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目 录 1

绪论 1

14.5.1 BACnet总线概述 51 5

1.1.1理想微分PID控制 6

第1章计算机常规控制技术 6

第1篇 直接数字控制（DDC） 6

1.1数字PID控制算法 6

1.1.2实际微分PID控制 9

1.2数字PID控制算法的改进 12

1.2.1积分项的改进 13

1.2.2微分项的改进 15

1.2.3变PID控制 16

1.3数字PID控制器的工程实现 17

1.3.1给定值处理 21

1.3.2被控量处理 22

1.3.3偏差处理 24

1.3.4 PID计算 25

1.3.5控制量处理 27

1.3.6 自动手动切换 29

1.3.7 P1D控制块参数表 31

1.3.8 PID控制器的无平衡无扰动切换 32

1.4.1简单控制系统 38

1.4数字PID控制系统的设计 38

1.4.2复杂控制系统 39

1.5数字PID控制参数的整定 53

1.5.1 PID控制参数的工程整定法 53

1.5.2 PID控制参数的自整定法 56

1.5.3控制周期的选取 61

第2章计算机现代控制技术 63

2.1基于状态空间模型的极点配置设计法 63

2.1.1按极点配置设计控制规律 64

2.1.2按极点配置设计观测器 71

2.1.3按极点配置设计控制器 76

2.2基于状态空间模型的最优化设计法 79

2.2.1设计最优控制规律 80

2.2.2设计最优状态估计器 84

2.2.3设计最优控制器 86

2.3预测控制技术 87

2.3.1 内部模型 88

2.3.2预测模型 89

2.3.3预测控制算法 91

第3章计算机输入输出技术 94

3.1模拟量输入通道 94

3.1.1 A/D转换器 95

3.1.2 A/D转换器接口 99

3.1.3 A/D转换通道 102

3.2模拟量输出通道 110

3.2.1 D/A转换器 110

3.2.2 D/A转换器接口 114

3.2.3 D/A转换通道 116

3.3数字量输入通道 123

3.3.1 D1接口 123

3.3.2 DI通道 123

3.4数字量输出通道 124

3.4.1 DO接口 124

3.4.2 DO通道 124

3.5输入数据处理 125

3.5.1数字滤波 125

3.5.2数据处理 128

3.6.1输入输出功能块的结构 129

3.6输入输出功能块 129

3.6.2输入输出标准数 131

4.1.1 回路操作显示窗口 133

第4章计算机人机接口技术 133

4.1 回路操作显示器 133

4.1.2回路操作显示设备 134

4.2键盘接口 137

4.2.1独立连接式键盘 137

4.2.2矩阵连接式键盘 138

4.3 LED显示器接口 139

4.3.1七段LED显示器接口 140

4.3.2十六段LED显示器接口 142

4.4指示报警接口 143

4.5 CRT显示画面 144

第5章计算机抗干扰技术 146

5.1.1干扰传播途径 146

5.1干扰的来源和传播途径 146

5.1.2串模干扰 149

5.1.3共模干扰 150

5.1.4长线传输干扰 152

5.2干扰的抑制 152

5.2.1共模干扰的抑制 152

5.2.2 串模干扰的抑制 155

5.2.3长线传输干扰的抑制 156

5.2.4信号线的选择和敷设 157

5.3.1地线系统的分析 159

5.3接地技术 159

5.3.2输入系统的接地 160

5.3.3主机系统的接地 161

5.4供电技术 162

5.4.1供电系统的一般保护措施 163

5.4.2电源异常的保护措施 163

第6章 DDC系统的设计和应用 164

6.1 DDC系统的设计概述 164

6.1.1 DDC系统的设计原则 164

6.1.2 DDC系统的设计过程 166

6.1.3 DDC系统的设计方法 168

6.2 DDC系统的硬件设计 170

6.2.1 DDC系统的硬件结构 170

6.2.2 DDC系统的主控单元 172

6.2.3 DDC系统的输入输出单元 179

6.2.4 DDC系统的操作显示单元 182

6.3 DDC系统的软件设计 183

6.3.1 DDC系统的软件设计方法 183

6.3.2 DDC系统的输入输出软件 185

6.3.3 DDC系统的运算控制软件 187

6.3.4 DDC系统的操作显示软件 195

6.3.5 DDC系统的监控组态软件 197

6.4 DDC系统的应用设计 200

6.4.1 DDC系统的控制方案设计 200

6.4.2 DDC系统的工程设计 214

6.4.3 DDC系统的应用实例 219

6.4.4 DDC系统的运行调试 225

第1篇习题与思考题 229

第1篇小结 229

7.1.1仪表分散控制系统 236

第2篇 集散控制系统（DCS） 236

第7章DCS概述 236

7.1 DCS的产生过程 236

7.1.2仪表集中控制系统 237

7.1.3计算机集中控制系统 238

7.1.4计算机集散控制系统 239

7.2 DCS的发展历程 241

7.2.1 第一代DCS 241

7.2.2第二代DCS 242

7.2.3第三代DCS 244

7.2.4新一代DCS 246

7.3 DCS的特点和优点 247

7.3.1分散性和集中性 247

7.3.5可靠性和适应性 248

7.3.2 自治性和协调性 248

7.3.3灵活性和扩展性 248

7.3.4先进性和继承性 248

7.3.6友好性和新颖性 249

第8章DCS的体系结构 250

8.1 DCS的层次结构 250

8.1.1 DCS的直接控制层 251

8.1.2 DCS的操作监控层 251

8.1.3 DCS的生产管理层 251

8.2.1 DCS控制站的硬件结构 252

8.1.4 DCS的决策管理层 252

8.2 DCS的硬件结构 252

8.2.2 DCS操作员站的硬件结构 253

8.3.1 DCS控制站的软件结构 254

8.2.3 DCS工程师站的硬件结构 254

8.3 DCS的软件结构 254

8.2.4 DCS监控计算机站的硬件结构 254

8.3.2 DCS操作员站的软件结构 255

8.3.3 DCS工程师站的软件结构 256

8.3.4 DCS监控计算机站的软件结构 257

8.4 DCS的网络结构 257

8.4.1 DCS的输入输出总线 257

8.4.2 DCS的控制网络 258

8.4.3 DCS的生产管理网络 258

8.4.4 DCS的决策管理网络 259

8.5.1 CENTUM-CS3000的体系结构 259

8.5典型DCS的体系结构 259

8.5.2 TDC3000和TPS的体系结构 266

8.5.3 Delta V的体系结构 275

8.5.4 I/A Series的体系结构 277

8.5.5 MACS的体系结构 279

8.5.6 DEO的体系结构 280

8.5.7 PCS7的体系结构 281

第9章DCS的控制站 283

9.1 DCS控制站的组成 283

9.1.1 DCS控制站的硬件 283

9.1.2 DCS控制站的软件 284

9.2.1模拟量输入模块 290

9.2 DCS控制站的输入模块 290

9.2.2数字量输入模块 294

9.3 DCS控制站的输出模块 295

9.3.1模拟量输出模块 296

9.3.2数字量输出模块 297

9.4.1代数运算模块 299

9.4.2信号选择模块 299

9.4 DCS控制站的运算模块 299

9.4.3数据选择模块 302

9.4.4数值限制模块 305

9.4.5报警检查模块 305

9.4.6计算公式模块 306

9.5.1连续控制模块 309

9.5.2逻辑控制模块 309

9.5 DCS控制站的控制模块 309

9.4.7传递函数模块 309

9.5.3顺序控制模块 325

9.6 DCS控制站的程序模块 327

9.6.1过程控制语言 327

9.6.2程序模块 329

第10章DCS的操作员站 331

10.1 DCS操作员站的组成 331

10.1.1 DCS操作员站的硬件 331

10.1.2 DCS操作员站的软件 332

10.2通用操作画面 333

10.2.1总貌画面 333

10.2.2组画面 334

10.2.3 点画面 337

10.2.4趋势画面 339

10.2.5报警画面 340

10.3专用操作画面 343

10.3.1 主控系统画面 343

10.3.3操作指导画面 346

10.3.2数据采集系统画面 346

10.3.4操作面板画画 347

10.3.5控制回路画面 347

10.4历史信息画面 348

10.4.1操作员操作记录 348

10.4.2过程点报警记录 349

10.4.3系统设备状态记录 350

10.4.4系统设备错误记录 350

10.4.5事故追忆记录 352

10.5系统信息画面 353

10.5.1 系统设备状态画面 353

10.5.2功能模块汇总画面 353

第11章DCS的工程师站 355

11.1 DCS工程师站的组成 355

11.1.1 DCS工程师站的硬件 355

11.1.2 DCS 工程师站的软件 355

11.2系统设备组态 356

11.2.1操作监控层设备组态 356

11.2.2直接控制层设备组态 359

11.3控制功能组态 361

11.3.1控制功能组态方式 361

11.3.2输入模块组态 362

11.3.3输出模块组态 363

11.3.4运算模块组态 364

11.3.5控制模块组态 364

11.3.6程序模块组态 367

11.4.1通用操作画面组态 368

11.4操作画面组态 368

11.4.2专用操作画面组态 369

11.4.3特殊画面组态 369

第12章DCS的应用设计 371

12.1 DCS应用的总体设计 371

12.1.1总体设计的原则 371

12.1.2系统设备的配置 373

12.1.3 DCS性能的评估 376

12.2 DCS应用的工程设计 381

12.2.1工位号的选取 381

12.2.2仪表设备的安装设计 382

12.2.3输入输出点表的设计 382

12.2.4控制回路的设计 383

12.2.5操作画面的设计 387

12.3 DCS应用的组态调试 388

12.3.1输入输出点的组态调试 388

12.3.2控制回路的组态调试 389

12.3.3操作画面的组态调试 391

12.4 DCS应用的典型实例 391

12.4.1 DCS应用实例之一 391

12.4.2 DCS应用实例之二 398

第2篇小结 402

第2篇习题与思考题 402

第13章FCS概述 406

13.1.1现场总线的含义 406

13.1 现场总线的含义和产生 406

第3篇现场总线控制系统（FCS） 406

13.1.2现场总线的产生 407

13.2 FCS的含义和产生 411

13.2.1 FCS的含义 411

13.2.2 FCS的产生 412

13.2.3 FCS的变革 414

13.3 FCS的特点和优点 415

13.3.1系统的分散性 415

13.3.2系统的开放性 416

13.3.3产品的互操作性 416

13.3.4环境的适应性 416

13.3.5使用的经济性 416

13.3.7系统的可靠性 417

13.3.6维护的简易性 417

14.1 FF（基金会现场总线） 418

14.1.1 FF-H1的技术概述 418

第14章FCS的现场总线 418

14.1.2 FF-H1的物理层（PHY） 425

14.1.3 FF-H1的数据链路层（DLL） 432

14.1.4 FF-H1的现场总线访问子层（FAS） 437

14.1.5 FF-H1的现场总线报文规范子层（FMS） 444

14.1.6 FF-H1的网络管理（NM） 454

14.1.7 FF-H1的系统管理（SM） 457

14.1.8 FF-H1的功能块（FB） 466

14.1.9 FF-H1的设备描述（DD） 474

14.1.10 FF高速以太网（HSE） 476

14.2 PROFIBUS（过程现场总线） 482

14.2.1 PROFIBUS的通信模型 483

14.2.2 PROFIBUS的网络拓扑结构 484

14.2.3 PROFIBUS的物理层 486

14.2.4 PROFIBUS的数据链路层 492

14.2.5 PROFIBUS的应用层 497

14.2.6 PROFIBUS的网络管理 499

14.2.7 PROFIBUS的用户层 501

14.3 LON（局部操作网络） 501

14.3.1 LON总线概述 502

14.3.2 LON网络拓扑结构 502

14.3.3 LON通信协议 503

14.3.4 LON微处理器（Neuron芯片） 507

14.3.5 LON编程语言（Neuron C） 509

14.4.2 CAN的物理层 511

14.4 CAN（控制器区域网络） 511

14.4.1 CAN总线概述 511

14.4.3 CAN的数据链路层 512

14.4.4 CAN的专用集成电路 514

14.5 BACnet总线 515

14.5.2 BACnet的物理层和数据链路层 515

14.5.3 BACnet的网络层 516

14.5.4 BACnet的应用层 516

14.5.5 BACnet设备的标准对象类型 517

14.6 HART总线 520

14.6.1 HART总线概述 520

14.6.3 HART的数据链路层 521

14.6.2 HART的物理层 521

14.6.4 HART的应用层 522

第15章FCS的体系结构 524

1 5.1 FCS的层次结构 524

15.1.1 FCS的现场控制层 525

15.1.2 FCS的操作监控层 525

15.1.3 FCS的生产管理层 525

15.1.4 FCS的决策管理层 525

15.2.3 FCS工程师站的硬件结构 526

15.2.4 FCS监控计算机站的硬件结构 526

15.3 FCS的软件结构 526

15.2.2 FCS操作员站的硬件结构 526

15.2.1 FCS现场仪表的硬件结构 526

15.2 FCS的硬件结构 526

15.3.1 FCS现场仪表的软件结构 527

15.3.2 FCS操作员站的软件结构 527

15.3.3 FCS工程师站的软件结构 527

15.3.4 FCS监控计算机站的软件结构 527

15.4 FCS的网络结构 527

15.4.1 FCS的现场总线网络 528

15.4.2 FCS的监控网络 528

15.4.3 FCS的生产管理网络 528

15.4.4 FCS的决策管理网络 528

第16章FCS的现场控制层 529

16.1现场总线的设备 529

16.1.1现场总线仪表 529

16.1.3现场总线接口 531

16.1.2现场总线辅助设备 531

16.2现场总线仪表的应用块 532

16.2.1 现场总线仪表的资源块 532

16.2.2现场总线仪表的变换块 534

16.2.3现场总线仪表的功能块 536

16.3现场总线控制回路的构成 545

16.3.1 简单控制回路的构成 545

16.3.2复杂控制回路的构成 546

第17章FCS的应用设计 548

17.1 FCS应用的总体设计 548

17.1.1 FCS总体设计的原则 548

1 7.1.2 FCS系统设备的配置 549

17.2.1 现场总线的控制回路设计 550

17.2 FCS应用的工程设计 550

17.2.2现场总线的网络设计 551

17.2.3现场总线段的网络接线 554

17.2.4现场总线的设备安装 557

17.2.5操作监控设备的安装 558

17.3 FCS应用的组态调试 558

17.3.1应用块的组态调试 558

17.3.2控制回路的组态调试 559

17.3.3 FCS操作画面的组态调试 560

17.4 FCS应用的典型实例 561

17.4.1 FCS应用实例之一 561

17.4.2 FCS应用实例之二 562

第3篇习题与思考题 565

第3篇小结 565

第4篇可编程控制器系统（PCS） 570

第18章可编程控制器的技术概述 570

18.1可编程控制器的控制功能 570

18.1.1 可编程控制器的逻辑控制功能 570

18.1.2可编程控制器的顺序控制功能 571

18.1.3可编程控制器的扩展控制功能 572

18.2可编程控制器的工作原理 573

18.2.1可编程控制器的输入过程 573

18.2.2 可编程控制器的程序执行 574

18.2.3可编程控制器的输出过程 574

18.3可编程控制器的编程语言 574

18.3.1 可编程控制器的指令表编程 574

18.3.2 可编程控制器的梯形图编程 575

18.3.3可编程控制器的功能块图编程 576

18.3.4 可编程控制器的顺序功能图编程 576

18.3.5 可编程控制器的结构化文本编程 577

第19章可编程控制器的体系结构 580

19.1可编程控制器的硬件结构 580

19.1.1 可编程控制器的主机模块 581

19.1.2可编程控制器的输入输出模块 581

19.1.3可编程控制器的通信模块 582

19.1.4可编程控制器的结构形式 582

19.1.5可编程控制器的人机接口设备 582

19.2可编程控制器的软件结构 583

19.2.1 可编程控制器的系统软件 583

19.2.2可编程控制器的编程软件 583

19.3可编程控制器的网络结构 584

19.3.1 可编程控制器的网络拓扑结构 584

19.2.3可编程控制器的应用软件 584

19.3.2可编程控制器的网络通信方式 585

19.4典型可编程控制器的体系结构 586

19.4.1 S7系列可编程控制器的体系结构 586

19.4.2 C系列可编程控制器的体系结构 589

第20章可编程控制器的指令系统 591

20.1 可编程控制器指令系统的概述 591

20.1.1 可编程控制器指令的结构 591

20.1.2可编程控制器指令的操作符 592

20.1.3可编程控制器指令的操作数 593

20.2 C系列可编程控制器的指令系统 603

20.2.1 C系列位逻辑运算类指令 603

20.2.2 C系列计时器计数器类指令 607

20.2.3 C系列分支跳转类指令 613

20.2.4 C系列数据移位类指令 616

20.2.5 C系列数据传送类指令 622

20.2.6 C系列数据比较类指令 627

20.2.7 C系列数制变换类指令 629

20.2.8 C系列译码编码类指令 631

20.2.9 C系列BCD数据运算类指令 639

20.2.10 C系列二进制数据运算类指令 646

20.2.11 C系列字逻辑运算类指令 649

20.2.12 C系列特殊类指令 652

20.3 S7系列可编程控制器的指令系统 660

20.3.1 S7系列位逻辑运算类指令 660

20.3.2 S7系列计时器类指令 663

20.3.3 S7系列计数器类指令 663

20.3.4 S7系列程序控制类指令 664

20.3.5 S7系列数据移位类指令 666

20.3.6 S7系列数据传送类指令 667

20.3.7 S7系列数据比较类指令 669

20.3.8 S7系列数制转换类指令 669

20.3.9 S7系列译码编码类指令 670

20.3.10 S7系列算术运算类指令 671

20.3.11 S7系列增1和减1类指令 673

20.3.12 S7系列逻辑运算类指令 673

20.3.13 S7系列填表查表类指令 674

20.3.14 S7系列特殊类指令 677

第21章可编程控制器的应用设计 679

21.1可编程控制器的应用设计概述 679

21.1.1 可编程控制器的应用设计原则 679

21.1.2可编程控制器的应用设计过程 680

21.1.3可编程控制器的应用设计方法 681

21.2可编程控制器的基本控制回路 682

21.2.1启停控制回路 682

21.2.2连锁控制回路 683

21.2.3时间控制回路 684

21.2.4步进控制回路 687

21.3 可编程控制器的应用实例 687

21.3.1 可编程控制器的应用实例之一 687

21.3.2 可编程控制器的应用实例之二 691

21.3.3 可编程控制器的应用实例之三 692

第4篇小结 696

第4篇习题与思考题 696

缩写词 698

参考文献 707

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