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第一章 绪论1

第一节 计算机控制系统的一般概念1

一、计算机控制系统的概述1

二、过程计算机控制系统的信号特点3

三、计算机控制系统的组成6

四、计算机控制系统的经济效益7

第二节 过程计算机控制系统的分类7

一、计算机巡回检测和操作指导系统7

二、计算机直接数字控制系统8

三、计算机监督控制系统8

四、计算机集散控制系统9

五、现场总线控制系统10

六、工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）10

第三节 过程计算机控制系统的设计与实现10

一、设计过程计算机控制系统的一般步骤11

二、过程计算机控制系统的分析和设计方法11

第四节 过程计算机控制系统的发展概况及趋势12

主要参考文献14

思考题与习题14

第二章 过程计算机总线技术15

第一节 概述15

一、总线结构连接15

二、总线的分类16

三、总线的模板化结构18

第二节 总线的体系结构18

一、总线的体系结构18

二、总线的控制方式19

第三节 内部总线21

一、STD总线21

二、PC系列总线24

第四节 外部总线29

一、IEEE-488总线概述29

二、IEEE-488总线的信号分配30

思考题与习题32

主要参考文献32

第三章 过程计算机的输入输出接口技术33

第一节 模拟量输入接口33

一、D/A转换器原理及器件33

二、D/A转换器接口与隔离技术37

三、D/A转换模板的标准化设计41

第二节 模拟量输入接口44

一、A/D转换原理及器件44

二、A/D转换器接口与隔离技术49

三、A/D转换的标准化设计57

第三节 开关量输入输出接口60

一、开关量的概念及种类60

二、开关量输入接口60

三、开关量输出接口61

四、开关量输入输出模板的标准化设计61

第四节 人-机接口63

一、键盘接口63

二、显示器接口65

三、打印机接口66

四、其它人-机接口68

主要参考文献70

思考题与习题70

第四章 计算机控制系统中的数据通信技术71

第一节 数据通信的基础知识71

一、数据通信概述71

二、数据传输方式73

三、多路复用技术74

第二节 数据通信设备75

一、通信适配器75

二、RS-232C标准76

三、调制解调器81

四、RS-449、RS-422、RS-423及RS-485标准82

五、通信介质（媒质）85

第三节 数据通信中的检错与纠错86

一、奇/偶校验（Parity Check）86

二、循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）87

三、恒比码88

附录 ASCⅡ码89

一、排打印ASCⅡ码（控制代码）89

二、可打印ASCⅡ码（控制代码）89

主要参考文献90

思考题与习题90

第五章 过程计算机控制系统中的计算机网络技术91

第一节 概述91

一、计算机网络的分类91

二、计算机网络的基本协议92

三、Internet和Intranet94

第二节 计算机局域网络99

一、局域网络和拓扑结构99

二、网络操作系统（Network Operating System ,NOS）101

三、星形网、总线网、环形网117

一、概述123

第三节 计算机网络互连及其协议123

二、网络互连方法124

三、网络互连部件124

四、广域网和远程网128

第四节 控制系统中计算机网络体系结构130

一、控制系统中计算机网络体系结构130

二、企业的网络管理130

三、一个实施例子介绍133

思考题与习题135

主要参考文献135

第六章 过程计算机控制系统中的控制策略136

第一节 数字滤波和数据处理136

一、采样数据的合理性判别及报警136

二、数字滤波137

三、数据处理139

第二节 数字PID控制算法141

一、标准数字PID控制算法142

二、数字PID控制算法的改进143

三、数字PID控制的参数整定146

第三节 基于数字PID控制的多回路控制系统149

一、串级控制系统150

二、前馈控制系统151

三、纯滞后补偿控制系统152

第四节 模型预测控制154

一、模型预测控制的基本原理154

二、动态矩阵控制（DMC）155

三、模型算法控制（MAC）167

四、小结172

第五节 模糊控制173

一、预备知识173

二、模糊控制的基本原理175

三、模糊控制器的设计177

四、模糊控制器的改进182

五、模糊控制器的工业应用举例184

第六节 控制策略的工程实现186

一、给定值处理186

二、被控量处理187

四、控制策略的实现188

三、偏差处理188

五、控制量处理190

六、自动手动切换190

主要参考文献191

思考题与习题192

第一节 概述194

一、计算机控制系统软件基础194

第七章 过程计算机控制系统软件基础194

二、过程计算机控制系统软件构成195

三、过程计算机控制系统软件功能195

第二节 操作系统196

一、操作系统的功能与任务196

二、操作系统的分类198

三、实时多任务操作系统199

四、Windows NT操作系统200

五、OS/2操作系统201

六、VMS操作系统202

七、Linux与RT Linux操作系统203

第三节 实用数据结构204

一、数据结构概念204

二、线性表及其顺序存储结构205

三、线性链表206

四、堆栈和队列207

五、数组和类型208

六、结构和联合209

七、数据文件210

第四节 过程计算机控制系统应用软件211

一、过程计算机控制系统应用软件的需求211

二、应用软件设计技术212

三、应用软件开发环境及平台216

四、计算机控制系统应用软件设计216

第五节 商品化的工业控制软件简介217

一、商品化的工业控制软件217

二、工业控制平台软件Intellution217

三、柔性先进控制软件包FLACS218

主要参考文献220

思考题与习题220

第八章 过程计算机控制系统中的数据库技术221

第一节 过程计算机控制系统与数据库221

一、需求221

二、先进思想221

第二节 数据库技术概述222

一、数据库系统的基本概念222

二、数据库系统结构223

三、数据库管理系统226

四、关系数据库查询语言SQL228

第三节 计算机控制系统中的数据库229

一、实时数据库的概念229

二、实时数据库的功能和特点229

三、实时事务及实时事务处理231

四、实时数据库的组态和生成232

一、关系模型233

五、分布式实时数据库和历史数据库233

第四节 基于关系模型的数据库233

二、大型关系数据库及发展简介235

三、桌面型关系数据库237

第五节 关系数据库的设计和应用237

一、关系数据库设计概述238

二、数据库的概念设计238

三、数据库的逻辑设计238

四、数据库的物理设计239

五、分布式数据库239

第六节 数据库的接口设计241

主要参考文献243

思考题与习题243

第九章 计算机集散控制系统244

第一节 计算机集散控制系统（DCS）概念244

一、DCS的整体概念244

二、DCS的特点245

三、DCS的发展及典型产品246

第二节 计算机集散控制系统的体系结构249

一、概述249

二、大型DCS的体系结构与各层的功能252

三、中小型DCS的体系结构与各层的功能254

第三节 计算机集散控制系统的硬件结构256

一、概述256

二、DCS的现场控制站（单元）256

三、DCS的操作站258

四、DCS的冗余技术259

第四节 计算机集散控制系统中的软件技术260

一、DCS的组态软件260

二、DCS的操作软件261

三、DCS的控制软件263

第五节 DCS通信接口264

一、 串行接口设计264

二、网络接口设计266

二、PLC系统的发展对DCS的影响267

一、DCS的局限性267

第六节 计算机集散控制系统及应用的发展趋势267

三、DCS体系结构的发展趋势268

主要参考文献270

思考题与习题271

第十章 过程计算机控制系统的设计与实施272

第一节 过程计算机控制系统设计原则和步骤272

一、过程计算机控制系统设计原则272

二、设计与实施过程计算机控制系统的步骤274

第二节 过程计算机控制系统的设计与实施276

一、计算机控制系统的总体方案设计276

二、硬件的工程设计与实现277

三、软件的工程设计与实现279

四、控制系统的调试与投运281

第三节 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术282

一、过程计算机控制系统的抗干扰技术282

二、系统供电与接地技术286

三、看门狗（watchdog）及其电源掉电检测技术289

第四节 过程计算机控制系统的实例290

一、控制系统的总体设计290

二、纸机控制系统的硬件设计294

三、纸机控制系统的软件结构296

四、系统的安装、调试和运行297

五、经济核算297

六、结论298

主要参考文献298

思考题与习题299

第十一章 现场总线技术300

一、现场总线简介300

二、现场总线的发展背景与趋势301

三、现场总线系统的技术特点302

四、现场总线的优点303

五、现场总线与计算机控制、DCS系统304

六、几个有影响的现场决线标准化组织及标准304

一、 现场总线的七层模型305

第二节 现场总线标准305

二、 现场总线物理层标准简介306

三、 现场总线其它层次协议简介308

第三节 几类有影响的现场总线309

一、基金会现场总线（FF）309

二、LonWorks技术和LON总线简介316

三、HART通信协议简介320

四、CAN总线简介322

六、InterBus-S总线简介324

五、Profibus总线简介324

第四节 现场总线的应用实例326

一、InterBus-S总线的应用举例326

二、Profibus现场总线的应用举例327

三、LonWorks网络应用简介329

主要参考文献331

思考题与习题332

一、CIMS的概念与发展333

第一节 概述333

第十二章 流程工业计算机集成制造系统CIMS简介333

二、流程工业CIMS与离散工业CIMS之比较336

第二节 流程工业CIMS的体系结构338

一、 流程工业CIMS的功能结构及递阶控制层次338

二、 流程工业CIMS的企业资源计划（ERP）系统与制造执行系统（MES）342

三、间歇生产方式对流程工业CIMS的影响344

第三节 流程工业CIMS的核心问题及关键技术345

一、系统集成345

二、系统优化349

三、建立CIMS集成环境的关键技术351

四、实现流程工业CIMS功能集成的关键技术352

第四节 流程工业CIMS设计示例355

一、CIMS的功能递阶结构355

二、一些关键技术及处理356

三、实现的CIMS子系统358

附录 CIMS的相关计算机网站358

主要参考文献358

思考题与习题359