现场总线控制系统(第2章)(3)

2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。

主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。

为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。

本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。

计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。

第二章 数字控制系统的组成第一节 数字控制系统硬件及软件组成一、 硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。

1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。

主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。

2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。

在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。

3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。

模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。

微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。

1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。

2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。

题目与解答第一章现场总线概述1简述FCS的主要技术特点和优点是什么？（FCS名词解释见34背页）（1）现场总线系统(FCS)的技术特点：①系统的开放性。

相关标准的公开、一致性，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统具备互可操作性与互用性。

不同生产厂家性能类似的设备可实现互换性。

互可操作性：实现互联设备间的信息传输；互用性：不同厂家性能类似设备可实现互换性。

②现场设备的智能化与功能自治性。

仅靠现场总线设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态。

包括传感测量、补偿计算、数据处理与控制等③系统的实时性与确定性。

测控任务具有严格的时序和实时性要求，否则可能造成控制系统的灾难性后果。

这也要求通信机制能够保证时间发布和数据传输的实时性。

④现场环境的适应性。

现场总线是专为生产现场环境设计的，支持多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，满足本质安全防爆等各种环境要求。

⑤采用成熟先进技术、系统结构的高度分散性。

设备描述语言DDL、技术等。

现场总线可构成全分散性控制系统，简化了系统结构，提高了可靠性。

（2）现场总线的优点：由于现场总线具有以上突出的特点，它使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出巨大的优越性。

①节省系统投资、安装费用和维护费用。

②设计、组态、安装、调试简便，系统维护、设备更换和系统扩充方便。

③用户具有高度的系统集成主动权，系统易于重构。

④提高了控制系统的安全性、可靠性和准确性。

⑤完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。

2为什么说Fieldbus是底层控制网络Infranet（从Fieldbus的结构特点分析说明）。

（1）•现场总线将单个分散的现场设备变成网络节点，相互之间连接成可以互通信息、共同完成测量控制任务的网络控制系统。

•每个节点实际上是一个智能设备，能够独立完成从控制、检测，到运算、显示、报警等多种任务。

（2）现场总线是低层控制网络Infranet(或者3（3）)• Infranet（Infrastructure Network），使工厂底层网络系统的底层现场设备之间以及生产现场与外界能够实现信息交换，满足企业综合自动化的发展需要。

第一章答案1计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。

答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成。

（2）方块图如下图1.1所示：工业计算机 PIO 设备 生产过程图1.1 计算机控制系统的组成框图1、①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。

其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序；②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。

③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。

2.计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。

（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。

4、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导系统（OIS ）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。

（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC ）优点：生产过程始终处于最有工况。

（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

CPU/MEM 人-机接口 内部总线 系统支持版 磁盘适合器 数字量输出（DO ）通道 数字量输入（DI ）通道模拟量输出（AO ）通道 模拟量输入（AI ）通道 电气开关 电气开关 执行机构 测量变送 被控对象（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。

本答案仅供参考。

第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。

例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大重要组成部分？各部分是如何互相联系的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？答：计算机控制系统的硬件一般涉及：主机、外部设备、过程输入输出设备。

两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道涉及：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道涉及：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。

1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？答：直接数字控制系统的硬件重要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。

如下图所示。

1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。

PID 位置式根据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速度式根据偏差变化限度计算阀门的变化。

1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。

答：模拟PI 控制算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益I T ----积分时间常数在采样周期相称短暂时，用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki ti Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。

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1 第2章 CAN 节点设计
1.1 MCU 与CAN 控制器电路的连接
前面部分的内容已经单独介绍了CAN 控制器电路和MCU 电路的设计，但是却没有说明这两部分电路的具体引脚连接，于是决定单独使用一个小节来讲解MCU 与CAN 控制器电路的引脚连接关系，希望通过这样的方式可以帮助读者更清楚CAN 控制器和MCU 之间的关系，更好理解以后章节中出现的控制程序。

1.1.1 MCU 和CAN 控制器的引脚连接
由于在电路设计时已经把SJA1000当成了MCU 的外部RAM ，那么在电路连接的时候SJA1000的引脚也必须符合MCU 外扩RAM 的连接要求，具体的连接方法就是将错误!未找到引用源。

中接头CZ1和错误!未找到引用源。

中的接头CN1及CN2按表2.1所示的引脚对应关系连接。

表2.1 SJA1000模块和MCU 引脚的连接关系
INTCAN 是SJA1000的中断输出脚，所以将其接MCU 的外部中断输入引脚P3.2，这样可以让MCU 及时检测和响应SJA1000发生的各种中断异常，而RSTCAN （RSTCAN 与SJA1000的RST 脚相连）接单片机的P1.2则是为了方便MCU 控制SJA1000的复位信号。

WR 、RD 、和ALE 分别是写使能信号、读使能信号和地址锁存信号，在访问SJA1000的过程中主控制器会自动输出这些控制信号，SJA1000在接收这些信号后就会在其接口管理逻辑的控制下完成MCU 请求的各种功能。

本答案仅供参考。

第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。

例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。

两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入；DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。

1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。

如下图所示。

1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。

PID 位置式根据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。

1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。

答：模拟PI 控制算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益I T ----积分时间常数在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。

《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》安徽机电职业技术学院电气工程系作者：卡尔二毛第一章：1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？答：共5代。

1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS）2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。

工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。

3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。

4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。

输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。

5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？答：用户软件和系统软件。

用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。

6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。

核心思想：集中管理、分散控制。

7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级；分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。

集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。

综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。

8.生产过程包括哪些装置？答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。

《计算机控制技术》习题解答第一章1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。

计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。

1.2、微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度1.3 计算机控制系统结构有哪些分类？指出这些分类的结构特点和主要应用场合。

答：（1）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活，安全。

缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统（DDS）优点：实时性好，可靠性高，适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最优工况。

（4）分散控制系统（DCS）优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统（FCS）优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。

国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。

1.4.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

1.5.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。

在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。