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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10

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15

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25

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30

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 Honeywell公司的TDC-3000系统33

1.5.2 ABB公司的Industrial 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

2.3 DCS的构成与联系44

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54

2.4 DCS的体系结构的技术特点56

2.4.1信息集成化56

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57

2.5.1 TDC-3000型集散控制系统的体系结构57

2.5.2 Centum-XL系统的体系结构59

2.5.3 I/A Series系统的体系结构60

2.5.4 INFI-90系统的体系结构62

2.5.5 MACS的体系结构63

本章小结65

思考题与习题65

第3章 DCS硬件系统66

3.1 DCS硬件组成概述66

3.2 DCS的操作员站68

3.3 DCS的工程师站和系统服务器71

3.3.1工程师站的硬件结构71

3.3.2系统服务器73

3.4 DCS的现场控制站74

3.4.1主控制器（MCU）74

3.4.2模拟量输入设备（AI）76

3.4.3模拟量输出设备（AO）83

3.4.4开关量输入设备（DI）85

3.4.5开关量输出设备（DO）86

3.4.6脉冲量输入设备（PI）88

3.4.7电源、转换设备89

3.4.8机柜93

3.5通信网络及设备95

3.5.1控制网络95

3.5.2系统网络96

本章小结98

思考题与习题98

第4章 DCS的软件系统99

4.1 DCS软件系统概述99

4.2 DCS的控制层软件101

4.2.1控制层软件的功能101

4.2.2信号采集与数据预处理102

4.2.3控制编程语言与软件模型110

4.3 DCS的监督控制软件122

4.3.1监控层的应用功能设计123

4.3.2实时数据库134

4.3.3操作员站软件结构136

4.4 DCS的组态软件140

4.4.1实时数据库生成系统141

4.4.2生产过程流程画面142

4.4.3历史数据和报表142

4.4.4控制回路组态143

4.5 DCS的控制方案143

4.5.1控制器中的PID控制算法及应用143

4.5.2控制器中的功能块147

本章小结153

思考题与习题154

第5章 DCS的通信网络系统155

5.1网络和数据通信基本概念155

5.1.1通信网络系统的组成155

5.1.2基本概念及术语156

5.2工业数据通信158

5.2.1数据通信的编码方式158

5.2.2数据通信的工作方式160

5.2.3数据通信的电气特性161

5.2.4数据通信的传输介质163

5.3 DCS中的控制网络标准和协议165

5.3.1计算机网络层次模型165

5.3.2网络协议166

5.3.3网络设备171

5.4现场控制总线176

5.4.1现场控制总线的产生176

5.4.2现场控制总线的特点176

5.4.3现场总线技术概述177

5.5 OPC简介183

5.5.1 OPC的起源183

5.5.2 OPC的数据访问184

5.5.3 OPC编程185

5.6 Modbus数据通信186

5.6.1 Modbus协议概述186

5.6.2 Modbus查询响应周期187

5.6.3 ModBus协议传输方式188

5.6.4 ModBus地址191

5.6.5 ModBus功能码191

5.6.6 ModBus协议错误检测方法192

本章小结194

思考题与习题194

第6章 DCS的性能指标195

6.1 DCS的可靠性195

6.1.1可靠度R（t）195

6.1.2失效率λ（t）196

6.1.3平均故障间隔时间（MTBF）198

6.1.4平均故障修复时间（MTTR）198

6.1.5平均寿命m198

6.1.6利用率A198

6.2提高系统利用率的措施199

6.2.1提高元器件和设备的可靠性199

6.2.2提高系统对环境的适应能力200

6.2.3容错技术的应用200

6.3 DCS的安全性205

6.3.1系统的安全性概述205

6.3.2环境适应性设计技术212

6.3.3电磁兼容性和抗干扰217

6.3.4提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝”221

6.3.5功能安全性设计229

本章小结231

思考题与习题231

第7章 DCS的工程设计技术与应用实例232

7.1 DCS的工程设计232

7.1.1方案论证232

7.1.2方案设计232

7.1.3工程设计234

7.2 DCS的安装、调试与验收240

7.2.1安装、调试240

7.2.2验收、管理246

7.2.3维护与二次开发248

7.3 MACS在薄页纸生产线当中的应用251

7.4西门子PCS7在锅炉控制中的应用255

7.5 PlantScape系统在MTBE装置中的应用258

本章小结261

思考题与习题262

附录一 DCS工程化设计步骤263

附录二 DCS的工程应用实施方法265

参考文献266