【书名】 集散控制系统
【作者】 主 编 刘翠玲 黄建兵，副主编 孟亚男 佟 威
【出版日期】 2006 年9 月第1 版 2006 年9 月第1 次印刷
【出版社】 北京大学出版社 中国林业出版社
【文件格式】 PDF（原版）
【页数】261
【内容简介】
第1 章 绪论...................................................................................................................................................... 1
1.1 计算机控制系统基础知识.................................................................................................................... 1
1.1.1 计算机控制系统的一般概念..................................................................................................... 1
1.1.2 计算机控制系统内的信号变换................................................................................................. 4
1.1.3 计算机控制系统的分类............................................................................................................. 6
1.1.4 计算机控制系统的发展概况与趋势......................................................................................... 9
1.1.5 控制计算机的几种机型............................................................................................................. 9
1.2 计算机控制系统的设计与实现.......................................................................................................... 13
1.2.1 计算机控制系统设计的原则................................................................................................... 13
1.2.2 计算机控制系统设计步骤....................................................................................................... 14
1.3 集散控制系统概述.............................................................................................................................. 20
1.3.1 集散控制系统(DCS)概念........................................................................................................ 20
1.3.2 DCS 的基本组成及特点.......................................................................................................... 22
1.3.3 集散控制系统的发展历程....................................................................................................... 24
1.4 几种计算机控制系统与DCS 的比较................................................................................................. 29
1.4.1 以PLC构成的控制系统监督控制系统................................................................................. 29
1.4.2 监督控制和数据采集系统....................................................................................................... 31
1.4.3 PC Based监督/控制系统......................................................................................................... 32
1.5 DCS 典型产品及特点.......................................................................................................................... 33
1.5.1 Horeywell公司的TDC-3000 系统......................................................................................... 33
1.5.2 ABB公司的Industrialal IT系统............................................................................................ 34
1.5.3 和利时公司的HOLLiAS系统................................................................................................ 35
本章小结...................................................................................................................................................... 36
思考题与习题.............................................................................................................................................. 36
第2 章 DCS 的体系结构...............................................................................................................................37
2.1 DCS 的体系结构形成.......................................................................................................................... 37
2.1.1 中央计算机集中控制系统的形成............................................................................................. 37
2.1.2 DCS 分层体系结构的形成...................................................................................................... 38
2.1.3 DCS 的分层体系结构.............................................................................................................. 40
2.2 DCS 分层结构中各层的功能.............................................................................................................. 41
2.2.1 直接控制级............................................................................................................................... 42
2.2.2 过程管理级............................................................................................................................... 42
2.2.3 生产管理级............................................................................................................................... 43
2.2.4 工厂经营管理级....................................................................................................................... 43
集散控制系统
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2.3 DCS 的构成与联系.............................................................................................................................. 43
2.3.1 DCS 的基本构成...................................................................................................................... 44
2.3.2 DCS 的软件构成...................................................................................................................... 49
2.3.3 DCS 的网络结构...................................................................................................................... 53
2.4 DCS 的体系结构的技术特点.............................................................................................................. 55
2.4.1 信息集成化............................................................................................................................... 55
2.4.2 控制功能的进一步分散化....................................................................................................... 56
2.5 DCS 体系结构典型示例...................................................................................................................... 56
2.5.1 TDC-3000 型集散控制系统的体系结构................................................................................ 56
2.5.2 Centum-XL系统的体系结构.................................................................................................. 58
2.5.3 I/A Series 系统的体系结构..................................................................................................... 59
2.5.4 INFI-90系统的体系结构........................................................................................................ 61
2.5.5 MACS的体系结构.................................................................................................................. 63
本章小结...................................................................................................................................................... 64
思考题与习题.............................................................................................................................................. 64
第3 章 DCS 硬件系统.................................................................................................................................. 65
3.1 DCS 硬件系统概述.............................................................................................................................. 65
3.1.1 系统概述.................................................................................................................................. 65
3.1.2 系统的各层功能....................................................................................................................... 66
3.2 DCS 过程控制级................................................................................................................................. 68
3.2.1 过程装置控制级的特征........................................................................................................... 68
3.2.2 过程控制级中的智能调节器与可编程控制器....................................................................... 68
3.3 现场控制站的结构.............................................................................................................................. 70
3.3.1 现场控制站的构成................................................................................................................... 70
3.3.2 现场控制站的功能与可靠性维护........................................................................................... 71
3.3.3 过程控制级和现场控制站的关系........................................................................................... 74
3.4 DCS 操作员站和工程师站.................................................................................................................. 75
3.4.1 中心计算机站........................................................................................................................... 75
3.4.2 操作站的功能........................................................................................................................... 76
3.4.3 工程师站的功能....................................................................................................................... 85
3.5 DCS 的输入/输出设备及原理............................................................................................................. 87
3.5.1 主控制器.................................................................................................................................. 87
3.5.2 输入/输出设备......................................................................................................................... 90
3.5.3 人机接口设备........................................................................................................................... 93
本章小结...................................................................................................................................................... 94
思考题与习题.............................................................................................................................................. 94
第4 章 DCS 的软件系统...............................................................................................................................96
4.1 DCS 软件系统概述.............................................................................................................................. 96
目 录
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4.2 DCS 的控制层软件.............................................................................................................................. 98
4.2.1 控制层软件的功能................................................................................................................... 98
4.2.2 信号采集与数据预处理............................................................................................................. 99
4.2.3 控制编程语言与软件模型..................................................................................................... 107
4.3 DCS 的监督控制软件........................................................................................................................ 118
4.3.1 监控层的应用功能设计[1] ..................................................................................................... 119
4.3.2 实时数据库............................................................................................................................. 130
4.3.3 操作员站软件结构................................................................................................................. 132
4.4 DCS 的组态软件................................................................................................................................ 136
4.4.1 实时数据库生成系统............................................................................................................. 137
4.4.2 生产过程流程画面................................................................................................................. 138
4.4.3 历史数据和报表..................................................................................................................... 138
4.4.4 控制回路组态......................................................................................................................... 139
4.5 DCS 的控制方案................................................................................................................................ 139
4.5.1 控制器中的PID 控制算法及应用........................................................................................ 139
4.5.2 控制器中的功能块................................................................................................................. 143
本章小结.................................................................................................................................................... 149
思考题与习题............................................................................................................................................ 150
第5 章 DCS 的通信网络系统................................................................................................................... 151
5.1 网络和数据通信基本概念................................................................................................................ 151
5.1.1 通信网络系统的组成............................................................................................................. 151
5.1.2 基本概念及术语..................................................................................................................... 152
5.2 工业数据通信................................................................................................................................... 154
5.2.1 数据通信的编码方式............................................................................................................. 154
5.2.2 数据通信的工作方式............................................................................................................. 156
5.2.3 数据通信的电气特性............................................................................................................. 157
5.2.4 数据通信的传输介质............................................................................................................. 158
5.3 DCS 中的控制网络标准和协议........................................................................................................ 161
5.3.1 计算机网络层次模型............................................................................................................. 161
5.3.2 网络协议................................................................................................................................ 162
5.3.3 网络设备................................................................................................................................ 166
5.4 现场控制总线................................................................................................................................... 171
5.4.1 现场控制总线的产生............................................................................................................. 171
5.4.2 现场控制总线的特点............................................................................................................. 171
5.4.3 现场总线技术介绍................................................................................................................. 172
本章小结.................................................................................................................................................... 178
思考题与习题............................................................................................................................................ 178
集散控制系统
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第6 章 DCS 的性能指标............................................................................................................................. 179
6.1 DCS 的可靠性................................................................................................................................... 179
6.1.1 可靠度R(t) ............................................................................................................................. 179
6.1.2 失效率λ(t).............................................................................................................................. 180
6.1.3 平均故障间隔时间(MTBF)................................................................................................... 182
6.1.4 平均故障修复时间(MTTR)................................................................................................... 182
6.1.5 平均寿命m............................................................................................................................. 182
6.1.6 利用率A................................................................................................................................ 182
6.2 提高系统利用率的措施.................................................................................................................... 183
6.2.1 提高元器件和设备的可靠性................................................................................................. 183
6.2.2 提高系统对环境的适应能力................................................................................................. 184
6.2.3 容错技术的应用..................................................................................................................... 184
6.3 DCS 的安全性................................................................................................................................... 189
6.3.1 系统的安全性概述................................................................................................................. 189
6.3.2 环境适应性设计技术............................................................................................................. 196
6.3.3 电磁兼容性和抗干扰............................................................................................................. 201
6.3.4 提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝”................................................................. 205
6.3.5 功能安全性设计..................................................................................................................... 213
本章小结.................................................................................................................................................... 215
思考题与习题............................................................................................................................................ 215
第7 章 DCS 的工程设计技术与应用实例............................................................................................ 216
7.1 DCS 的工程设计................................................................................................................................ 216
7.1.1 方案论证................................................................................................................................ 216
7.1.2 方案设计................................................................................................................................ 216
7.1.3 工程设计................................................................................................................................ 218
7.2 DCS 的安装、调试与验收................................................................................................................ 224
7.2.1 安装、调试............................................................................................................................. 224
7.2.2 验收、管理............................................................................................................................. 230
7.2.3 维护与二次开发..................................................................................................................... 232
7.3 MACS 在薄页纸生产线当中的应用................................................................................................ 235
7.4 西门子PCS7在锅炉控制中的应用................................................................................................. 239
7.5 PlantScape系统在MTBE装置中的应用......................................................................................... 242
本章小结.................................................................................................................................................... 245
思考题与习题............................................................................................................................................ 246
【附件个数】
