内 容 简 介

本书全面系统地介绍了微机监控系统的有关技术和基本原理，同时，根据计算

机技术的飞速发展，结合作者多年的工作经验，对微机监控技术的发展方向和有关

新技术也作了详细介绍。全书共分为六章：概述、系统结构及其基本原理、软件技

术、通信体系、抗干扰技术、系统实例。

本书为高等学校铁道电气化专业的教材，同时也可供从事电力系统和工业控制

方面的工程技术人员参考。

目 录

第一章 微机监控系统概述

第一节 基本概念

第二节 微机监控系统类型及对计算机特性要求

第三节 微机监控系统相关技术简介

第二章 微机监控系统结构及其基本原理

第一节 微机监控系统体系结构

第二节 微机监控系统的功能

第三节 微机监控系统的组成

第四节 被控站的硬件结构

第五节 监控站的硬件结构

第六节 信道结构

第七节 信号采样与误差分析

第八节 微机监控系统的可靠性

第九节 微机监控系统硬件可靠性设计

第三章 微机监控系统软件技术

第一节 软件开发技术

第二节 被控站软件

第三节 监控站软件体系

第四节 微机监控系统组态软件

第五节 微机监控系统软件可靠性设计

第四章 微机监控系统通信体系

第一节 微机监控系统通信网络结构和形式

第二节 通信信道与通信接口

第三节 通信接口

第四节 监控系统通信协议

第五节 传输原理

第六节 排队论原理

第七节 路由选择和流量控制

第八节 计算机通信网的容量分配

第五章 抗干扰技术

第一节 基本概念

第二节 模拟量的干扰及其抑制

第三节 数字量的抗干扰设计

第四节 屏蔽和接地

第五节 信道与干扰

第六节 基带传输中的干扰

第七节 传输差错控制

第六章 微机监控系统实例

第一节 空调器综合试验装置的微机监控系统

第二节 电力通信网枢纽站监控系统

第三节 多微机远动系统

第四节 多媒体监控系统

主要参考文献

第一章 微机监控系统概述

第一节 基本概念

凡有微型计算机参与生产过程的监视、监测和控制管理的系统都可叫做微机监控系统。计

算机参与生产过程控制有开环控制和闭环控制两类方式。在开环控制中，系统的输出量不会

自动地对系统起控制作用，计算机的计算结果仅作为指导生产的参考，而生产过程本身的控

制尚须由人工干预实施。因此，开环控制又叫做离线控制。在数控机床、高炉炼铁和转炉炼

钢等生产实践中，开环控制得到广泛应用。在闭环控制中，系统的输出量对控制作用有直接

影响，计算机的计算结果，直接用来改变调节器的设定值，或者直接用来控制调节阀等执行

机构，生产过程的控制无需人工干预即可完成，操作人员最多仅参与设定值的决定。因此，闭

环控制又叫在线控制。在各种工业过程控制中，闭环控制的应用十分广泛。

在微机监控系统中，计算机作为一个监控环节，是数字元件，其输入输出为数字信号；而

被监控对象往往是模拟元件，其输入输出是模拟信号，信号传递必须经过信号变换。因此，需

要在系统中配备数/模（D/A）转换器将离散数字信号变换成连续模拟信号和模/数（A/D）变

换器将连续模拟信号变换成离散数字信号。连续和离散是就过程的时间性而言的。如果离散

时间间隔很短，以致它对系统性能影响很小，这时可按模拟系统来分析和综合这类监控系统，

即按连续处理信息的方式对待，这类系统通常又叫连续数字控制系统。如果离散采样间隔已

成为控制系统的重要参数，这时只能用离散时间系统的方法来分析和综合。因这类系统按采

样信号进行控制，并未考虑采样周期中的条件变化，这类系统也叫做采样数据控制系统或脉

冲数据控制系统。

就监控系统所承担的任务而言，可根据设定值的性质划分为恒值调节，伺服控制和程序

控制三大类。在调节问题中，设定值为零或恒定不变，控制作用主要是克服扰动的影响，以

使系统输出保持不变，或者在因扰动影响而使输出偏离设定值后，使其尽快地恢复到原有值。

过程控制中大量采用了恒值调节系统。在伺服问题中，设定值由外部确定，它往往是未知的

时间函数，控制作用是使系统输出及时而准确地跟踪设定值的变化。工业和军事中的各种跟

踪系统都是伺服控制系统。在程序控制问题中，设定值是一个已知的时间函数，变化有规律。

程序控制系统多用于工业锅炉、干燥设备和周期性工作的加热设备中。

在分析和综合设计一个微机监控系统时，关键的问题是要找到一个由计算机实现的控制

规律，选择和获取控制算法，一般采用的控制策略有：

1.程序控制

在一些工业生产过程中，要求被控量按预先规定的时间函数变化。为此，被控量的设定

值也必须按此时间函数进行设置，这就是程序控制。如：罩式退火炉和单晶炉的炉温控制。

2.顺序控制

在某些工业生产过程中，尤其是在冲压、注塑、轻纺和制瓶等这样的断续生产过程中，其

操作都按一定顺序、有规律地进行。对这类过程就可采用顺序控制。在顺序控制中，每一时

刻给出的设定值不仅与时间有关，而且还取决于对此时刻之前的控制结果的逻辑判断。

3.比例积分－微分控制

比例－积分－微分控制通常简记为PID控制。采用该控制策略时，计算机要对来自A/D转

换器的信号进行比例、积分和微分变换处理，这种控制既能消除静差，改善系统的静态特性，

又能加快过渡过程或提高系统的稳定性，改善系统的动态特性。因此，PID控制在工业过程控

制中得到了十分广泛的应用。如果计算机仅对信号进行比例和积分变换过程，则称为PI控制。

4.前馈控制

前馈控制是直接按干扰来实施的一种控制，一旦干扰出现，在此干扰未影响被控量之前，

控制器（计算机）就根据测得的干扰大小和方向，按一定规律直接施加一个控制作用，控制

作用的大小刚好能够完全抵消此干扰对被控量的影响。在化工和热工的过程控制中，有许多

成功利用前馈控制的例子。

5.最优控制

所谓最优控制，是指在给定的约束条件下，寻求一个适当的控制规律，使表征过程的某

个性能指标达到最大或最小。约束条件可能是控制作用和工艺参数等的极限值，也可能是工

艺参数之间的某种依从关系，在数学上表现为一些等式和不等式约束。性能指数也称为目标

函数，它可能是产量最高，控制质量最好，利润最大，能耗最小，以及达到设定值的时间最

短等等。

6.自适应控制

在许多实际控制问题中，运转条件发生变化，以及受控对象特性未知或发生变化的情况

是经常发生的，这就要求控制系统具有适应环境变化的能力。如果一个控制系统在对象结构

参数和初始条件，以及运转条件发生变化时，仍能自动地保持最优或接近最优的工作状态，这

就是一个自适应控制系统。自适应控制技术最先用于军事和宇航领域，后来也用于工业过程

控制。比较成熟和应用最多的自适应控制是自校正控制、模型参考自适应控制和变结构控制

等。

第二节 微机监控系统类型及对计算机特性要求

微机监控系统可按多种方式分类。如按监控的距离范围可分为近距监控系统和远程监控

系统，前者如工厂自动化监控系统，后者如电气化铁路牵引供电远动系统和电力远动系统等。

一般按计算机参与过程监控的目的和方式对微机监控系统进行分类。

在过程控制中，只决定设定值的控制叫做监督控制。根据被控量的实测值与设定值相比

较的偏差决定控制作用，再由执行器加以执行的控制叫做直接控制。监督控制和直接控制可

以由人工、控制仪表或计算机加以实现。不同实现方式的组合，形成了不同类型的微机监控

系统。

一、计算机数据采集系统（DAS）