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第1章DCS基本原理和发展历程1

1.1什么是DCS1

1.2控制系统概述1

目 录1

1.2.1控制系统的基本组成2

1.2.2测量方法和测量装置3

1.2.3控制方法和运算处理装置4

1.2.4控制的执行方法和执行装置6

1.2.5控制系统各要素的关系6

1.2.6控制系统的人机界面6

1.2.7直接控制与监督控制7

1.3.1控制系统的发展历史8

1.2.8本书的要点8

1.3 DCS的发展历史8

1.3.2仪表控制系统的基本概念10

1.3.3早期的仪表控制系统——基地式仪表12

1.3.4近代仪表控制系统——单元式组合仪表12

1.3.5数字式单回路调节器SLC14

1.3.6计算机控制系统14

1.3.7控制系统从模拟技术向数字技术的演进15

1.3.8分布式控制系统的产生及其特点17

1.3.9 DCS的发展历程19

1.4.1 DCS的基本构成22

7.2.2 MCU的冗余配置22

1.4 DCS的体系结构22

1.4.2 DCS的软件27

1.4.3 DCS的网络结构31

1.4.4 DCS的物理结构及硬件构成33

1.5几种计算机控制系统的比较36

1.5.1 以PLC构成的控制系统／监督控制系统36

1.5.2 SCADA系统38

1.5.3 PC Based监督／控制系统39

1.6几种典型的DCS简介39

1.6.1 Honeywell公司的TDC-3000系统39

1.6.2 ABB公司的Industrial IT系统41

1.7.1 DCS的应用开发设计42

7.4.1 AO设备的基本原理42

1.6.3和利时公司的HOLLiAS系统42

1.7DCS的应用开发设计、调试与检验42

1.7.2对DCS性能指标的简要介绍43

2.1.1用户需求的拉动47

第2章最新DCS的体系结构和技术特点47

2.1促进第四代DCS形成的原因47

2.1.2相关技术的成熟发展47

2.2第四代DCS的体系结构48

2.2.1现场仪表层48

2.2.2装置控制层49

2.2.3工厂监控与管理层49

2.2.4企业经营管理层51

2.3第四代DCS的主要功能和技术特征51

2.3.1第四代DCS的典型代表51

2.3.2第四代DCS的信息化58

2.3.3第四代DCS的集成化63

2.3.4 DCS变成真正的混合控制系统63

2.3.5 DCS包含FCS功能并进一步分散化64

2.3.6 DCS平台开放型与应用服务专业化65

2.4国内DCS的发展状况举例66

2.4.1 HOLLiAS系统的产品家族及结构67

2.4.2 HOLLiAS的MES功能69

2.4.3 HOLLiAS控制功能HOLLiAS-MACS74

2.4.4 HOLLiAS控制层硬件75

2.4.5 HOLLiAS控制层软件77

2.4.6 HOLLiAS-LEC逻辑和嵌入式控制器Logic Embedded Controller84

2.4.7 HOLLiAS-VSI车站信号联锁系统85

2.4.8 HOLLiAS-PADS工厂电站综合自动化系统86

2.4.9 HOLLiAS专业化的解决方案87

2.5结论88

3.1 DCS控制层软件功能简介89

第3章DCS控制层软件89

3.1.1控制器的能力与执行效率90

3.1.2控制器运行管理和维护能力91

3.2 DCS的信号采集与数据预处理92

3.1.3控制器层数据的一致性92

3.2.1模拟量数据的采集和转换过程93

3.2.2信号采集的主要处理94

3.2.3数据的预处理98

3.3 DCS控制器上的实时数据组织和管理101

3.3.1 DCS控制器的一般任务结构102

3.3.2控制器的串行化处理104

3.4 IEC61131-3控制编程语言与软件模型105

3.4.1 IEC61131-3简介106

3.4.2编程基础与编程过程107

3.4.3 IEC61131-3标准的基本内容112

3.4.4 IEC61131-3的软件模型120

3.4.5五种编程语言介绍122

3.4.6应用举例139

3.4.7 IEC61131-3标准在DCS中的实际运用150

3.5 Batch控制151

3.5.1引言151

3.5.2 Batch控制的国际标准152

3.5.3批量控制标准S88.01152

第4章DCS的监督控制软件及人机界面159

4.1概述159

4.1.1数据采集159

4.1.2事件分析159

4.1.3信息存储和管理160

4.1.4二次计算161

4.1.7 DCS的组态工具162

4.1.5图形界面162

4.1.6远程控制操作162

4.2.1现场数据采集功能163

4.2 DCS监控层应用功能设计163

4.1.8 DCS的外部接口规范163

4.2.2报警监视功能164

4.2.3日志（事件）管理服务器的功能168

4.2.4事故追忆功能170

4.2.5事件顺序记录功能170

4.2.6二次高级计算功能171

4.2.7 DCS的人机界面172

4.2.8 DCS的远程操作控制176

4.3典型的DCS监控软件组态工具设计183

4.3.1图形页面组态功能设计183

4.3.2配置数据库组态186

4.3.3二次开发应用程序设计语言193

4.4.1多域管理结构195

4.4典型的DCS监控软件体系结构195

4.4.2客户机／服务器结构196

4.4.3分布对象技术199

4.4.4 DCS监控软件中的开放式数据库接口技术205

4.4.5 B/S体系结构的监控软件207

4.5.1 DCS数据库管理的数据范围208

4.5 DCS监控软件的实时数据库设计208

4.5.2 DCS实时数据库的逻辑结构209

4.5.3数据库访问寻址方式210

4.5.4 DCS监控软件的数据处理流程210

4.5.5 DCCS系统中的名字空间211

4.5.6 DCS实时数据库的一般设计特点212

4.5.7 DCS的历史数据库管理213

4.5.8 DCS的报警数据库214

4.6面向生产调度的监控系统——SCADA系统215

4.6.1 SCADA的主要应用特征216

4.6.2SCADA系统的实时数据库218

4.6.3 SCADA系统的报警管理221

4.7.1引言224

4.7 OPC规范介绍224

4.7.2 OPC的基本结构227

4.7.3 OPC服务器浏览器230

第5章DCS的高级管理功能232

5.1概述232

5.2实时信息系统233

5.2.1数据获取接口234

5.2.2实时数据库234

5.2.3数据分析工具236

5.2.4生产过程可视化工具236

5.3质量分析系统237

5.3.1质量控制常用的统计方法237

5.2.5 Web功能237

5.3.2质量管理系统的主要功能239

5.4设备维护管理系统240

5.4.1设备基础信息管理240

5.4.2工单管理241

5.4.3预防性维护管理242

5.4.4大修技改等项目管理242

5.5能源管理系统244

5.5.1数据收集和处理245

5.5.2电力消耗短期预测245

5.5.3电力计划246

5.5.5能源管理系统的监控功能246

5.6批量管理系统246

5.5.4统计功能246

5.7生产成本核算系统247

5.7.1基本概念247

5.7.2过程成本核算248

5.7.3成本分析应用249

5.8生产调度系统251

5.8.1生产调度系统的任务251

5.8.2生产调度系统的功能分析251

6.1.1数字通信的编码方式254

6.1工业数据数字通信254

第6章现场总线技术与网络技术254

6.1.2数字通信工作方式258

6.1.3差错控制260

6.1.4通信传输介质264

6.1.5数字通信链路的电气特性269

6.1.6数字通信协议272

6.2控制网络272

6.1.7数字通信系统的性能指标272

6.2.1计算机网络层次模型273

6.2.2通信协议279

6.2.3 TCP/IP281

6.2.4网络拓扑282

6.2.5网络设备284

6.2.6网络的RAS289

6.2.7工业以太网289

6.2.8通信骨干网291

6.2.9无线通信网络294

6.2.10网络安全295

6.3现场总线300

6.3.1现场总线的产生和发展301

6.3.2现场总线的特点和优点302

6.3.3现场总线技术介绍304

6.3.4现场总线的选择和使用311

第7章DCS硬件系统——原理、指标、试验和应用319

7.1 DCS硬件组成概述319

7.2主控制器（MCU）320

7.2.1主控制器的基本原理320

7.2.3 MCU的技术指标及试验方法322

7.2.4 MCU应用设计324

7.3模拟量输入设备（AI）325

7.3.1 AI设备的基本原理325

7.3.2 AI设备的技术指标及试验方法330

7.4.2 AO设备的技术指标及试验方法342

7.4模拟量输出设备（AO）342

7.3.3 AI设备应用设计342

7.4.3 AO设备应用设计343

7.5开关量输入设备（DI）344

7.5.1 DI设备的基本原理344

7.5.2 DI设备的技术指标及试验方法344

7.6SOE输入设备（SOE）347

7.6.1 SOE设备的基本原理347

7.7.2 DO设备的技术指标及试验方法348

7.7.1 DO设备的基本原理348

7.7开关量输出设备（DO）348

7.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法348

7.6.3 SOE设备应用设计348

7.7.3 DO设备应用设计350

7.8脉冲量输入设备（PI）350

7.8.1 PI设备的基本原理350

7.8.2 PI设备的技术指标350

7.9电源转换设备351

7.9.1电源设备简介351

7.9.2电源冗余354

7.9.3电源指标及测试355

7.10.1显示设备357

7.10组态维护与人机接口设备357

7.10.2输入设备360

7.10.3操作员站和工程师站主机360

7.10.4系统服务器360

7.10.5打印机362

第8章DCS系统可靠性与安全性技术363

8.1系统可靠性概述363

8.1.1可靠性技术发展概述363

8.1.2可靠性基本概念和术语364

8.2系统安全性概述370

8.2.1安全性分类370

8.2.3功能安全371

8.2.2安全性与可靠性的关系371

8.2.4人身安全及安规认证372

8.2.5信息安全374

8.3可靠性设计技术378

8.3.1可靠性设计的内容378

8.3.2可靠性预测378

8.3.3马尔可夫分析380

8.3.4故障模式与影响分析382

8.3.5故障树分析384

8.3.6冗余技术386

8.3.7容错技术与故障安全390

8.3.8维修性分析392

8.4功能安全性设计392

8.5环境适应性设计技术393

8.5.1温度393

8.5.2湿度394

8.5.3气压395

8.5.4振动和冲击395

8.5.5防尘和防水395

8.5.6防腐蚀396

8.5.7防爆397

8.5.8电磁兼容性和抗干扰398

8.5.9接地404

8.5.10隔离412

8.5.11屏蔽415

8.5.12双绞415

8.5.13防雷击416

8.6软件可靠性设计与质量保证422

8.6.1软件可靠性研究概述422

8.6.2软件可靠性的概念423

8.6.3提高软件可靠性的方法和技术426

8.6.4软件可靠性评测432

8.6.5软件质量保证433

9.1火电大机组的自动化要求435

第9章DCS的应用设计与实施435

9.2自动化系统的工程设计436

9.2.1可行性研究设计436

9.2.2初步设计需要考虑的问题436

9.2.3施工图设计中需要考虑的问题438

9.3 DCS的工程化设计与实施概述443

9.3.1 DCS工程化设计与实施步骤443

9.3.2 DCS的招标、选型及订货444

9.4系统的应用工程设计与文件生成445

9.4.1应用工程设计的准备工作445

9.4.2应用工程设计联络会449

9.4.3应用工程设计与文件生成450

9.5.1系统硬件物资齐套与装配453

9.5应用工程的系统生产过程453

9.5.2用户培训454

9.5.3应用工程软件的组态与调试455

9.5.4系统联调467

9.5.5系统硬件测试与考核469

9.5.6整理项目出厂文档和资料469

9.6出厂测试与验收470

9.6.1项目概要说明470

9.6.3提交文件资料清单471

9.6.2测试依据471

9.6.4测试环境472

9.6.5系统软硬件配置检查472

9.6.6检验方法及判定474

9.6.7系统连续运行考核479

9.6.8测试结论及测试组签字479

9.6.9系统发运到现场480

9.7系统现场实施的准备工作480

9.7.1系统位置选择，机房布置和环境要求481

9.7.2 DCS系统接地482

9.8应用工程DCS系统现场实施483

9.8.2系统现场设备就位、安装与加电484

9.8.1现场设备开箱验收484

9.8.3系统信号电缆敷设与端子接线486

9.8.4 DCS系统现场调试488

9.8.5系统竣工验收492

9.8.6用户操作人员的培训493

9.8.7整理竣工技术资料493

9.9系统运行与维护494

9.9.1系统常见故障及排除494

9.9.2供电与接地系统常见故障495

9.9.3防止干扰和设备损坏的一般方法495

9.9.4工程现场维护常见问题496

9.10小结497

第10章应用案例498

10.1秦山二期核电站计算机控制系统498

10.1.1引言498

10.1.2概述498

10.1.3双域结构的使用499

10.1.4硬件配置500

10.1.5通信网络设备及其连接504

10.1.6系统供电、隔离和接地方案506

10.1.7关于分站的设计510

10.1.8实现功能511

10.2 DCS在青霉素发酵中的应用524

10.2.1引言524

10.1.10 Web功能524

10.1.9应急系统功能524

10.2.2生产工艺特点525

10.2.3影响青霉素发酵水平的因素525

10.2.4控制要求和控制方案526

10.2.5 DCS控制系统设计528

10.2.6工程实施过程中的常见问题533

10.2.7系统点评533

10.3 MACS在银河纸业10万吨／年高强瓦楞纸中的应用534

10.3.1引言534

10.3.2生产装置和工艺简介534

10.3.3生产过程对控制系统的要求536

10.3.4控制系统设计543

10.3.5工程实现547

10.3.6结束语550

10.4 HOLLiAS-MACS系统在黔北电厂#3、#4机组的应用550

10.4.1引言550

10.4.2项目概述550

10.4.3实现的控制功能557

10.4.4第三方设备／系统通信站的冗余设计580

10.4.5系统功能的仿真测试581

10.5 MACS系统在新型干法熟料生产线的应用583

10.5.1引言583

10.5.2新型干法熟料生产线的工艺介绍583

10.5.3新型干法熟料生产线的特点和控制范围584

10.5.4塔牌5 000 t/d的系统结构和配置586

10.5.5过程控制方案589

10.5.6控制方案实现592

10.5.7结束语597

10.6景德镇发电公司475 t/h循环流化床机组DCS系统597

10.6.1项目主要系统设备和工艺概况597

10.6.2机组对控制系统的要求598

10.6.3 DCS系统总体设计原则599

10.6.4控制系统实施方案600

10.6.5工程实施617

10.6.6系统点评618

10.7.1系统简介619

10.7和利时公司DCS系统在30万吨大颗粒尿素装置中的应用619

10.7.2尿素装置工艺流程简介622

10.7.3实施方案627

10.7.4实践经验介绍630

10.7.5结束语631

附录A DCS工程项目计划任务书632

附录B系统测点清单633

附录C系统状态图635

附录D系统硬件配置图636

附录E出厂检验记录表637

附录F系统工程产品连续运行试验记录表639

参考资料640