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第一章 概述 1

第一节 计算机控制系统的结构与发展 1

一、计算机控制的一般概念 1

二、直接数字控制系统的一般组成 2

三、DDC系统结构演变为DCS的必然性 4

四、计算机控制系统的实时性问题 5

第二节 控制系统的网络化发展趋势 6

一、CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分 6

二、传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 7

三、现场总线技术的产生 8

四、基于现场总线的自动化系统结构的变化 9

第三节 计算机控制网络中的最新技术 10

一、嵌入式技术 11

二、开放的标准 12

三、先进控制技术 12

四、EIC一体化 13

五、综合自动化 13

复习思考题 15

第二章 数据通信基础 16

第一节 数据通信中的一些基本概念和术语 16

一、模拟数据通信和数字数据通信 16

二、数据通信中的主要技术指标 19

三、通信方式 21

四、数据编码技术 22

第二节 传输介质 25

一、双绞线 25

二、同轴电缆 26

三、光纤 27

四、无线介质 29

第三节 差错控制方法 31

一、差错的产生原因及其控制方法 31

二、奇偶校验码 32

三、循环冗余码（CRC） 34

第四节 多路复用 36

一、频分多路复用 36

二、波分多路复用 37

三、时分多路复用 37

第五节 数据交换技术 39

一、电路交换 39

二、报文交换 40

三、分组交换 41

复习思考题 42

第三章 计算机网络 43

第一节 概述 43

一、计算机网络的组成 43

二、计算机网络的主要功能 44

三、计算机网络分类 45

四、网络拓扑结构 48

第二节 OSI基本参考模型 49

一、物理层 50

二、数据链路层 51

三、网络层 52

四、传输层 55

五、会话层 57

六、表示层 59

七、应用层 59

第三节 局域网 60

一、局域网的主要技术 60

二、局域网标准 62

三、局域网的媒体访问控制方法 63

四、局域网交换机 67

第四节 以太网 68

一、以太网与802.3 69

二、快速以太网 71

三、千兆位以太网 72

第五节 无线局域网 74

一、概述 74

二、扩频通信技术 77

三、802.11无线局域网 77

第六节 TCP／IP协议 81

一、概述 81

二、网络接口层 82

三、网络层 83

四、传输层 85

五、应用层 89

复习思考题 91

第四章 现场总线 93

第一节 现场总线国际标准 93

一、工业现场对现场总线的要求 93

二、现场总线技术概念 94

三、现场总线的发展现状 95

第二节 串行通信总线 105

一、EIARS-232-C标准 105

二、RS-422与RS-423接口标准 108

三、RS-485总线标准 109

第三节 CAN总线 112

第四节 基金会现场总线FF H1 115

一、ISO／OSI参考模型与FF通信模型的对应关系 115

二、基金会现场总线的网络通信结构 118

三、网络拓扑结构 118

四、传输介质 118

五、H1网络的组成部件 119

六、FF现场总线软件系统结构 120

第五节 PROFIBUS 120

一、PROFIBUS概貌 121

二、PROFIBUS-DP 123

三、PROFIBUS-PA 127

第六节 LonWorks现场总线 128

一、Neuron Chip神经元专用芯片 128

二、LonTalk通信协议 130

三、LonBuilder及NodeBuilder开发工具 135

四、LonWorks技术的应用 136

复习思考题 140

第五章 控制级网络 142

第一节 ARCNET控制网络 142

一、ARCNET的时间确定性 142

二、定向信息传送 143

三、广播信息 143

四、节点进网与退网 143

五、ARCNET网络的连接方式 144

六、ARCNET帧结构 145

七、扩展ARCNET网络 145

第二节 光纤分布式数据接口FDDI 146

一、FDDI标准 146

二、FDDI的帧结构 147

三、典型的拓扑结构 147

四、主要特点 148

第三节 工业以太网 149

一、以太网的优点 150

二、工业以太网的概念 150

三、工业以太网的关键技术 151

第四节 几种主要的工业以太网 160

一、IDA ＆ Modbus／TCP工业以太网 161

二、Ethernet／IP工业以太网 164

三、FF HSE高速以太网 168

四、PROFInet工业以太网 171

复习思考题 173

第六章 集散控制系统（DCS）组成与结构 174

第一节 集散控制系统概念 174

一、各类控制系统的特点与比较 175

二、分布式控制系统的组成及体系结构 176

第二节 新一代分布式控制系统 179

一、促进第四代DCS形成的原因 180

二、第四代DCS的体系结构 180

三、第四代DCS的技术特点 184

第三节 几种典型的DCS结构与特点 186

一、Honeywell公司的Experion PKS系统 186

二、Foxboro公司的A2系统 187

三、ABB公司的IndustrialIT系统 188

四、Emerson公司的Plantweb系统 190

五、西门子SIMATIC PCS7 6.0 192

六、和利时公司的HOLLIAS系统 197

复习思考题 199

第七章 集散系统的可靠性 200

第一节 系统可靠性指标 200

一、可靠度R（t） 200

二、失效率A（t） 201

三、平均故障间隔时间 201

四、平均故障修复时间MTTR 201

五、平均寿命 201

六、利用率 201

第二节 提高系统利用率的措施 202

一、提高元器件和设备的可靠性 202

二、提高系统对环境的适应能力 202

三、容错技术的应用 203

四、DCS的分散化结构 203

五、全系统的多级操作控制 204

六、故障自诊断技术 204

七、DCS的远程诊断和维护 205

第三节 DCS容错与冗余设计 206

一、容错与冗余的概念 206

二、分布式控制系统的冗余设计 208

三、DCS双机冗余系统的实现 215

四、集散控制系统的电源冗余 219

五、过程通道冗余措施 220

第四节 DCS的接地措施 220

一、接地的作用 220

二、接地要求和方法 222

复习思考题 226

第八章 组态软件简介 228

第一节 组态软件概述 228

一、组态／组态软件的基本概念及其特点 228

二、组态软件的发展趋势 229

第二节 组态软件的系统构成 231

一、以使用软件的工作阶段划分 231

二、按照成员构成划分 232

第三节 组态软件的图形开发环境 234

一、基本概念 235

二、图形开发环境的工作桌面 238

第四节 组态软件的I／O设备驱动 239

一、设备驱动程序在组态软件中所处地位及数据流图 239

二、设备驱动程序完成的主要功能 240

三、设备驱动程序能够连接的设备种类 241

四、设备驱动程序的技术指标 241

五、使用设备驱动程序的注意事项 241

第五节 组态软件接口程序 241

一、DDE（动态数据交换） 241

二、OLE（对象链接与嵌入） 242

三、DLL（动态链接库） 243

四、COM（组件对象模型） 244

五、ActiveX 245

六、DCOM（分布式COM） 245

七、COM+ 245

八、ODBC（开放的数据库连接） 245

第六节 OPC 246

一、OPC发展史 247

二、OPC对传统的过程控制系统结构改进 247

三、OPC与分布式控制 248

第七节 工控编程语言IEC61131-3 249

一、IEC61131概述 249

二、IEC61131-3国际标准的主要特点 250

三、IEC61131-3的应用情况 251

四、IEC61131-3梯形图编程（LD） 252

五、功能框图（Function Block Diagram.FBD）语言 252

六、顺序功能流程图（SFC） 254

七、结构化文本（ST） 256

八、指令表（IL） 258

复习思考题 259

第九章 集散控制系统的设计与应用 260

第一节 集散控制系统的评价 260

一、技术性能评价 260

二、使用性评价 263

三、可靠性与经济性评价 264

第二节 集散控制系统的选择 265

一、选择原则 265

二、评价方法 265

第三节 集散控制系统的设计 267

一、方案论证 267

二、方案设计 271

第四节 集散控制系统的调试、安装与验收 277

一、集散控制系统的调试 277

二、集散控制系统的安装 278

三、集散控制系统的验收 278

四、DCS的管理、维护和应用软件的再开发 279

复习思考题 280

参考文献 281