

5.1.1　键盘的抖动干扰60

5.1.2　抖动干扰的消除60

5.2　非编码独立式键盘61

5.2.1 查询法接口电路62

5.2.2 中断法接口电路63

5.3　非编码矩阵式键盘64

5.3.1 矩阵式键盘的结构组成64

5.3.2　矩阵式键盘的程序设计65

5.4　编码键盘67

5.4.1　二进制编码器67

5.4.2　编码键盘接口电路68

本章小结69

思考题70

第6章　显示器及其接口技术71

6.1 LED显示器71

6.1.1 LED显示器的结构原理71

6.1.2 LED显示器的显示方式73

6.1.3 LED显示器接口电路75

6.2 LCD79

6.2.1 LCD的结构原理79

6.2.2 LCD的驱动方式80

6.2.3 段位式LCD接口电路82

6.2.4 点阵式LCD接口电路84

6.3　图形显示器87

6.3.1 图形显示器概述87

6.3.2 图形显示画面88

本章小结92

思考题92

第7章　数据处理技术93

7.1　测量数据预处理技术93

7.1.1 系统误差的自动校准93

7.1.2　数据字长的预处理94

7.2　数字滤波方法95

7.2.1　平均值滤波95

7.2.2 中值滤波96

7.2.3 限幅滤波97

7.2.4　惯性滤波97

7.3　标度变换算法98

7.3.1　线性式变换98

7.3.2　非线性式变换100

7.3.3 多项式变换101

7.3.4　查表法103

7.4　越限报警处理104

7.4.1　越限报警程序104

7.4.2　越限报警方式105

本章小结107

思考题108

第8章　抗干扰技术109

8.1 干扰的来源与传播途径109

8.1.1 干扰的来源109

8.1.2　干扰的传播途径110

8.2　硬件抗干扰措施111

8.2.1 串模干扰的抑制111

8.2.2　共模干扰的抑制113

8.2.3 长线传输干扰的抑制116

8.2.4　信号线的选择与敷设118

8.2.5 电源系统的抗干扰119

8.2.6　接地系统的抗干扰123

8.3　软件抗干扰措施126

8.3.1　指令冗余技术126

8.3.2　软件陷阱技术126

8.4　程序运行监视系统127

8.4.1 Watchdog Timer工作原理127

8.4.2 Watchdog Timer实现方法128

本章小结128

思考题129

第9章　数字控制器的设计130

9.1　数字控制器的连续化设计130

9.1.1 数字控制器的连续化设计步骤130

9.1.2 PID控制规律132

9.1.3　数字PID控制算法135

9.1.4 改进的数字PID控制算法137

9.1.5　数字PID参数的整定142

9.2　数字控制器离散化设计146

9.2.1 数字控制器的离散化设计步骤146

9.2.2 最少拍控制系统的设计147

9.2.3　纯滞后控制155

9.3　数字串级控制器的设计159

9.3.1 串级控制的结构和原理160

9.3.2 串级控制系统的确定161

9.3.3　数字串级控制算法161

9.4　数字前馈控制器的设计162

9.4.1 前馈控制的结构和原理162

9.4.2　前馈—反馈控制结构163

9.4.3　数字前馈—反馈控制算法164

9.5　数字程序控制器的设计165

9.5.1　数字程序控制基础165

9.5.2　逐点比较法插补原理167

9.5.3 步进电机控制技术175

本章小结180

思考题180

第10章　控制网络技术182

10.1　数据通信基础182

10.1.1　数据通信系统182

10.1.2　数据传输编码185

10.1.3 多路复用技术187

10.1.4　通信同步技术189

10.1.5 常用传输介质191

10.2　通信网络技术191

10.2.1 网络拓扑结构191

10.2.2 网络控制方法192

10.2.3　差错控制技术193

10.3　网络体系结构195

10.4　串行通信总线198

10.4.1 RS-232C通信总线198

10.4.2 RS-422/485通信总线203

10.5　工业以太网206

10.5.1 以太网及其优势207

10.5.2 工业以太网的关键技术207

10.5.3 基于以太网的控制网络系统208

10.5.4 几种典型的实时以太网210

本章小结211

思考题211

第11章 IPC与PLC212

11.1 IPC结构组成212

11.1.1　硬件组成212

11.1.2　软件组成213

11.2 IPC总线结构214

11.2.1 内部总线214

11.2.2　外部总线217

11.3 IPC功能特点217

11.4 IPC产品简介218

11.4.1 工业计算机机箱218

11.4.2　工业级底板219

11.4.3 工业级CPU卡219

11.4.4 PCI总线I/O卡220

11.5 PLC结构组成222

11.5.1 CPU模块222

11.5.2 I/O模块223

11.5.3　编程装置224

11.5.4 电源224

11.5.5 PLC的物理结构224

11.6 PLC编程语言225

11.7 PLC工作过程228

11.8 PLC功能特点230

11.9 PLC产品简介231

11.9.1 CPU模块231

11.9.2　数字量扩展模块232

11.9.3　模拟量扩展模块232

11.9.4 热电偶、热电阻扩展模块233

11.9.5　通信模块233

11.9.6　通信处理器233

11.9.7 中文显示屏233

11.9.8 编程软件234

本章小结234

思考题235

第12章 DCS与FCS236

12.1 DCS体系结构236

12.1.1 分散过程控制级237

12.1.2　集中操作监控级238

12.1.3　综合信息管理级240

12.1.4　通信网络系统240

12.2 DCS功能特点240

12.2.1　DCS的软件241

12.2.2　DCS的特点241

12.3 DCS产品简介241

12.3.1 TDC-3000242

12.3.2 I/AS243

12.3.3 SUPCON JX-300245

12.4 FCS体系结构246

12.5 FCS功能特点248

12.5.1 FCS的特点248

12.5.2 FCS的组态249

12.6 FCS产品简介249

12.6.1 CAN249

12.6.2 Lon Works250

12.6.3 PROFIBUS250

12.6.4 WorldFIP250

12.6.5 HART251

12.6.6 FF251

本章小结252

思考题252

第13章 监控组态软件253

13.1　组态软件及其发展253

13.1.1 组态软件的发展趋势253

13.1.2　组态软件的特点254

13.1.3 使用组态软件的一般步骤254

13.2　组态软件的图形开发环境255

13.2.1　基本概念255

13.2.2 图形开发环境的工作界面255

13.3　工艺控制流程图的组态257

13.3.1 建模257

13.3.2 变量的定义258

13.3.3 画面的编辑与动画连接261

13.4　复杂图形对象的组态及应用265

13.4.1　趋势曲线265

13.4.2　报表生成267

13.4.3　报警和事件269

13.4.4 配方管理271

13.5　程序的运行与调试272

13.5.1 运行系统设置273

13.5.2　运行系统273

本章小结273

思考题274

第14章　控制系统设计与工程实现275

14.1　控制系统的设计原则275

14.2　控制工程的实现步骤276

14.2.1 准备阶段277

14.2.2　设计阶段278

14.2.3　仿真及调试阶段282

14.2.4　现场调试运行阶段283

14.3　控制工程的应用实例284

14.3.1 水槽水位单片机控制系统284

14.3.2　循环水装置IPC控制系统285

14.3.3 中水回用PLC控制系统289

14.3.4　聚合釜温压仪表控制系统293

14.3.5　基于PLC与IPC的锅炉综合控制系统297

本章小结303

思考题303

部分思考题参考答案305

参考文献310