集散控制系统原理及其应用PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 集散控制系统的基本概念 1

1.1.1 集散控制系统的发展历史 2

1.1.2 集散控制系统的基本组成 4

1.2 集散控制系统的特点 6

1.3 集散控制系统的发展方向 7

1.3.1 CIMS和CIPS 8

1.3.2 现场总线控制系统 9

第2章 集散控制系统的体系结构 15

2.1 集散控制系统的功能分层 15

2.2 集散控制系统层次化体系结构 17

2.2.1 现场装置的控制级 18

2.2.2 过程装置的管理级 19

2.2.3 车间生产的操作管理级 20

2.2.4 全厂优化和经营管理级 20

2.3 集散控制系统体系结构典型示例 21

2.3.1 SIMATIC PCS7 21

2.3.2 TPS 29

2.3.3 CENTUM-CS3000 37

2.3.4 I/A Series 47

第3章 集散控制系统的硬件结构 56

3.1 DCS的现场控制站 56

3.2 DCS的操作员站 65

3.3 DCS的工程师站 68

3.3.1 工程师站的硬件结构 69

3.3.2 系统服务器 69

3.4 DCS硬件的典型示例——PCS7的硬件结构体系 71

第4章 集散控制系统的软件结构 76

4.1 DCS现场控制站的软件 77

4.1.1 现场控制站的数据库 77

4.1.2 现场控制站的输入／输出模块 78

4.1.3 现场控制站的控制模块 82

4.1.4 现场控制站的运算模块 90

4.2 DCS操作员站的软件 92

4.2.1 操作系统 93

4.2.2 面向过程语言 95

4.2.3 操作员站的功能 96

4.3 DCS工程师站的软件 100

4.3.1 DCS工程师站的软件 100

4.3.2 控制功能组态 101

4.3.3 操作画面组态 102

4.4 典型示例-PCS7的软件系统 105

4.4.1 工程师站软件系统 105

4.4.2 SIMATIC Manager 106

4.4.3 工厂视图 106

4.4.4 过程对象视图 107

4.4.5 I＆C libraries 107

4.4.6 多项目工程组态 108

4.4.7 分割和合并 109

4.4.8 顺序功能图（SFC） 109

4.4.9 连续功能图（CFC） 109

4.4.10 图形设计器和面板设计器 111

4.4.11 用户界面 112

4.4.12 消息和报警 113

4.4.13 集中用户管理、访问控制和电子签名 113

4.4.14 状态监测 114

4.4.15 时间同步 114

4.4.16 脚本语言 114

第5章 集散控制系统的控制算法 115

5.1 PID控制算法 115

5.1.1 理想PID控制算法 115

5.1.2 控制度和采样周期 117

5.1.3 理想PID控制算法的改进 118

5.1.4 二维PID控制 122

5.1.5 自整定控制 123

5.2 选择性控制系统 124

5.2.1 超驰控制系统 124

5.2.2 测量信号的选择性系统 126

5.2.3 带有逻辑运算规律的选择性系统 126

5.3 前馈控制 127

5.3.1 前馈控制 127

5.3.2 前馈补偿装置及控制算法 129

5.3.3 前馈控制系统实施中的若干问题 131

5.4 解耦控制 133

5.4.1 系统的关联分析 133

5.4.2 串接解耦控制 135

5.5 时滞补偿控制 137

5.5.1 史密斯预估补偿控制方案 137

5.5.2 增益自适应时滞补偿器 139

5.5.3 观测补偿器控制方案 140

5.6 推断控制 141

5.6.1 采用计算指标的控制 142

5.6.2 反馈推断控制 145

5.6.3 前馈性推断控制 145

5.7 预测控制 147

5.8 自适应控制技术 153

5.8.1 简单自适应系统 154

5.8.2 模型参考型自适应控制器 156

5.8.3 自校正控制系统 157

5.9 顺序控制 158

5.9.1 顺序控制的基本概念 158

5.9.2 梯形逻辑图及其编制方法 161

5.9.3 程序条件的编制 164

5.10 计算机优化控制 165

5.10.1 目标函数 166

5.10.2 过程优化模型 167

5.10.3 约束 169

5.10.4 最优化方法 170

5.10.5 应用实例 172

第6章 集散控制系统的网络通信技术 176

6.1 网络和数据通信基本概念 176

6.1.1 通信网络系统的组成 176

6.1.2 基本概念 178

6.2 网络通信基础 179

6.2.1 计算机网络与局部网络 179

6.2.2 通信数据编码 181

6.2.3 传输介质 183

6.2.4 传输技术 184

6.2.5 网络拓扑结构 187

6.2.6 错误检测纠错及编码 189

6.3 DCS中的控制网络标准和协议 190

6.3.1 DCS中网络通信的特点 191

6.3.2 OSI参考模型 191

6.3.3 其他网络标准 194

6.3.4 IEEE通信协议 197

第7章 现场总线技术（FCS） 206

7.1 现场总线概述 206

7.1.1 现场总线的定义 206

7.1.2 现场总线的发展现状与趋势 207

7.1.3 现场总线的技术特点 208

7.1.4 当前有影响的现场总线 209

7.1.5 现场总线控制系统的组成 211

7.2 基金会现场总线 212

7.2.1 基金会现场总线的核心技术 212

7.2.2 FF的通信系统结构及其相互关系 213

7.2.3 基金会总线的物理层和网络连接 218

7.2.4 数据链路层 221

7.2.5 现场总线访问子层 223

7.2.6 现场总线报文规范子层 225

7.2.7 网络管理 227

7.2.8 系统管理 228

7.2.9 系统组态 229

7.3 ProfiBus总线 232

7.3.1 概述 232

7.3.2 ProfiBus基本特性 233

7.3.3 ProfiBus-DP 238

7.3.4 ProfiBus-PA 241

7.3.5 ProfiBus-FMS 242

7.4 ProfiBus的总结 243

第8章 集散控制系统的可靠性 244

8.1 系统可靠性概述 244

8.1.1 可靠性技术发展 244

8.1.2 可靠性指标 245

8.2 提高可靠性的措施 246

8.2.1 可靠性的措施 246

8.2.2 可靠性设计 247

8.2.3 硬件的可靠性设计 249

8.2.4 软件的可靠性设计 252

8.3 冗余技术 256

8.3.1 硬件冗余 256

8.3.2 软件冗余 257

8.3.3 其他冗余方法 259

8.4 容错技术与故障安全 260

8.5 安全联锁系统 261

8.5.1 安全联锁系统概述 261

8.5.2 FSC系统结构 262

8.5.3 FSC系统工作原理 266

8.5.4 FSC系统组态 270

8.5.5 FSC的技术规格与功能 272

第9章 集散控制系统的工程化设计 276

9.1 概述 276

9.2 文字符号和功能图形符号 278

9.2.1 文字符号 278

9.2.2 功能图形符号 281

9.3 集散控制系统的工程设计 288

9.3.1 工程设计的基本程序和实施步骤 288

9.3.2 工程设计中的专业分工 292

9.3.3 集散控制系统工程设计中的若干问题 294

9.4 集散控制系统的安装、调试与维护 296

9.4.1 集散控制系统的安装 296

9.4.2 集散控制系统的调试 297

9.4.3 集散控制系统的故障诊断 299

9.4.4 集散控制系统的管理、维护及应用软件的再开发 300

9.5 集散控制系统的工程实施 301

第10章 集散控制系统的应用 303

10.1 PCS 7在制浆造纸过程控制中的应用 303

10.2 西门子PCS 7过程控制系统在焙烧工艺中的应用 307

10.3 西门子PCS 7在新建60万吨纯碱中的应用 311

10.4 霍尼韦尔PKS DCS在离子膜烧碱中的应用 316

10.5 霍尼韦尔PKS控制系统在酒钢21 000m3/h制氧机中的应用 319

10.6 CS3000在国产70m3制聚合釜PVC生产工艺中的应用 323

10.7 CENTUM CS3000在硝酸装置中的应用 330

参考文献 335