DCS与现场总线控制系统PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 DCS概述 1

1.1.1 集散控制系统出现的背景 1

1.1.2 集散控制系统的组成 1

1.1.3 集散控制系统的基本功能 2

1.1.4　集散控制系统的层次化结构 9

1.1.5 集散控制系统的优越性 10

1.1.6 集散控制系统的发展趋势 11

1.2　现场总线概述 13

1.2.1 现场总线的产生 13

1.2.2 现场总线及其现场总线控制系统 14

1.2.3 现场总线技术的进展和标准现状 16

1.2.4 其他具有代表性的现场总线 25

1.2.5 现场总线技术的研究 27

2 Experion PKS集散控制系统 28

2.1 系统概述 28

2.2 分散过程监控装置 29

2.2.1 混合控制器 29

2.2.2 混合控制器的I/O系统 32

2.2.3 现场总线设备 33

2.2.4 数字视频管理站（DVM） 33

2.3 集中操作管理装置 34

2.3.1 操作员站 34

2.3.2 应用控制环境（ACE） 37

2.3.3 过程服务器 37

2.3.4 eServer 38

2.3.5 手持无线移动设备 38

2.4 过程通信网络 38

2.4.1 过程控制网络 38

2.4.2 容错以太网（FTE） 38

2.5 系统软件 39

2.5.1 控制组态软件 39

2.5.2 监控系统 41

2.5.3 实时数据库 43

2.5.4 OPC功能组件 44

2.5.5 应用软件包和应用编程接口 45

2.5.6 诊断软件 46

2.6　分布式系统结构 47

2.7　Experion PKS在生产过程中的应用 47

2.7.1 工艺简介 47

2.7.2 控制方案 48

2.7.3 Experion PKS系统配置 48

2.7.4 主要控制回路 49

3　WebField ECS-100集散控制系统 51

3.1 系统概述 51

3.1.1 系统特点 51

3.1.2 系统结构 51

3.2　分散过程监控装置 52

3.2.1 控制站结构 52

3.2.2 控制站卡件 53

3.3　集中操作管理装置 56

3.4　通信系统 56

3.4.1 信息管理网 56

3.4.2 过程控制网SCnetⅡ 56

3.4.3　控制站内部网SBU 57

3.5 系统软件SupView 58

3.5.1 软件特点 58

3.5.2　组态软件 58

3.5.3 实时监控软件 59

3.5.4 维护软件 59

3.6　WebField ECS-100在生产过程中的应用 60

3.6.1 链条锅炉工艺简介 60

3.6.2　控制方案 61

3.6.3 WebField ECS-100系统配置 62

3.6.4　系统组态 64

4　集散控制系统的评价、设计与管理 67

4.1　集散控制系统的评价 67

4.1.1 技术性能的评价 67

4.1.2　使用性评价 69

4.1.3 可靠性与经济性评价 69

4.1.4 集散控制系统的选择 71

4.2　集散控制系统的设计 72

4.2.1 方案论证 72

4.2.2 方案设计 73

4.2.3 工程设计 73

4.3　集散控制系统的工作流程 74

4.4　集散控制系统的管理 75

4.4.1 各类专业人员的分工 75

4.4.2 DCS的管理 76

4.4.3 系统应用软件的继续开发 76

5　LonWorks现场总线技术 77

5.1　Neuron芯片 78

5.1.1 处理单元 80

5.1.2　存储单元 80

5.1.3 附加电路及I/O接口 81

5.2　LonWorks总线器件 82

5.2.1 LonWorks总线收发器 82

5.2.2 路由器 83

5.2.3 网络接口 84

5.2.4　i.Lon100 85

5.2.5 终结器 86

5.3　LonTalk协议 88

5.3.1 物理信道 88

5.3.2 神经元标识、地址和路由 88

5.3.3　LonWorks网络通信 89

5.4　应用程序编程语言 92

5.5　开发工具 93

5.5.1　LonBuilder和NodeBuilder 93

5.5.2 LonManager工具 94

5.5.3 网络服务工具 94

5.6　硬件组成 94

5.6.1 节点 95

5.6.2 控制网络组成 96

6 Neuron C语言 98

6.1 Neuron C与ANSI C语言的区别 98

6.2 事件驱动（Event Driven） 99

6.2.1 when语句 99

6.2.2 用于when语句中的事件类型 99

6.2.3 when语句的调度 102

6.2.4 优先级when语句 102

6.3 输入／输出 103

6.3.1 I/O对象的类型 103

6.3.2 I/O对象的显式说明 104

6.3.3 I/O资源使用说明的准则 105

6.3.4 实现I/O的函数和事件 105

6.4　定时器对象 107

6.5 网络变量（Network Variables） 107

6.5.1 网络变量的概念 107

6.5.2 网络变量的应用例子 109

6.6　显式报文（Explicit Message） 110

6.6.1　构成一个报文 110

6.6.2　发送一个报文 111

6.6.3　接收一个报文 112

6.6.4 显式报文的应用例子 113

6.6.5 用于报文处理的其他事件和函数 114

6.7　浮点数的表示和计算 116

6.7.1 浮点数的表示 116

6.7.2 浮点数计算 117

7　典型I/O接口对象及其应用编程 120

7.1 Neuron芯片的I/O对象类别 120

7.2　直接I/O对象 122

7.2.1 Bit输入／输出 122

7.2.2　Byte输入／输出 124

7.2.3　Leveldetect输入 125

7.2.4　Nibble输入／输出 126

7.3　定时器／计数器I/O对象 127

7.3.1 Dualslope输入 128

7.3.2　Frequency输出 130

7.3.3 Infrared输入 132

7.3.4　Pulsecount输入 135

7.3.5　Pulsecount输出 136

7.3.6　Pulsewidth输出 137

7.3.7　Quadrature输入对象 140

7.4　串行I/O对象 141

7.4.1　I2C输入／输出对象 141

7.4.2　Neurowire输入／输出对象 143

7.4.3　Serial输入／输出对象 145

7.4.4　Touch输入／输出对象 146

7.5　并行I/O 149

7.5.1　Muxbus输入／输出对象 149

7.5.2　Parallel输入／输出对象 151

8　NodeBuilder开发工具与LNS网络服务架构 154

8.1　NodeBuilder开发工具 155

8.1.1　NodeBuilder硬件 155

8.1.2　NodeBuilder软件 156

8.2　NodeBuilder使用 158

8.2.1　安装NodeBuilder硬件 158

8.2.2　安装NodeBuilder软件 162

8.2.3　使用NodeBuilder软件 167

8.3　LNS网络服务架构 171

8.3.1 LNS技术特点 172

8.3.2 LNS组件体系结构 173

8.3.3 LCA对象服务器 174

8.3.4 LNS网络工具 177

8.3.5 LNS DDE Server 178

9　节点设计方法与设计实例 183

9.1　节点设计方法 183

9.1.1　定义内存映像 183

9.1.2 提出问题 183

9.1.3 节点定义和功能分配 183

9.1.4 为每个节点定义外部接口 184

9.1.5 为节点编写应用程序 185

9.1.6 节点应用功能调试、节点定制和测试 185

9.1.7 将单个节点集成到网络中并测试 186

9.1.8 节点的软件设计步骤 186

9.2　智能节点的硬件电路和软件设计 188

9.2.1 智能节点的组成 188

9.2.2 节点的存储器设计 188

9.3　智能节点的I/O电路设计 190

9.3.1 串行接口设计 190

9.3.2 正交（Quadrature）输入接口 191

9.3.3 七段显示数码管的接口设计 194

9.3.4　键盘扫描接口设计 203

9.3.5 A/D接口电路的设计 206

9.4　智能网络适配器的设计 209

9.4.1 基于ISA总线的智能网络适配器 209

9.4.2 基于PCI总线的LON网络适配器设计 212

9.5　现场智能节点设计 224

9.5.1 远程智能数据采集装置设计 224

9.5.2 用于高压断路器的智能节点设计 228

9.6　LON-Ethernet网络接口的软硬件设计 238

9.6.1 LonWorks现场总线控制单元硬件组成 238

9.6.2 以太网控制单元硬件组成 240

9.6.3 嵌入式TCP/IP网络协议的实现 243

9.6.4 WinSocket协议的实现 249

10 LON控制网络及其应用 252

10.1 控制网络设计 252

10.1.1 控制网络的设计目标 252

10.1.2 控制网络的组成和特点 252

10.2 网管功能与软件设计 253

10.2.1 开发平台 254

10.2.2 网络管理软件 255

10.2.3 命令处理软件 255

10.2.4 DDE服务软件 255

10.2.5 网络适配器通信管理软件 256

10.3 用于蒸汽计量的分布式监测系统设计 257

10.3.1 分布式监测系统的结构 257

10.3.2 分布式监测系统的软件设计 258

10.4 一种适用于热能计量的现场总线控制网络 266

10.4.1 系统组成 266

10.4.2 通信方式及数据格式 266

10.4.3 智能节点的软件设计 267

10.5 一种新颖的电子考勤系统 272

10.5.1 系统基本组成 272

10.5.2 系统软件设计 274

10.6 一种采用现场总线与公共电话网的远程监控系统 277

10.6.1 系统设计考虑与结构 278

10.6.2 现场FCS网络内部的通信方式 279

10.6.3 主机与路由器的远程通信 280

10.7 LON-Ethernet网络接口在远程监控中的应用 282

10.7.1 设计目标 282

10.7.2 嵌入式LON-Ethernet网络接口软件的设计 283

10.7.3 以太网远程监控软件的设计 285

10.8 物料计量管理 287

10.8.1 系统的总体架构 287

10.8.2 基于LNS的组网技术与网络管理软件 289

10.8.3 LNS组网管理软件的开发 291

10.8.4 系统监控软件设计 296

11 基金会现场总线（FF） 302

11.1 基金会现场总线技术简介 302

11.1.1 基金会现场总线技术FF的发展回顾 302

11.1.2 FF总线的技术特点 302

11.1.3 基金会现场总线的体系结构 303

11.2　基金会现场总线的通信模型 305

11.2.1 物理层 306

11.2.2 FF通信栈 307

11.3　基金会现场总线的网络管理 311

11.3.1 网络管理的一般模型及功能 311

11.3.2 FF网络管理的结构模型及功能 311

11.3.3 FF网络管理的实现 313

11.4　基金会现场总线的系统管理 313

11.4.1 SMK的功能 314

11.4.2　SMK的状态和转换过程 314

11.4.3 SMK的实现 315

11.5　基金会现场总线控制系统的组态 317

11.5.1 FF系统设计 318

11.5.2　FF软件组态 318

11.5.3　组态工具 319

11.5.4 组态显示 320

11.5.5 设备描述DD（Device Description） 320

11.6　FF对控制系统的影响 321

12　基金会现场总线功能块 323

12.1　功能块及参数的概念 323

12.1.1 模式参数（MODE_BLK） 323

12.1.2　量程标定参数 324

12.1.3　错误状态的参数处理和激活 325

12.1.4 报警和事件参数 325

12.1.5 仿真参数 326

12.1.6 块选项 326

12.1.7　通道组态参数 327

12.1.8 功能块和参数表达 327

12.2　FF的功能块库 327

12.2.1 转换器块和资源块 327

12.2.2　功能块 329

12.3　基金会现场总线的典型模块 329

12.3.1　AI功能块 329

12.3.2 AO功能块 333

12.3.3　DI功能块 336

12.3.4　DO功能块 337

12.3.5　PID功能块 340

13 基金会现场总线的应用 348

13.1 基金会现场总线的产品开发 348

13.1.1 FF产品的现状 348

13.1.2 FF产品的组成及开发方向 348

13.1.3 FF产品的开发步骤 349

13.1.4 通信行规与设备行规 349

13.2　FF现场总线仪表通信圆卡设计 349

13.2.1 总线供电的现场总线仪表的典型结构 350

13.2.2　通信控制器FB3050 350

13.2.3 圆卡主要器件的选择原则 352

13.3　FF功能块的应用举例 353

13.3.1 AI功能块的应用 353

13.3.2 AO功能块的应用 354

13.3.3 PID模块的应用 355

13.4　基于基金会现场总线的Delta V系统的应用 358

13.4.1 Delta V系统概述 358

13.4.2　Delta V系统在氧化铝精制过程中的应用 359

14　Profibus现场总线概述 363

14.1　Profibus现场总线的产生与体系结构 363

14.2 Profibus现场总线的组成 864

14.3　Profibus现场总线通信传输技术 365

14.3.1 用于DP/FMS的RS-485传输技术 365

14.3.2 用于PA的IEC61158-2传输技术 367

14.3.3 光纤传输技术 369

14.3.4　RS-485-IS传输技术 369

14.4　Profibus在工厂自动化系统中的位置 370

14.5　Profibus控制系统组成 371

14.6 Profibus的技术优势 371

15　Profibus和PROFInet现场总线及其应用 373

15.1　Profibus现场总线通信模型 373

15.2　Profibus总线存取协议与通信 375

15.2.1 Profibus总线存取协议 375

15.2.2　Profibus的通信 375

15.3　Profibus-DP 377

15.3.1　Profibus-DP的功能和特点 377

15.3.2 Profibus-DP数据通信协议 378

15.3.3　Profibus-DP总线网络 382

15.3.4 Profibus-DP的系统配置 383

15.4　设备管理 384

15.4.1 电子设备数据文件（GSD） 385

15.4.2 通信协议和接口的实现 385

15.5　行规 387

15.5.1 通用应用行规 387

15.5.2　特殊应用行规 390

15.5.3 系统行规 394

15.6　Profibus-PA 395

15.6.1 Profibus-PA协议结构 396

15.6.2　Profibus-PA传输协议 396

15.7　工业以太网标准PROFInet 397

15.7.1 PROFInet的组成与特点 398

15.7.2 PROFInet的参考模型与体系结构 398

15.7.3 PROFInet通信模型与转移模型 400

15.7.4 PROFInet的优势 400

15.7.5 PROFInet的主要功能 401

15.7.6 PROFInet的性能等级 404

15.7.7 PROFInet集成现场总线 405

15.8 Profibus现场总线技术的应用 405

15.8.1 Profibus在自动化立体仓库系统中的应用 406

15.8.2 Profibus总线接口在智能仪表中的应用 408

参考文献 410