計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用

前言

本書第1版自2005年出版以來，已在相當(dāng)多的工科院校中得以應(yīng)用，至今發(fā)行銷售了14000冊。作為一門電氣信息類的高年級專業(yè)課，又面對著市場上約二三十種同類教材的競爭，應(yīng)當(dāng)說本書在高校師生和圖書市場中已占有穩(wěn)固的一席之地。在獲得廣大高校師生充分肯定的同時，我們也陸續(xù)收到了讀者提出的一些寶貴意見。與此同時，作為融合自動化、計算機、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展極其迅速。因此，對本書進行修訂再版是十分必要的。本書作者從20世紀(jì)80年代初至今，在大連工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院和大連理工大學(xué)城市學(xué)院從事計算機控制以及檢測技術(shù)、自動化儀表、過程控制、自動化系統(tǒng)工程設(shè)計的教學(xué)、科研和工程工作，獲得了諸如省精品課程、省精品教材、省教學(xué)成果、省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果、省多媒體教育軟件大賽等系列獎。這次對本書的修訂，進一步總結(jié)、匯集了作者多年的教學(xué)經(jīng)驗和科研成果；同時吸納了讀者的反饋信息，補充了最新的知識內(nèi)容，在一些論證、舉例、描述等方面作了進一步的充實、提高，使之更趨合理與完善。計算機控制技術(shù)是電氣信息類專業(yè)的一門主干核心課程。而電氣信息類專業(yè)培養(yǎng)人才的終極目標(biāo)和設(shè)置的課程體系因不同層次的高校又會有所不同。本書側(cè)重于應(yīng)用主導(dǎo)型自動化專業(yè)的培養(yǎng)需求，重點突出對實體的控制即工程應(yīng)用方面的知識結(jié)構(gòu)與知識體系。再版書面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，立足于對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。其特點如下：在總體布局上考慮到計算機控制裝置不同的機型種類及相同的構(gòu)成原理與功能，緊緊圍繞PC總線工業(yè)控制計算機這條主線，又兼顧到單片機、智能儀表、PLC、DCS與FCS等典型控制裝置的通用技術(shù)與性能特點；在內(nèi)容編排上既考慮了新穎、先進、全面，又注重對關(guān)鍵知識點的透徹剖析和硬件、軟件的融合；在講授思路上，無論是一章還是一節(jié)，都遵循由局部到綜合、由硬件到軟件、由單機到系統(tǒng)、由個性到共性，而且由淺入深、前后呼應(yīng)的順序；在原理方法的闡述上，盡量避免高深的數(shù)學(xué)理論與推導(dǎo)，突出工程實用的接口電路與簡潔易懂的程序軟件?？傊?，再版書立足于理論與實際的結(jié)合、硬件電路與軟件編程的融合以及新技術(shù)、新成果的及時引入。這不僅符合科學(xué)技術(shù)本身的發(fā)展規(guī)律，而且更易于達(dá)到說理透徹、相輔相成、深入淺出的效果，也更有利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的提高。再版書以PC總線工業(yè)控制計算機為主線，闡述了計算機的控制技術(shù)及工程應(yīng)用，介紹了當(dāng)前工控市場中的幾種典型控制裝置。全書共分14章。第1章概要介紹了計算機控制系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)分類與裝置種類。第2章至第6章詳細(xì)闡述了一個工業(yè)計算機控制系統(tǒng)各個部分硬件、軟件的基本組成、工作原理及接口技術(shù)，分別介紹了計算機控制系統(tǒng)的模擬量輸出通道，模擬量輸人通道，數(shù)字量輸人、輸出通道，鍵盤接口技術(shù)與顯示器接口技術(shù)。第7章討論了計算機控制系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)。第8章介紹了計算機控制系統(tǒng)對惡劣環(huán)境的硬件、軟件抗干擾技術(shù)。第9章討論了數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計與離散化設(shè)計以及數(shù)字串級控制器、前饋控制器、程序控制器的設(shè)計。

內(nèi)容概要

本書以PC總線工業(yè)控制計算機為主線，闡述了計算機的控制技術(shù)及工程應(yīng)用。全書共分14章，內(nèi)容包括：計算機控制概述，模擬量輸出通道，模擬量輸入通道，數(shù)字量輸入／輸出通道，鍵盤及其接口技術(shù)，顯示器及其接口技術(shù)，數(shù)據(jù)處理技術(shù)，抗干擾技術(shù)，數(shù)字控制器的設(shè)計，控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，IPC與PLC，DCS與FCS，監(jiān)控組態(tài)軟件，控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實現(xiàn)。    本書可用做高等學(xué)校自動化、電子與電氣工程、機電一體化、計算機應(yīng)用等專業(yè)本科生的教材及參考書，也可作為高等教育自學(xué)教材及有關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 計算機控制概述   1.1 控制系統(tǒng)組成   1.2 控制系統(tǒng)分類   1.3 控制裝置種類   本章小結(jié)   思考題 第2章 模擬量輸出通道   2.1 D／A轉(zhuǎn)換器   2.2 接口電路   2.3 輸出方式   2.4 D／A轉(zhuǎn)換模板   本章小結(jié)   思考題 第3章 模擬量輸入通道   3.1 信號調(diào)理電路   3.2 多路模擬開關(guān)   3.3 前置放大器   3.4 采樣保持器   3.5 A／D轉(zhuǎn)換器   3.6 A／D轉(zhuǎn)換模板   本章小結(jié)   思考題 第4章 數(shù)字量輸入／輸出通道   4.1 光電耦合隔離技術(shù)   4.2 數(shù)字量輸入通道   4.3 數(shù)字量輸出通道   4.4 DI／DO模板   本章小結(jié)   思考題 第5章 鍵盤及其接口技術(shù)   5.1 鍵盤輸入電路   5.2 非編碼獨立式鍵盤   5.3 非編碼矩陣式鍵盤   5.4 編碼鍵盤   本章小結(jié)   思考題 第6章 顯示器及其接口技術(shù)   6.1 LED顯示器   6.2 LCD   6.3 圖形顯示器   本章小結(jié)   思考題 第7章 數(shù)據(jù)處理技術(shù)   7.1 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)   7.2 數(shù)字濾波方法   7.3 標(biāo)度變換算法   7.4 越限報警處理   本章小結(jié)   思考題 第8章 抗干擾技術(shù)   8.1 干擾的來源與傳播途徑   8.2 硬件抗干擾措施   8.3 軟件抗干擾措施   8.4 程序運行監(jiān)視系統(tǒng)   本章小結(jié)   思考題 第9章 數(shù)字控制器的設(shè)計   9.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計   9.2 數(shù)字控制器離散化設(shè)計   9.3 數(shù)字串級控制器的設(shè)計   9.4 數(shù)字前饋控制器的設(shè)計   9.5 數(shù)字程序控制器的設(shè)計   本章小結(jié)   思考題 第10章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)   10.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)   10.2 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)   10.3 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)   10.4 串行通信總線   10.5 工業(yè)以太網(wǎng)   本章小結(jié)   思考題 第11章 IPC與PLC   11.1 IPC結(jié)構(gòu)組成   11.2 IPC總線結(jié)構(gòu)   11.3 IPC功能特點   11.4 IPC產(chǎn)品簡介   11.5 PLC結(jié)構(gòu)組成   11.6 PLC編程語言   11.7 PLC工作過程   11.8 PLC功能特點   11.9 PLC產(chǎn)品簡介   本章小結(jié)   思考題 第12章 DCS與FCS   12.1 DCS體系結(jié)構(gòu)   12.2 DCS功能特點   12.3 DCS產(chǎn)品簡介   12.4 FCS體系結(jié)構(gòu)   12.5 FCS功能特點   12.6 FCS產(chǎn)品簡介   本章小結(jié)   思考題 第13章 監(jiān)控組態(tài)軟件   13.1 組態(tài)軟件及其發(fā)展   13.2 組態(tài)軟件的圖形開發(fā)環(huán)境   13.3 工藝控制流程圖的組態(tài)   13.4 復(fù)雜圖形對象的組態(tài)及應(yīng)用   13.5 程序的運行與調(diào)試   本章小結(jié)   思考題 第14章 控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實現(xiàn)   14.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則   14.2 控制工程的實現(xiàn)步驟   14.3 控制工程的應(yīng)用實例   本章小結(jié)   思考題 部分思考題參考答案 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：3.過程輸入／輸出通道在計算機與生產(chǎn)過程被控對象之間起著信息傳遞和變換作用的連接裝置，稱為過程輸入通道和過程輸出通道，統(tǒng)稱為過程通道。過程輸入通道又分為模擬量輸入通道和數(shù)字量輸入通道兩種。模擬量輸入通道，簡稱A／D或AI通道，是用來把模擬量輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的；數(shù)字量輸入通道，簡稱DI通道，是用來輸入開關(guān)量信號或數(shù)字量信號的。過程輸出通道又分為模擬量輸出通道和數(shù)字量輸出通道兩種。模擬量輸出通道，簡稱D／A或AO通道，是用來把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再輸出的；數(shù)字量輸出通道，簡稱DO通道，是用來輸出開關(guān)量信號或數(shù)字量信號的。4.操作臺操作臺是操作員與計算機控制系統(tǒng)之間進行聯(lián)系的紐帶，可以完成向計算機輸入程序、修改數(shù)據(jù)、顯示參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等功能。普通操作臺一般由陰極射線管（CRT）顯示器、發(fā)光二極管（LED）顯示器或液晶顯示器（LCD）、鍵盤、開關(guān)和指示燈等各種物理分類器件組成；高級操作臺也可由彩色液晶觸摸屏構(gòu)成。操作員分為系統(tǒng)操作員與生產(chǎn)操作員兩種。系統(tǒng)操作員負(fù)責(zé)建立和修改控制系統(tǒng)，如編制程序和系統(tǒng)組態(tài)；生產(chǎn)操作員負(fù)責(zé)與生產(chǎn)過程運行有關(guān)的操作。為了安全和方便，系統(tǒng)操作員和生產(chǎn)操作員的操作設(shè)備一般是分開的。5.通信設(shè)備現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程的規(guī)模比較大，其控制與管理也很復(fù)雜，往往需要幾臺或幾十臺計算機才能分級完成。這樣，在不同地理位置、不同功能的計算機之間就需要通過通信設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，以進行信息交換。1.1.3 軟件組成上述硬件只能構(gòu)成裸機，僅為計算機控制系統(tǒng)的軀體。要使計算機正常運行并解決各種問題，必須為它編制軟件。所謂軟件是指完成各種功能的計算機程序的總和，它是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。因此，軟件的優(yōu)劣直接關(guān)系到計算機的正常運行和推廣應(yīng)用。

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