隨著計算機技術、電子技術、自動控制理論和通信技術的發展，計算機控制在工業控制領域中發揮著巨大的作用。計算機控制技術正是為了適應這一領域的需要而發展起來的一門技術。如今，“計算機控制技術”已成為我國高職高專類院校計算機應用、自動化、檢測技術、電子與電氣工程、機電一體化等專業的主干課程。

本書從工程實用的角度出發，以計算機控制系統為背景，深入淺出地論述計算機控制技術在自動控制系統中的應用和發展，詳細介紹常規和現代計算機控制技術的基本原理、計算機控制系統的設計和實現，突出應用性和實用性，同時編入了計算機控制技術的一些新理論、新技術、新方法和新成果。本書主要內容包括：微型計算機控制技術的原理、方法和發展趨勢；微機控制系統的主要概念和基本組成；數字PID控制及其工程實現；輸入、輸出通道與接口技術；工業控制計算機與現場總線；集散控制系統；微型計算機應用系統工程設計；微型計算機系統的抗干擾技術；控制系統組態軟件。

本書是在參閱、整理大量文獻資料和積累編者多年教學、科研實踐經驗的基礎上編寫而成的。選材突出先進性、系統性和實用性，強調解決實際工程問題。

本書由劉福榮任主編，王鳳云、于蘭、宋曉君任副主編，具體編寫分工如下：第2、4、5、7、8章由劉福榮編寫，第1和3章由王鳳云編寫，第6章由于蘭編寫，第9章由宋曉君編寫。全書由劉福榮統稿，高玉祥審稿。

由于編者水平有限，書中難免存在缺點和錯誤，敬請廣大讀者批評指正。

作 者

2010年11月

前言

第1章 概述 1
1.1 計算機控制系統概論 1
1.1.1 計算機控制系統的概念 1
1.1.2 計算機控制系統的發展概況 3
1.1.3 計算機控制系統的發展趨勢 5
1.2 計算機控制系統的組成及特點 7
1.2.1 計算機控制系統的硬件組成 7
1.2.2 計算機控制系統的軟件組成 8
1.2.3 計算機控制系統的特點 9
1.3 計算機控制系統的分類 9
1.3.1 操作指導控制系統 10
1.3.2 直接數字控制系統（DDC系統） 10
1.3.3 計算機順序控制系統 11
1.3.4 計算機監督控制系統（SCC系統） 11
1.3.5 分布式控制系統（DCS系統） 12
第2章 輸入輸出過程通道 14
2.1 數字量過程通道 14
2.1.1 數字量輸入通道 14
2.1.2 數字量輸出通道 17
2.2 模擬量輸入通道 19
2.2.1 模擬量輸入通道的結構 19
2.2.2 模擬量輸入通道的組成 19
2.2.3 模擬量輸入通道的設計 26
2.3 模擬量輸出通道 28
2.3.1 模擬量輸出通道的作用 28
2.3.2 模擬量輸出通道的組成 28
2.3.3 模擬量輸出通道的設計 31
第3章 計算機控制系統的控制算法 34
3.1 數字控制器的模擬化設計方法 34
3.1.1 模擬化設計方法 34
3.1.2 模擬化設計步驟 35
3.2 數字PID控制算法 37
3.2.1 基本PID算法 37
3.2.2 數字PID算法 39
3.2.3 數字PID改進算法 40
3.3 數字PID調節器參數的整定 44
3.3.1 PID參數對系統控制性能的影響 44
3.3.2 擴充臨界比例度法整定PID參數 45
3.3.3 擴充響應曲線法整定PID參數 47
3.3.4 試湊法整定PID參數 47
3.4 數字控制器的直接設計方法 48
3.4.1 數字控制器的直接法設計步驟 48
3.4.2 最少拍數字控制器的設計 49
3.4.3 最少拍無紋波數字控制器的設計 54
3.5 施密斯（Smith）預估控制 56
3.5.1 施密斯預估控制原理 56
3.5.2 具有純滯后Smith補償的數字
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 振鈴現象 61
3.6.3 振鈴幅度RA 63
3.6.4 振鈴現象的消除 63
3.6.5 大林算法的設計步驟 64
第4章 控制系統應用程序設計 65
4.1 應用程序設計的基本原則與方法 65
4.1.1 應用程序設計的基本步驟 65
4.1.2 應用程序設計的目標及原則 66
4.1.3 應用程序設計的方法 67
4.2 數據結構及其應用 71
4.2.1 基本術語 72
4.2.2 數據結構的類型 72
4.2.3 數據查找技術 76
4.2.4 數據排序技術 78
4.3 測量數據預處理技術 80
4.3.1 系統誤差的自動校準 80
4.3.2 標度變換 82
4.3.3 線性化處理 84
4.3.4 越限報警處理 86
第5章 控制系統的抗干擾技術 87
5.1 干擾的來源和分類 87
5.1.1 干擾的來源 87
5.1.2 干擾信號的耦合方式 88
5.1.3 干擾的作用形式 89
5.2 硬件抗干擾技術 90
5.2.1 共模干擾的抑制 90
5.2.2 串模干擾的抑制 92
5.2.3 長線傳輸干擾的抑制 93
5.3 軟件抗干擾技術 95
5.3.1 軟件出錯對系統的危害
及抗干擾對策 95
5.3.2 數字濾波 98
5.3.3 輸入/輸出軟件抗干擾措施 101
5.3.4 軟件冗余技術 102
5.3.5 程序運行失常的軟件抗干擾 102
5.4 接地技術 103
5.4.1 微機控制系統中的地線 103
5.4.2 常用的接地方法 104
5.5 電源系統的抗干擾技術 106
5.5.1 抗干擾穩壓電源的設計 107
5.5.2 電源系統的異常保護 108
5.5.3 微機系統的掉電保護 109
5.6 “看門狗”技術 109
5.6.1 Watchdog的工作原理 109
5.6.2 Watchdog的實現 110
5.6.3 Watchdog的使用方法 110
5.6.4 使用Watchdog的若干問題 112
第6章 集散控制系統 114
6.1 集散控制系統概述 114
6.1.1 集散控制系統的發展 115
6.1.2 DCS的特點 116
6.2 集散控制系統的組成 118
6.2.1 DCS的分散過程控制級 118
6.2.2 DCS的集中操作監控級 121
6.2.3 DCS的綜合信息管理級 123
6.3 集散控制系統的數據通信概要 125
6.3.1 網絡拓撲結構 125
6.3.2 訪問控制方式 126
6.3.3 工業網絡的性能評價和選型 127
6.4 DCS在火電廠中的應用 129
6.4.1 DCS信號流程 129
6.4.2 DCS應用過程 130
6.4.3 利用INFI-90實現主汽溫度控制 133
第7章 總線技術 136
7.1 總線概述 136
7.1.1 總線的產生與發展 136
7.1.2 總線的分類 137
7.2 現場總線 140
7.2.1 現場總線簡介 141
7.2.2 現場總線的種類 144
7.2.3 現場總線的未來 144
7.2.4 現場總線在國內的應用 145
7.3 現場總線的原理和發展概況 146
7.3.1 現場總線的實質 146
7.3.2 現場總線的結構 147
7.3.3 現場總線的發展概況 149
7.3.4 現場總線的特點 151
7.4 幾種典型的現場總線 152
7.4.1 控制層現場總線ControlNet 152
7.4.2 設備層現場總線DeviceNet 156
7.4.3 Profibus協議 162
7.4.4 FF總線 166
7.4.5 LonWorks控制網絡和Lon總線 167
7.4.6 CAN總線 168
7.4.7 Modbus協議 170
7.5 典型控制網絡體系結構 171
第8章 計算機控制系統設計與實現 173
8.1 系統設計的原則與步驟 173
8.1.1 系統設計的原則 173
8.1.2 系統設計的步驟 175
8.2 系統的工程設計與實現 178
8.2.1 系統總體方案設計 178
8.2.2 硬件的工程設計與實現 179
8.2.3 軟件的工程設計與實現 182
8.2.4 系統的調試與運行 184
8.3 啤酒發酵過程計算機控制系統設計 188
8.3.1 啤酒發酵工藝及控制要求 188
8.3.2 系統總體方案的設計 189
8.3.3 系統硬件和軟件的設計 190
8.3.4 系統的安裝調試運行及控制效果 193
第9章 控制系統組態軟件WinCC 194
9.1 WinCC簡介 195
9.1.1 性能特點 195
9.1.2 WinCC系統構成 196
9.1.3 WinCC與PLC之間的通信 196
9.2 WinCC項目 197
9.2.1 建立和編輯WinCC項目的
一般過程 197
9.2.2 WinCC項目管理器介紹 197
9.2.3 建立一個新項目 199
9.3 變量管理 199
9.3.1 添加邏輯連接 200
9.3.2 變量的類型 200
9.3.3 建立內部變量 200
9.3.4 建立過程變量 201
9.3.5 創建結構類型和變量組 201
9.4 畫面組態 202
9.4.1 WinCC圖形編輯器 202
9.4.2 圖形、對象和控件的使用 203
9.4.3 創建過程畫面 205
9.4.4 改變畫面的對象屬性 208
9.4.5 指定WinCC運行系統的屬性 208
9.4.6 運行工程 208
9.4.7 使用變量模擬器測試畫面 210
9.5 故障處理 210
9.5.1 功能簡介 210
9.5.2 診斷功能 210
9.6 系統的安全性 212
9.6.1 用戶管理器的功能原則 212
9.6.2 用戶管理器組態系統的結構 213
參考文獻 217

1. 零基礎玩轉國產大模型DeepSeek [徐永冰 張帥 編著]
2. 網絡工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統項目管理師考試32小時通關（適用第4版考綱） [薛大龍]
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5. 土木工程材料檢測實訓 [洪曉江 達則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實用教程 [李振華]
7. 傳統山水畫論解讀與實踐 [陳鈉 著]
8. Python數據庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計算機基礎實訓指導 [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術應用（數字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術 [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯網工程設計與實踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向對象程序設計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術基礎（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學生職業發展與就業指導 [主編　劉志堅]
20. 高級辦公應用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發項目實戰（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業檔案工作實戰寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計算機網絡原理及應用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學生創業基礎 [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機 [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學生就業指導 [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統架構設計師章節習題與考點特訓 [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學生工作探索與實踐 [郭亮 著]
29. 大學生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業發展報告 [主編 周棟良]