計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

前言

為了更好地適應(yīng)當(dāng)前我國高等教育跨越式發(fā)展需要，滿足我國高校從精英教育向大眾化教育的重大轉(zhuǎn)移階段中社會(huì)對(duì)高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的各類要求，探索和建立我國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系，全國高等學(xué)校教學(xué)研究中心（以下簡稱“教研中心”）在承擔(dān)全國教育科學(xué)“十五”國家規(guī)劃課題——“2l世紀(jì)中國高等教育人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”研究工作的基礎(chǔ)上，組織全國100余所以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的高等院校，進(jìn)行其子項(xiàng)目課題——“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”的研究與探索，在高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容、課程體系研究等方面取得了標(biāo)志性成果，并在高等教育出版社的支持和配合下，推出了一批適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要的立體化教材，冠以“教育科學(xué)‘十五’國家規(guī)劃課題研究成果”。2002年11月，教研中心在南京工程學(xué)院組織召開了“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題立項(xiàng)研討會(huì)。會(huì)議確定由教研中心組織國家級(jí)課題立項(xiàng)，為參加立項(xiàng)研究的高等院校搭建高起點(diǎn)的研究平臺(tái)，整體設(shè)計(jì)立項(xiàng)研究計(jì)劃，明確目標(biāo)。課題立項(xiàng)采用整體規(guī)劃、分步實(shí)施、滾動(dòng)立項(xiàng)的方式，分期分批啟動(dòng)立項(xiàng)研究計(jì)劃。為了確保課題立項(xiàng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，組建了“2l世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題領(lǐng)導(dǎo)小組（亦為高校應(yīng)用型人才立體化教材建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組）。會(huì)后，教研中心組織了首批課題立項(xiàng)申報(bào)，有63所高校申報(bào)了近450項(xiàng)課題。2003年1月，在黑龍江工程學(xué)院進(jìn)行了項(xiàng)目評(píng)審，經(jīng)過課題領(lǐng)導(dǎo)小組嚴(yán)格的把關(guān)，確定了首批9項(xiàng)子課題的牽頭學(xué)校、主持學(xué)校和參加學(xué)校。2003年3月至4月，各子課題相繼召開了工作會(huì)議。交流了各校教學(xué)改革的情況和面臨的具體問題，確定了項(xiàng)目分工，并全面開始研究工作。計(jì)劃先集中力量，用兩年時(shí)間形成一批有關(guān)人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課程體系等理論研究成果報(bào)告和在研究報(bào)告基礎(chǔ)上同步組織建設(shè)的反映應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色的立體化系列教材。與過去立項(xiàng)研究不同的是，“21世紀(jì)中國高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”課題研究在審視、選擇、消化與吸收多年來已有應(yīng)用型人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐成果基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)工作的實(shí)際需要，努力實(shí)踐，大膽創(chuàng)新，采取邊研究、邊探索、邊實(shí)踐的方式，推進(jìn)高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)工作，突出重點(diǎn)目標(biāo)，并不斷取得標(biāo)志性的階段成果。

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是教育科學(xué)“十五”國家規(guī)劃課題研究成果，也是上海市教育委員會(huì)高校重點(diǎn)教材建設(shè)項(xiàng)目之一?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》從系統(tǒng)工程的角度，以功能模塊方式把IPC、DCS和PLC劃分為過程通道、控制算法、系統(tǒng)通信技術(shù)、可靠性技術(shù)、組態(tài)軟件等若干個(gè)模塊，融合在一起，闡述其結(jié)構(gòu)體系、工作原理、設(shè)計(jì)、集成方法及其共性和特點(diǎn)?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》共十章，包括：緒論、工控機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出接口技術(shù)、控制算法、抗干擾與可靠性技術(shù)、控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、離散控制系統(tǒng)的構(gòu)成、軟件基礎(chǔ)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、CIMS簡介?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》可用作高等院校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)、其他相關(guān)專業(yè)本科生和高職高專學(xué)生的教材及參考書，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第1章 緒論 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成 1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 1.2 過程計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展概況第2章 工業(yè)計(jì)算機(jī)簡介2.1 工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn) 2.2 工業(yè)控制機(jī)的分類 2.3 總線式工控機(jī) 2.3.1 STD總線 2.3.2 PC總線 2.3.3 MULTIbus總線 2.4 PLC2.4.1 PLC的基本組成 2.4.2 PLC各組成部分 2.5 單片機(jī) 2.6 單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器 第3章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出接口技術(shù) 3.1 模擬量輸入接口技術(shù)3.1.1 A／D轉(zhuǎn)換器主要參數(shù) 3.1.2 A／D轉(zhuǎn)換器的外部特性 3.1.3 12位A／D轉(zhuǎn)換器芯片AD574A 3.1.4 模擬信號(hào)輸入接口設(shè)計(jì) 3.1.5 模擬量輸入通道的組成 3.1.6 IPC、DCS、PLC模擬量輸入通道 3.2 模擬量輸出接口技術(shù) 3.2.1 D／A轉(zhuǎn)換器主要參數(shù) 3.2.2 D／A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性 3.2.3 模擬量輸出接口設(shè)計(jì) 3.2.4 IPC、DCS、PLC模擬量輸出通道3.3 開關(guān)信號(hào)輸入輸出通道 3.3.1 開關(guān)量輸入／輸出通道的一般結(jié)構(gòu)形式 3.3.2 開關(guān)量輸入隔離及電平變換 3.3.3 開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路 3.3.4 IPC、DCS、PLC開關(guān)量輸入輸出通道第4章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法 4.1 數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理 4.1.1 數(shù)字濾波 4.1.2 數(shù)據(jù)處理 4.2 數(shù)字PID控制 4.2.1 基本PID控制 4.2.2 數(shù)字PID控制的改進(jìn) 4.2.3 數(shù)字PID控制器的工程實(shí)現(xiàn) 4.2.4 PID參數(shù)整定 4.3 施密斯(Smith)預(yù)估控制 4.3.1 施密斯預(yù)估控制原理 4.3.2 具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 4.4 解耦控制4.4.1 解耦的條件 4.4.2 解耦控制的綜合算法4.5 模糊控制4.5.1 模糊控制系統(tǒng)的組成4.5.2 模糊控制器的輸入輸出變量及其模糊化4.5.3 建立模糊控制規(guī)則4.5.4 模糊關(guān)系與模糊推理4.5.5 模糊控制向量的模糊判決——“清晰化”4.5.6 模糊控制表4.5.7 確定實(shí)際的控制量 4.5.8 模糊控制算法的工程實(shí)現(xiàn)第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù) 5.1 干擾源與干擾耦合方式5.1.1 干擾來源5.1.2 干擾信號(hào)的耦合方式5.2 空間抗干擾的措施5.3 過程通道的抗干擾措施5.4 系統(tǒng)供電與接地的抗干擾措施 5.4.1 系統(tǒng)供電的抗干擾措施5.4.2 系統(tǒng)接地的抗干擾措施5.5 采用watchdog的抗干擾措施5.6 提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性措施5.6.1 可靠性5.6.2 提高可靠性的途徑6.1 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 6.1.1 控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別6.1.2 企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次模型6.1.3 控制網(wǎng)絡(luò)的類及其相互關(guān)系6.2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)6.2.1 通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)6.2.2 傳輸介質(zhì)6.2.3 傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)6.2.4 數(shù)據(jù)通信中的同步6.2.5 通信媒體共享技術(shù)6.2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)6.2.7 數(shù)據(jù)通信差錯(cuò)控制技術(shù)6.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能6.3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成6.3.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類6.3.4 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和參考模型6.4 現(xiàn)場總線6.4.1 現(xiàn)場總線的發(fā)展歷程6.4.2 現(xiàn)場總線的組成與結(jié)構(gòu)6.4.3 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)6.4.4 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)6.5 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的展望第七章 集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成 7.1 概述7.2 基于IPC的DCS系統(tǒng)構(gòu)成(IPC-DCS7.2.1 IPC-DCS的網(wǎng)絡(luò)體系7.2.2 IPC-DCS的通信方式7.2.3 IPC-DCS的過程控制級(jí)的構(gòu)成7.3 PLC的DCS系統(tǒng)構(gòu)成（PLC-DCS）7.3.1 PLC-DCS的網(wǎng)絡(luò)體系7.3.2 PLC-DCS網(wǎng)絡(luò)中常用的通信方式7.3.3 PLC-DCS的過程控制級(jí)的構(gòu)成7.4 DCS系統(tǒng)構(gòu)成7.4.1 DCS的網(wǎng)絡(luò)體系和通信方式7.4.2 DCS的過程控制級(jí)的構(gòu)成第八章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ) 8.1 概述8.2 IPC組態(tài)軟件的特點(diǎn)8.3 組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)思想8.4 IPC-DCS實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件包GENESIS8.4.1 概述8.4.2 主要模塊功能8.4.3 GENESIS時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)8.4.4 網(wǎng)絡(luò)GEN-NET8.4.5 GENESIS的選項(xiàng)8.4.6 OPTlONS可選類8.5 PLC-DCS組態(tài)軟件WinCC5.08.5.1 WinCC5.0的結(jié)構(gòu)8.5.2 WinCC5.0的主要功能8.5.3 WinCC開放結(jié)構(gòu)8.5.4 SIMATIC TIA（Total Integrate Automation）全集成自動(dòng)化概念在 WinCC5.0中的應(yīng)用 8.5.5 WinCC的系統(tǒng)組態(tài)8.6 DCS組態(tài)軟件XDPS控制軟件8.6.1 操作員站軟件8.6.2 工程師站軟件8.6.3 歷史數(shù)據(jù)站軟件8.6.4 DPU軟件8.6.5 GTW軟件第九章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用9.1 概述9.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和步驟9.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則9.2.2 設(shè)計(jì)與實(shí)施計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的步驟9.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例9.3.1 燃油加熱爐IPC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.3.2 循環(huán)流化床鍋爐DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.3.3 啤酒發(fā)酵過程PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第十章 CIMS簡介10.1 CIMS的基本概念 10.1.1 CIM和CIMS的內(nèi)涵與定義10.1.2 CIMS的體系結(jié)構(gòu)10.1.3 CIMS的建模方法10.1.4 CIMS的應(yīng)用狀況10.2 流程工業(yè)的特點(diǎn)及其對(duì)CIMS的需求10.3 流程工業(yè)CIMS的總體架構(gòu)與功能描述10.3.1 流程工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營運(yùn)作過程 10.3.2 流程工業(yè)CIMS的層次結(jié)構(gòu)模型10.3.3 流程工業(yè)CIMS的功能構(gòu)成與功能劃分10.4 流程工業(yè)CIMS的支撐系統(tǒng)10.4.1 CIMS的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)10.4.2 流程工業(yè)CIMS中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 10.4.3 流程工業(yè)CIMS中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在實(shí)際的數(shù)據(jù)通信過程中，存在著許多產(chǎn)生差錯(cuò)的因素，如：噪聲、傳輸失真、載波干擾、傳輸反射干擾、線間串?dāng)_和靜電干擾等。為了保證無差錯(cuò)通信，需要提供檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的措施，即差錯(cuò)控制。1．糾錯(cuò)編碼糾錯(cuò)編碼，又稱抗干擾編碼是差錯(cuò)控制技術(shù)的核心。它的要點(diǎn)是：在所要傳送的數(shù)據(jù)序列中，按一定的規(guī)則加入一些新的碼元（冗余碼元），使這些碼元與數(shù)據(jù)碼元之間建立一定的關(guān)系，從而使碼元之間產(chǎn)生某種相關(guān)性。傳輸后，在接收端按相應(yīng)的規(guī)則檢查數(shù)據(jù)碼元和冗余碼元的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)甚至糾正差錯(cuò)。按其功能來分，抗干擾編碼可分成檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼兩類。只能檢查錯(cuò)誤而不能糾正錯(cuò)誤的抗干擾編碼稱為檢錯(cuò)碼；具有自動(dòng)糾錯(cuò)功能的抗干擾編碼稱為糾錯(cuò)碼。一般說來，冗余碼元越多，信息碼組間的差別越大，因而越容易檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。但是，由于冗余碼元的增加，傳輸效率必然降低，可以說，傳輸過程的可靠性是用其有效性來換取的。目前常用的糾錯(cuò)編碼有奇偶檢驗(yàn)碼、方陣檢驗(yàn)碼、恒比校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）等。前幾種屬于檢錯(cuò)碼，而循環(huán)冗余校驗(yàn)碼則屬于糾錯(cuò)碼。由于篇幅所限，以下只簡單介紹一下奇偶檢驗(yàn)碼和方陣檢驗(yàn)碼的檢錯(cuò)機(jī)制。（1）奇偶檢驗(yàn)碼奇偶檢驗(yàn)碼是最簡單的檢錯(cuò)碼，也是微機(jī)內(nèi)部和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用的編碼。其機(jī)制是：將所要傳送的數(shù)據(jù)碼元分組，在每一組數(shù)據(jù)后面加入一位奇（或偶）檢驗(yàn)位，取1或0，使不包括檢驗(yàn)位在內(nèi)的該組數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇檢驗(yàn)）或偶數(shù)（偶檢驗(yàn)），然后在信道上一起發(fā)送。在接收端按同樣的規(guī)律進(jìn)行檢查，如不符合則有差錯(cuò)產(chǎn)生。這種方法只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)位數(shù)的出錯(cuò)，而且不能確定差錯(cuò)位置，所以檢錯(cuò)能力低。

編輯推薦

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》由高等教育出版社出版。

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