本书是作者在清华大学自动化系50多年教学和科研的总结,书中系统地论述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用,既有理论分析也有应用实例。全书共4篇,分别论述了直接数字控制系统(DDC)、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)和可编程控制器系统(PLC)。每篇层次分明,条理清晰,既自成体系又相互联系,体现了系统性、先进性、理论性和实用性。并且有与该书配套的可视化教学光盘,以及讲解书中重点和难点的音视频,既便于老师讲课,也利于读者自学。可视化教学光盘中既有PPT文件,也有实验演示视频文件,其特色是图文并茂、动静结合、一目了然,易敎易学。观看讲解书中重点和难点的音视频,相当于听作者讲课,生动活泼。本书是一种研发和应用、理论与实际相结合的敎材,既可以作为高等院校自动化专业、计算机控制专业及相关专业的教材,也可以供有关科技人员参考。
本书在《计算机控制系统》(清华大学出版社,2004)的基础上,根据高等学校自动化专业系列教材编审委员会制定的招标教材大纲(编号: Auto31V01)编写成《计算机控制系统》(第2版)(清华大学出版社,2008),又经过十年的使用、更新、修订成《计算机控制系统》(第3版)(清华大学出版社,2019),并且出版了《计算机控制系统》可视化教学光盘(清华大学出版社,2022)。光盘内容远多于《计算机控制系统》(第3版),是作者几十年授课经验的结晶,不仅有PPT动画播放文件,而且有实验演示视频。
为了适应更多高校教材及不同层次读者的需求,作者在《计算机控制系统》的基础上进行精选,修订成本书。如果读者有兴趣学习更多的知识,建议阅读作者的相关书籍,详见参考文献[1]~[6]。
本书配有丰富的网络资源,包括67个讲解重点和难点的微课视频文件 (累计时长约35小时)及对应的67个微课视频讲解文件、95个详细分析和扩展内容的教学课件视频文件(累计时长约37小时)、5个实验演示视频文件 (累计时长约12分钟)、7个实验演示讲解视频 (累计时长约4小时)、4个习题与思考题答案文件、 1个教学大纲文件以及1个学习建议文件。读者可以扫描对应的二维码获取上述247个网络文件,观看视频,相当于听作者讲课,身临其境。这些网络资源可帮助读者加深对知识点的理解,提高学习效率,同时获取更多书本之外的知识。这些网络资源文件,既便于老师讲课,也利于读者自学,其特色是图文并茂、动静结合、一目了然、易教易学。
本书作者于1970年从清华大学毕业,留校任教至今,在清华大学自动化系从事自动控制理论、自动化仪表及计算机控制的教学和科研工作。本书汇集了作者多年的教学经验和科研成果,既具有系统性和先进性,也体现了理论性和实用性。
本书系统地论述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用,既有理论分析又有应用实例。全书共4篇,论述了直接数字控制(DDC)系统、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)和可编程控制器(PLC)系统4类典型的计算机控制系统。每篇层次分明,条理清晰,体现了系统性、先进性、理论性和实用性。
直接数字控制(DDC)系统是计算机控制的基础。本书深入论述了DDC系统的形成、发展、体系结构、控制算法、硬件、软件、设计和应用,分析了DDC系统的输入、输出、控制和运算功能,并引入功能块及组态的概念。
集散控制系统(DCS)是计算机控制的主流系统。本书概述了DCS的产生、发展、特点和优点,论述了DCS的体系结构、控制站、操作员站、工程师站和应用设计。分析了DCS的分散控制和集中管理的设计思想,以及分而自治和综合协调的设计原则。
现场总线控制系统(FCS)是新型的计算机控制系统。本书概述了现场总线和FCS的产生、特点和优点,介绍了低速、中速和高速现场总线,论述了FCS的体系结构、现场控制层和应用设计,叙述了现场总线仪表及其在现场总线上构成控制回路的原理。
可编程控制器(PLC)系统是一种以逻辑控制为主、连续控制为辅的控制系统。本书概述了PLC的功能、原理和体系结构,叙述了指令表(IL)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)、顺序功能图(SFC)、结构化文本(ST)5种编程语言,论述了PLC的指令系统和应用设计。
本书既有基础知识又有先进技术,既有理论分析又有应用实例。本书是研发与应用、理论与实际相结合的教材,既可以作为高等院校自动化专业、计算机控制及相关专业的教材,也可以供相关科技人员参考。
在本书的编写过程中,清华大学自动化系的很多同事以及同行好友给予了许多支持和帮助,在此对各位同仁表示感谢。
书中难免有缺点和不足之处,殷切希望广大读者批评指正。
王锦标教授
清华大学自动化系
2023年1月