本书通过总结作者的科研成果和吸收国内外的先进理论、方法和技术，以计算机控制技术与控制理论有机结合为基础，从工业企业自动化系统的开放性、集散型、网络化的观点出发，将现代分布式控制系统作为主线索，以先进的控制技术作为支撑，结合典型控制系统，介绍和论述了计算机集成控制系统的原理、分析设计方法和应用技术。本书突出计算机集成控制系统设计和组成的技术思想和路线，注重培养学生解决工程实际问题的分析、综合和创新思维能力。本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程等及其相关专业的本科生、研究生的教材,也可作为广大科技工作者和工程技术人员的参考书。

当前工业企业自动化整体解决方案一般包括企业资源计划（ERP）、生产执行系统（MES）和过程控制系统（PCS）等多个层次。本书的内容不只停留在PCS，而是向上延伸到MES的部分内容。本书力图突出计算机集成控制系统设计和组成的技术思想和路线。

全书共分10章。第1章是计算机集成控制系统的一般介绍；第2章主要从硬件角度介绍计算机集成控制系统通道配置与接口技术；第3章概述计算机控制基本理论与设计；第4章介绍计算机常规控制算法及实施技术；第5章介绍部分先进控制与智能控制算法及其实施技术；第6章介绍监控组态软件的设计思想与组成结构；第7章介绍计算机集成控制系统中的数据交换技术；第8章介绍工业以太网及B/S结构的Web数据库技术；第9章主要介绍基于Web的实时信息集成系统的设计与实现；第10章介绍计算机集成控制系统的若干应用实例。

本书可作为高等院校自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程等相关专业的本科生、研究生的教材，也可作为广大科技工作者和工程技术人员的参考书。

第1章 计算机集成控制系统概述

1.1 计算机控制的发展过程

1.2 计算机控制系统分类

  1.2.1 新型DCS控制系统

  1.2.2 现场总线控制系统（FCS）

  1.2.3 PLC控制系统

  1.2.4 IPC控制系统

  1.2.5 嵌入式计算机控制系统

1.3 计算机控制的发展与趋势

  1.3.1 现场总线技术对DCS的影响

  1.3.2 基于PC的开放性控制结构

  1.3.3 OPC技术对DCS的影响

  1.3.4 采用Windows NT操作系统

  1.3.5 Internet技术的影响

  1.3.6 加速先进控制、优化控制软件的应用

  1.3.7 向管控一体化技术方向发展

1.4 MATLAB简介

  1.4.1 MATLAB软件的特点

  1.4.2 MATLAB工具箱简介

第2章 通道配置和接口技术

2.1 体系结构设计

  2.1.1 系统组成与结构

  2.1.2 系统配置

  2.1.3 系统软件与应用软件

  2.1.4 计算机过程控制特点

2.2 系统配置

  2.2.1 计算机机型选择

  2.2.2 系统总线选择

  2.2.3 计算机输入/输出通道

  2.2.4 系统人机接口

2.3 前向通道配置及接口技术

  2.3.1 前向通道配置及特性

  2.3.2 模拟量输入与信号调理

  2.3.3 A/D转换器及接口

  2.3.4 模拟量输入模板

  2.3.5 数字量输入模板

2.4 后向通道配置及接口技术

  2.4.1 后向通道配置及特性

  2.4.2 D/A转换器及接口

  2.4.3 模拟量输出模板

  2.4.4 数字量输出模板

2.5 数据通信与通信协议

  2.5.1 数据通信基础知识

  2.5.2 通信网络结构

  2.5.3 信息处理技术

  2.5.4 网络协议及协议层

  2.5.5 局域网通信与公用网通信

2.6 计算机控制系统的可靠性措施

  2.6.1 系统干扰与可靠性问题

  2.6.2 系统结构设计中的可靠性措施

  2.6.3 软件设计的可靠性措施

第3章 计算机控制的理论基础与设计概述

3.1 概述

3.2 采样与保持

  3.2.1 采样与采样定理

  3.2.2 保持器

3.3 Z变换

  3.3.1 Z变换的概念

  3.3.2 Z变换的性质

  3.3.3 Z变换的逆变换

3.4 离散化方法

  3.4.1 带有零阶保持器的Z变换法

  3.4.2 差分变换法

  3.4.3 双线性变换法

3.5 离散系统的Z域分析

  3.5.1 用Z变换求解差分方程

  3.5.2 离散系统的系统函数和系统特性

3.6 采样控制系统

  3.6.1 采样控制系统的基本概念

  3.6.2 采样控制系统的脉冲传递函数

  3.6.3 采样控制系统的动态性能分析

  3.6.4 采样控制系统的稳定性分析

  3.6.5 采样控制系统的稳态误差

3.7 计算机控制系统设计

  3.7.1 计算机控制系统的模拟化设计

  3.7.2 计算机控制系统的离散化设计

  3.7.3 两种设计方法的比较

第4章 计算机常规控制算法设计及其实施

4.1 数字PID控制

  4.1.1 理想微分PID控制

  4.1.2 实际微分PID控制

  4.1.3 控制算法实施中的具体问题

4.2 串级控制算法及其实施

  4.2.1  串级控制系统的基本原理

  4.2.2 串级控制系统的控制算法

4.3 前馈控制系统

  4.3.1 前馈控制系统的基本原理

  4.3.2 前馈控制系统的控制算法

4.4 比值控制系统

  4.4.1 比值控制系统的结构

  4.4.2 比值控制系统举例

4.5 最少拍随动系统

  4.5.1  最少拍随动系统的控制规律

  4.5.2 最少拍随动系统的数字控制器的设计方法

  4.5.3 最少拍无波纹随动系统的设计方法

4.6 大林算法

  4.6.1 大林算法的控制规律

  4.6.2 振铃现象及其消除方法

4.7 MATLAB在常规控制算法设计中的应用

  4.7.1  单回路控制系统PID仿真

  4.7.2 串级控制系统PID仿真

  4.7.3 其他复杂控制系统的PID仿真

第5章 计算机新型控制算法设计及其实施

5.1 最优控制

  5.1.1 概述

  5.1.2 Bang Bang控制

  5.1.3 离散系统的最优算法

5.2 预测控制系统

  5.2.1 预测控制的基本概念

  5.2.2 预测控制的控制算法

5.3 自适应控制

  5.3.1 自适应控制概述

  5.3.2 自整定控制器

5.4 模糊控制系统

  5.4.1 实用模糊控制器

  5.4.2 改进的模糊控制器

5.5 人工神经网络控制系统

  5.5.1 概述

  5.5.2 人工神经网络控制算法

5.6 专家控制系统

  5.6.1 专家控制系统的基本概念

  5.6.2 专家控制器

  5.6.3 小结

5.7 MATLAB在现代控制理论算法设计中的应用

5.8 MATLAB在智能控制算法设计中的应用

  5.8.1 MATLAB在模糊控制算法设计中的应用

  5.8.2 MATLAB在神经网络控制算法设计中的应用

第6章 监控组态软件

6.1 概述

6.2 组态软件的设计思想与特点

  6.2.1 组态软件的特点

  6.2.2 组态软件的设计思想

  6.2.3 对组态软件的性能要求

6.3 监控组态软件的界面生成

  6.3.1 组态软件的系统构成

  6.3.2 图形开发环境

6.4 实时数据库

  6.4.1 实时数据库简介

  6.4.2 实时数据库结构

6.5 组态软件I/O设备驱动

  6.5.1 设备驱动程序在组态软件中所处的地位和数据流程图

  6.5.2 设备驱动程序完成的主要功能

  6.5.3 现场总线技术及其对设备驱动程序的影响

6.6 组态软件的网络通信

  6.6.1 监控组态软件的网络体系划分

  6.6.2 应用模式举例

6.7 监控组态软件的控制功能

  6.7.1 概述

  6.7.2 监控组态软件的控制模块的基本概念

  6.7.3 监控组态软件的策略生成器

第7章 计算机集成控制系统中的数据交换技术

7.1 数据交换技术概述

  7.1.1 数据交换技术的发展

  7.1.2 DDE技术

  7.1.3 OPC技术

  7.1.4 OPC/DDE技术的特点

7.2 DDE标准

  7.2.1 DDE通信的数据交换过程及原理

  7.2.2 DDE技术的应用

7.3 OPC标准

  7.3.1 OPC规范

  7.3.2 OPC技术的开发

  7.3.3 OPC技术的应用

7.4 运用OPC实现全面的信息集成

  7.4.1 信息集成系统结构

  7.4.2 OPC提供各层之间的数据通道

第8章 工业以太网及B/S结构的Web数据库技术

8.1 工业以太网

  8.1.1 控制系统以太网的引入

  8.1.2 工业以太网的特点

  8.1.3 应用现状

  8.1.4 发展方向

8.2 B/S结构的Web数据库技术

  8.2.1 Web信息发布技术

  8.2.2 Web数据库技术

  8.2.3 B/S模式及其实现技术

第9章 基于Web的实时信息集成系统的设计及实现

9.1 概述

9.2 设计方案

  9.2.1 系统拓扑结构

  9.2.2 关系数据库的特点与应用

  9.2.3 实时数据库的应用

  9.2.4 实时数据库与各种DCS的连接方案

9.3 Web页面的设计

  9.3.1 流程图的实现

  9.3.2 趋势图的设计

  9.3.3 报表设计

9.4 基于Web的实时信息系统的集成

  9.4.1 利用OLE技术存取数据库

  9.4.2 动态数据实时刷新技术

  9.4.3 系统安全控制

9.5 实时数据库的高级应用

  9.5.1 实时数据库在生产过程的智能监控与事故预报系统中的应用

  9.5.2 实时数据库在非线性对象的建模与预估中的应用

  9.5.3 实时数据库在油品质量软测量中的应用

第10章 设计与应用实例

10.1 设计实例1(IPC监控系统设计)——某炼油厂罐区IPC监控系统开发

  10.1.1 概况及设计任务

  10.1.2 工艺流程与环境特点

  10.1.3 硬件配置

  10.1.4 软件设计

  10.1.5 调试与投运

10.2 设计实例2(DCS计算控制系统设计与实现)——某污水处理厂DCS监控系统开发

  10.2.1 系统体系结构与特点

  10.2.2 Honeywell公司中小型DCS系统简介

  10.2.3 某污水处理厂基于Honeywell公司中小型DCS系统的设计与实施

10.3 设计实例3(PLC监控系统设计)——某聚合反应工艺监控系统的设计与实现

  10.3.1 工艺简述

  10.3.2 工艺控制流程示意图

  10.3.3 控制系统配置及I/O分配

  10.3.4 简化的程序流程图

10.4 设计实例4(嵌入式系统设计与实现)——基于嵌入式系统的DH9086便携式分析仪

  10.4.1 系统的概述

  10.4.2 系统设计

  10.4.3 测控平台的研究与使用

10.5 设计实例5(运动控制系统设计与实现)——交流伺服数控系统的设计与实现

  10.5.1 系统硬件组成

  10.5.2 系统软件组成

  10.5.3 系统整体框架

10.6 设计实例6——某石化公司实时信息集成系统的实现(B/S模式)

  10.6.1 概况

  10.6.2 系统结构与配置

  10.6.3 数据采集

  10.6.4 历史数据库与实时数据库

  10.6.5 流程图与报表的设计

  10.6.6 Web设计与集成

附录A OPC服务器开发中的IOPCServer接口实现

参考文献