化工过程控制系统PDF电子书下载

1.1 自动控制的开端与发展 1

1.1.1 自动控制沿革 1

第1章　过程控制简史 1

1.1.2 工业革命与自动控制的兴起 2

1.1.3　控制论与微分方程 2

1.1.4　稳定性理论 2

1.1.6 频域分析 3

1.1.7 世界大战与经典控制 3

1.1.5 系统科学 3

1.1.8 空间／计算机时代和现代控制 4

1.1.9 数字控制与滤波理论 4

1.1.10 经典控制与现代控制 5

1.2　过程控制的形成 6

1.2.1 过程与过程控制 7

1.3　过程控制的发展 8

1.3.1 前经典时期的过程控制（1900～1939） 8

1.3.2 经典时期的过程控制（1940～1959） 10

1.4.1 直接数字控制 11

1.4　现代过程控制系统 11

1.4.2 数字控制的发展壮大 12

1.4.3 进入数字化及信息化时代 13

第2章　过程控制系统体系 16

2.1　传统过程控制系统体系 16

2.1.1 现场级 16

2.1.2 控制级 16

2.1.3　操作及过程管理级 16

2.2.1 微处理器与过程控制 17

2.2　发展了的过程控制系统体系 17

2.2.2 智能仪表及现场总线仪表 18

2.2.3　数字控制器 19

2.2.4　计算机HMI及管理系统 22

2.2.5 工业控制及管理网络 24

第3章　过程控制系统的结构要素 26

3.1　过程现场级结构要素 26

3.1.1 现场检测元件与变送器 26

3.1.2 压力测量 26

3.1.3 液位测量 29

3.1.4 温度测量 30

3.1.5 流量测量 33

3.1.6 大机组监测仪表 43

3.1.7 分析仪表 45

3.1.8 智能变送器与现场总线仪表 55

3.1.9　软传感器 56

3.1.10 调节阀 56

3.1.11 电动仪表的安全防爆 59

3.2　监视、控制级结构要素 60

3.2.1　模拟调节器 60

3.2.2　单元组合仪表 60

3.2.5　现场监视站 61

3.2.6　PLC与ESD站 61

3.2.3 单、多回路数字调节器 61

3.2.4　DCS控制站 61

3.3　操作、管理级结构要素 62

3.3.1　PC机操作站 62

3.3.2　小型机组态、管理站 62

3.4　网络与通信 62

3.4.1 早期通信方式 63

3.4.2 网络基础 63

3.4.3 网络参考模型与通信栈 65

3.4.4 通信模型 67

3.4.5　数据传输方式 68

3.4.6　信息在旅途 69

3.4.7 过程控制常用的数据链路层协议 70

3.4.8 应用工业以太网 72

3.5　支持软件要素 74

3.5.1 系统软件 74

3.5.2 编程语言 80

3.5.3　基本应用软件 80

3.5.4　HMI软件 81

3.5.5 组态软件 82

3.6　高层软件 82

3.6.1　先进控制软件 82

3.6.2　PID参数自整定软件 82

3.6.3　CIMS、CIPS和MES 83

3.6.4　ERP 83

第4章 集散型控制系统DCS 84

4.1　DCS概述 84

4.1.2 工程师站 85

4.1.1 现场控制站 85

4.1.3 操作员站 86

4.1.4 系统服务器 86

4.1.5 系统网络 86

4.1.6 高层管理网络 86

4.1.7　其他功能站 87

4.2　主控制器（MCU） 87

4.2.1　MCU的基本组成 87

4.3.1　AI设备的基本原理 88

4.3　模拟量输入设备（AI） 88

4.2.3　MCU的技术指标及试验方法 88

4.2.2　MCU的冗余配置 88

4.3.2　AI设备的技术指标及试验方法 89

4.4　模拟量输出设备（AO） 94

4.4.1　AO设备的基本原理 94

4.4.2 AO设备的技术指标及试验方法 94

4.5　开关量输入设备（DI） 95

4.5.1　DI设备的基本原理 95

4.5.2　DI设备的技术指标及试验方法 95

4.7.1　DO设备的基本原理 96

4.7　开关量输出设备（DO） 96

4.6 SOE输入设备（SOE） 96

4.6.1 SOE设备的基本原理 96

4.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法 96

4.7.2　DO设备的技术指标及试验方法 97

4.8　脉冲量输入设备（PI） 97

4.8.1　PI设备的基本原理 97

4.8.2　PI设备的技术指标 97

4.9 电源设备 97

4.9.1 AC/DC转换器 97

4.9.4 电源的有关指标 98

4.9.2　UPS 98

4.9.3　双路AC供电 98

4.10　组态维护与人机接口设备 99

4.10.1 显示设备 99

4.10.2 人机界面的输入设备 100

4.10.3 操作员站和工程师站主机 100

4.10.4 系统服务器 100

4.11.1 可靠性基本概念和术语 101

4.10.5　打印机 101

4.11　硬件系统的可靠性与环境适应性 101

4.11.2　环境适应性 105

4.11.3 电磁兼容性和抗干扰技术 109

4.11.4 防雷击 113

第5章　DCS软件 116

5.1　DCS主要功能的描述 116

5.1.1　DCS最主要的功能——回路控制功能 116

5.1.2　DCS的先进控制功能 116

5.2　DCS控制站软件 117

5.2.1　DCS控制站软件的功能及其工作过程 117

5.1.3　DCS的顺序控制和逻辑控制功能 117

5.1.4　DCS的其他功能 117

5.2.2 控制站实时数据组织和任务管理 119

5.2.3　控制站的信号输入／输出处理软件 121

5.2.4　控制器的功能执行软件 126

5.3　人机界面（HMI）软件 135

5.3.1 人机界面软件体系 135

5.3.2　操作系统 135

5.3.3　DCS操作员站功能 136

5.4　DCS管理服务器软件 139

5.4.1　I/O服务器的功能 140

5.4.2　报警服务器的功能 140

5.4.3　事件服务器的功能 141

5.4.4 历史服务器的功能 142

5.4.5 计算服务器的功能 142

5.5　系统自诊断和故障切换 142

5.6.1 图形页面组态功能设计 143

5.6　工程师站组态软件 143

5.6.2　数据库组态 145

5.6.3　报表组态功能 145

5.6.4　控制算法组态 146

5.7　先进控制及高层应用软件 146

第6章　PLC及ESD控制系统 149

6.1 PLC的历史背景 149

6.2　PLC的工作原理 150

6.2.1 扫描 150

6.3　PLC的结构与系统 151

6.2.3 中断控制方式 151

6.2.2 时钟控制方式 151

6.4　PLC智能组件 153

6.5　PLC输入／输出组件 153

6.5.1　PLC输入模件 153

6.5.2　PLC输出模件 154

6.6　PLC电源 155

6.7 PLC通信 155

6.8.2　编程器的构成及功能 156

6.8.1　PLC编程器的发展 156

6.8　PLC编程器及其他外围设备 156

6.9　PLC编程 157

6.9.1　PLC编程语言 157

6.9.2　编程的基本概念 157

6.9.3　应用编程 161

6.10　IEC 61131标准 161

6.10.1　概述 161

6.10.2　语言特点 162

6.10.3 语言类型 162

6.10.4　指令表 165

6.10.5　结构化文本 167

6.10.6　功能块图 168

6.10.7 顺序功能图 169

6.11　PLC的冗余技术 172

6.11.1 双重化系统的功能和运行 172

6.11.2 同步运行期间I/O信号的处理 173

6.12　传统过程安全保护系统 173

6.12.1　沿革 173

6.12.2 安全与可用性要求 174

6.12.3　安全操作特性和失效分析 175

6.12.4　基于硬接线的系统 176

6.12.5 用PLC构建的ESD系统 177

6.13　安全仪表系统与功能安全 178

6.13.1 功能安全 180

6.13.2　安全系统性能参数 180

6.13.3 安全系统可靠性技术 182

6.13.4　容错方式的演进 184

6.14.2　Tricon TMR结构 187

6.14.1 Tricon安全控制系统 187

6.14　基于比较表决的TMR安全控制系统 187

6.15 基于自诊断的QMR安全控制系统 189

6.15.1 QMR结构的性能 189

6.15.2 容错QMR系统的自诊断 189

第7章　现场总线控制系统 193

7.1　现场总线的定义 193

7.1.1 设备总线和传感器总线 193

7.1.2 现场总线网络的开放性 194

7.2　现场总线标准之争尘埃落定 195

7.1.3 现场总线割据的形成 195

7.3　现场总线基础 197

7.3.1 现场总线通信模型层次 197

7.3.2　现场总线术语 197

7.3.3　现场总线相关设备 199

7.3.4 现场总线的选择 199

7.4　工业以太网e网到底？ 200

7.5　DCS前途多变 201

7.7.1　基金会现场总线与OSI模型 202

7.7　基金会现场总线技术概述 202

7.6　走近基金会现场总线 202

7.7.2　物理层 203

7.7.3 高速以太网 205

7.7.4　通信栈 205

7.7.5　用户层 212

7.8　网络管理和系统管理 220

7.8.1 网络管理 220

7.8.2 系统管理 220

7.9　现场总线技术规范 224

7.9.2　FF通信模型类别 225

7.9.1 设备描述 225

7.9.3　设备描述编译器 226

7.9.4　设备描述服务 226

7.10　基金会现场总线设备的互操作性 227

7.11　HSE高速以太网及其通信栈 227

7.11.1 通信栈结构和网络拓扑 228

7.11.2　基金会现场总线的冗余技术 229

7.11.3 基于PC的基金会现场总线控制系统 229

7.12.3 应用工程组态 230

7.12.2 离线组态 230

7.12　系统组态 230

7.12.1 系统设计 230

7.13　现场应用调试 231

7.14　基金会现场总线的安全技术 231

7.15　ProfiBus 232

7.15.1　ProfiBus拓扑结构 233

7.15.2　ProfiBus协议结构 233

7.16　ControlNet 234

8.2　SCADA系统的结构 236

8.2.1　传统SCADA系统的结构 236

8.1　SCADA的起源及意义 236

第8章 SCADA 236

8.2.2 现代SCADA系统的结构 238

8.3　SCADA系统配置和接口 240

8.3.1　SCADA系统配置 240

8.3.2　SCADA软件和设备接口 241

8.4　SCADA功能及应用开发 242

8.4.1　基本功能性 242

8.4.2　系统功能 243

8.4.3　通用SCADA功能 245

8.4.4　SCADA系统应用开发 248

8.5　SCADA与DCS的区别 249

8.6　SCADA的发展 251

第9章　OPC技术 252

9.1　OPC技术的定义 252

9.1.1　COM和DCOM 252

9.1.2　OPC基金会 253

9.1.3　OPC规范 253

9.1.4　OPC的作用 254

9.2　OPC对象与接口 255

9.3　OPC客户／服务器模式简介 258

9.4　OPC DA 260

9.4.1 实时数据访问 260

9.4.2 数据访问方式 260

9.4.3　过程数据的组成 261

9.5　OPC AE 261

9.5.1 事件的类型 261

9.5.2　事件的通知 261

9.5.4 与OPC数据访问服务器的关系 262

9.5.3　对象和接口 262

9.6.1　操作过程案例 263

9.6.2　现有设备情况 263

9.7　OPC HDA 263

9.6　OPC应用说明 263

9.8　OPC DX 264

9.9　OPC XML 266

9.10　现场总线与OPC 267

10.1.1 过程控制工程的含义 269

10.1.2 过程控制工程的目的、任务和内容 269

10.1　过程控制工程的含义及内容 269

第10章　过程控制工程 269

10.1.3 过程控制工程计算机控制系统发展现状与趋势 270

10.2　应用控制系统分析 271

10.2.1 应用控制系统分类 271

10.2.2 化工行业生产过程的特点 272

10.2.3 化工生产过程对象的控制要求和特点 273

10.2.4 计算机集成制造系统 274

10.3.1 单回路控制系统 275

10.3　过程控制系统分析、控制方案设计和工程应用 275

10.3.2 串级控制系统 280

10.3.3 比值控制系统 281

10.3.4 均匀控制系统 283

10.3.5　前馈控制系统 284

10.3.6　选择性控制系统 287

10.3.7　分程控制系统 290

10.3.8　先进控制系统 291

10.4　应用控制系统的评价与优化 293

10.6　过程控制应用水平的分析 294

10.5　过程控制应用工程的实施与管理 294

参考文献 296

附录一 ABB公司产品介绍 297

附录二　Foxboro与IPS 300

附录三　北京和利时产品介绍 304

附录四 欧姆龙与IAB 308

附录五 Wonderware产品介绍 312

附录六 横河电机DCS技术介绍 315

附录七 浙大中控产品介绍 318

附录八　霍尼韦尔公司产品介绍 322