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第1章 绪论 1

1.1安全系统工程相关概念 1

1.1.1安全与安全标准 1

1.1.2安全系统 1

1.1.3系统工程 2

1.1.4安全系统工程 2

1.2安全系统工程的研究对象、内容与特点 3

1.2.1安全系统工程的研究对象 3

1.2.2安全系统工程的内容 4

1.2.3安全系统工程的特点 6

1.3工业生产安全 7

1.3.1工业生产安全问题 7

1.3.2工业生产安全的主要保障措施 7

1.4本书内容介绍与安排 8

复习思考题 10

第2章 工业控制系统及其基本安全策略 11

2.1工业控制系统概述 11

2.1.1工业自动化的一般概念 11

2.1.2工业控制系统的体系结构 13

2.1.3工业控制系统的组成 18

2.2工业控制系统的发展及其关键技术 24

2.2.1工业控制系统的发展 24

2.2.2控制装置（控制器）的类型 29

2.2.3工业控制系统人机界面技术 37

2.2.4工业控制系统控制器编程技术及语言规范 39

2.2.5工业控制系统的数据通信及其功能安全 42

2.2.6工业控制系统实时数据交换规范——OPC与OPC UA 44

2.3集散控制系统 48

2.3.1集散控制系统概述 48

2.3.2集散控制系统的特点 49

2.3.3集散控制系统的组成 50

2.4监督控制与数据采集（SCADA）系统 57

2.4.1 SCADA系统的概述 57

2.4.2 SCADA系统的组成 58

2.4.3 SCADA系统的应用 61

2.4.4 SCADA系统、DCS与PLC的比较 62

2.5工业控制系统的报警功能与报警管理系统 65

2.5.1工业控制系统的报警功能 65

2.5.2工业过程先进报警系统（AAS）的功能设计 69

2.6工业生产的安全保护措施与联锁 71

2.6.1工业生产的安全保护措施 71

2.6.2常规控制系统的安全联锁功能 74

2.7工业控制系统电源、接地、防雷与环境适应性 76

2.7.1电源系统设计 76

2.7.2接地系统设计和防雷设计 77

2.7.3环境适应性设计技术 79

复习思考题 81

第3章 故障检测与诊断 82

3.1故障检测与诊断技术概述 82

3.1.1故障检测与诊断的基础知识 82

3.1.2故障诊断系统的性能指标 85

3.1.3故障诊断方法综述 86

3.2多变量统计故障诊断方法 95

3.2.1主元分析法和偏最小二乘法 95

3.2.2基于主元分析的故障诊断方法 98

3.2.3基于变量贡献图的故障诊断方法 100

3.2.4基于核函数主元分析（KPCA）的故障诊断方法 101

3.2.5仿真示例 104

3.3 BP神经网络及其在工业过程故障诊断中的应用 112

3.3.1 BP神经网络基本原理 112

3.3.2 BP神经网络在冷冻机组故障诊断中的应用 115

3.4支持向量机及其在工业过程故障诊断中的应用 117

3.4.1支持向量机原理与分类算法 117

3.4.2支持向量机故障诊断方法原理 120

3.4.3仿真示例 121

3.5多模态工业过程状态监测 122

3.5.1多模态工业过程状态监测概述 122

3.5.2 MPCA及其在间歇过程状态监测中的应用 123

3.6机械设备状态监测与故障诊断 127

3.6.1机械设备状态监测与故障诊断概述 127

3.6.2机械设备状态监测中的信号处理 131

复习思考题 133

第4章 功能安全与安全仪表系统 134

4.1功能安全基础 134

4.1.1安全功能与功能安全 134

4.1.2危险与风险 135

4.1.3风险评估 135

4.1.4风险降低与保护层模型 136

4.1.5安全完整性等级 139

4.1.6必要的风险降低与SIL的关系 140

4.1.7安全生命周期 141

4.2安全仪表系统 143

4.2.1安全仪表系统的概念 143

4.2.2安全仪表系统的分类 144

4.2.3安全仪表系统与基本过程控制系统 145

4.2.4安全仪表系统的安全性与可用性 147

4.2.5安全仪表系统的种类及其特征 148

4.2.6安全仪表系统相关的主要参数 155

4.3风险评估与SIL定级 158

4.3.1过程危险分析 158

4.3.2主要的风险分析方法 158

4.3.3安全保护层分析（LOPA）与示例 162

4.3.4 SIF的SIL确定方法 164

4.4安全仪表系统的结构及其可靠性分析与计算 167

4.4.1安全仪表系统的冗余结构及其定性分析 167

4.4.2安全仪表系统冗余结构的故障树分析 170

4.4.3安全仪表系统冗余结构的可靠性框图分析 174

4.4.4安全仪表系统冗余结构的马尔可夫模型分析 178

4.5安全仪表系统的设计与应用 183

4.5.1安全仪表系统的设计原则 183

4.5.2安全仪表系统的设计步骤 184

4.5.3 SIF的PFD计算 185

复习思考题 186

第5章 安全仪表系统工程案例 188

5.1引言 188

5.2工艺流程概述 188

5.2.1工艺流程 188

5.2.2主要工艺参数 189

5.3废气处理站的安全完整性等级评估 190

5.3.1安全仪表系统的设计流程与风险评估中的参照标准 190

5.3.2废气处理站的安全完整性等级评估 194

5.3.3废气处理站燃烧器节点的HAZOP 196

5.3.4废气处理站的LOPA与SIL等级确定 199

5.4废气处理站安全仪表系统的设计与验证 206

5.4.1 SIS安全需求规范 206

5.4.2废气处理站安全仪表系统的SIF回路设计 207

5.4.3安全仪表系统的SIF验证 209

5.5基于HIMA安全仪表产品的废气站安全仪表系统实施 213

5.5.1希马公司的安全仪表产品介绍 213

5.5.2基于HIMA安全仪表的废气站安全仪表系统组态 216

5.5.3功能安全管理 220

5.5.4项目实施 221

第6章 工业控制系统信息安全 225

6.1工业控制系统信息安全问题 225

6.1.1信息安全基础 225

6.1.2工业控制系统信息安全概述 226

6.1.3工业控制系统信息安全与IT系统信息安全的比较 229

6.2网络控制协议解析与漏洞分析 230

6.2.1 Modbus/TCP协议解析 230

6.2.2 IEC 60870-5-104远动规约协议解析 233

6.2.3工业控制系统的漏洞及其分析 236

6.2.4工业控制系统的典型通信协议漏洞分析 240

6.2.5网络扫描 241

6.3针对工业控制系统的攻击手段与攻击过程 242

6.3.1针对工业控制系统的攻击手段 242

6.3.2针对工业控制系统的攻击过程 246

6.4工业控制系统的安全监控工具 248

6.4.1协议分析器 248

6.4.2 Libpcap抓包框架 249

6.4.3 Snort入侵检测框架 250

6.4.4 Wireshark分析框架 253

6.5工业控制系统信息安全防护 256

6.5.1工业控制系统的典型架构及其安全防护技术 256

6.5.2主要自动化公司的信息安全解决方案 261

6.5.3电力二次系统安全防护 268

6.6工业控制系统信息安全风险评估 272

6.6.1信息安全风险评估的概念 272

6.6.2典型风险评估方法及其对比 272

6.6.3工业控制系统信息安全风险评估分析 275

6.7工业控制系统信息安全标准 280

6.7.1工业控制系统信息安全相关标准规范的制定历程 280

6.7.2 IEC 62443的主要内容 281

6.8工业控制系统入侵检测 285

6.8.1入侵检测系统的基本原理、分类及评估指标 285

6.8.2常用的入侵检测方法 289

6.8.3工业控制系统入侵检测案例分析 290

6.9一种控制器硬件的环工业控制系统测试床 301

6.9.1测试床的总体结构与通信方案 301

6.9.2测试床的被控物理过程介绍 302

6.9.3测试床开发 303

6.9.4测试床在工业控制系统信息安全中的作用 313

复习思考题 314

参考文献 316