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第1章　绪论 1

1.1　计算机控制系统基础知识 1

1.1.1　计算机控制系统的一般概念 1

1.1.2　计算机控制系统内的信号变换 4

1.1.3　计算机控制系统的分类 6

1.1.4　计算机控制系统的发展概况与趋势 9

1.1.5　控制计算机的几种机型 9

1.2.1　计算机控制系统设计的原则 13

1.2　计算机控制系统的设计与实现 13

1.2.2　计算机控制系统设计步骤 14

1.3　集散控制系统概述 20

1.3.1　集散控制系统（DCS）概念 20

1.3.2　DCS的基本组成及特点 22

1.3.3　集散控制系统的发展历程 24

1.4　几种计算机控制系统与DCS的比较 29

1.4.1 以PLC构成的控制系统监督控制系统 29

1.4.2　监督控制和数据采集系统 31

1.4.3　PC Based监督／控制系统 32

1.5.1　Horeywell公司的TDC-3000系统 33

1.5　DCS典型产品及特点 33

1.5.2　ABB公司的Industrialal IT系统 34

1.5.3　和利时公司的HOLLiAS系统 35

本章小结 36

思考题与习题 36

2.1　DCS的体系结构形成 37

2.1.1　中央计算机集中控制系统的形成 37

第2章　DCS的体系结构 37

2.1.2　DCS分层体系结构的形成 38

2.1.3　DCS的分层体系结构 40

2.2　DCS分层结构中各层的功能 41

2.2.1　直接控制级 42

2.2.2　过程管理级 42

2.2.3　生产管理级 43

2.2.4　工厂经营管理级 43

2.3　DCS的构成与联系 43

2.3.1　DCS的基本构成 44

2.3.2　DCS的软件构成 49

2.3.3　DCS的网络结构 53

2.4　DCS的体系结构的技术特点 55

2.4.1　信息集成化 55

2.4.2　控制功能的进一步分散化 56

2.5　DCS体系结构典型示例 56

2.5.1　TDC-3000型集散控制系统的体系结构 56

2.5.2　Centum-XL系统的体系结构 58

2.5.3　I/A Series系统的体系结构 59

2.5.4　INFI-90系统的体系结构 61

2.5.5　MACS的体系结构 63

本章小结 64

思考题与习题 64

第3章　DCS硬件系统 65

3.1　DCS硬件系统概述 65

3.1.1　系统概述 65

3.1.2　系统的各层功能 66

3.2.2　过程控制级中的智能调节器与可编程控制器 68

3.2.1 过程装置控制级的特征 68

3.2　DCS过程控制级 68

3.3　现场控制站的结构 70

3.3.1 现场控制站的构成 70

3.3.2 现场控制站的功能与可靠性维护 71

3.3.3　过程控制级和现场控制站的关系 74

3.4　DCS操作员站和工程师站 75

3.4.1 中心计算机站 75

3.4.2　操作站的功能 76

3.4.3　工程师站的功能 85

3.5　DCS的输入／输出设备及原理 87

3.5.1 主控制器 87

3.5.2　输入／输出设备 90

3.5.3　人机接口设备 93

本章小结 94

思考题与习题 94

第4章　DCS的软件系统 96

4.1　DCS软件系统概述 96

4.2.1　控制层软件的功能 98

4.2　DCS的控制层软件 98

4.2.2　信号采集与数据预处理 99

4.2.3　控制编程语言与软件模型 107

4.3　DCS的监督控制软件 118

4.3.1　监控层的应用功能设计［1］ 119

4.3.2　实时数据库 130

4.3.3　操作员站软件结构 132

4.4　DCS的组态软件 136

4.4.1　实时数据库生成系统 137

4.4.3　历史数据和报表 138

4.4.2　生产过程流程画面 138

4.4.4　控制回路组态 139

4.5　DCS的控制方案 139

4.5.1　控制器中的PID控制算法及应用 139

4.5.2　控制器中的功能块 143

本章小结 149

思考题与习题 150

5.1.1　通信网络系统的组成 151

5.1 网络和数据通信基本概念 151

第5章　DCS的通信网络系统 151

5.1.2　基本概念及术语 152

5.2　工业数据通信 154

5.2.1　数据通信的编码方式 154

5.2.2　数据通信的工作方式 156

5.2.3　数据通信的电气特性 157

5.2.4　数据通信的传输介质 158

5.3.1 计算机网络层次模型 161

5.3　DCS中的控制网络标准和协议 161

5.3.2　网络协议 162

5.3.3　网络设备 166

5.4　现场控制总线 171

5.4.1　现场控制总线的产生 171

5.4.2　现场控制总线的特点 171

5.4.3　现场总线技术介绍 172

本章小结 178

思考题与习题 178

6.1.1　可靠度R(t) 179

第6章　DCS的性能指标 179

6.1　DCS的可靠性 179

6.1.2　失效率λ(t) 180

6.1.3　平均故障间隔时间（MTBF） 182

6.1.4　平均故障修时间（MTTR） 182

6.1.5　平均寿命m 182

6.1.6　利用率A 182

6.2　提高系统利用率的措施 183

6.2.1　提高元器件和设备的可靠性 183

6.2.2　提高系统对环境的适应能力 184

6.2.3　容错技术的应用 184

6.3　DCS的安全性 189

6.3.1　系统的安全性概述 189

6.3.2　环境适应性设计技术 196

6.3.3 电磁兼容性和抗干扰 201

6.3.4　提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝” 205

6.3.5　功能安全性设计 213

思考题与习题 215

本章小结 215

第7章　DCS的工程设计技术与应用实例 216

7.1　DCS的工程设计 216

7.1.1　方案论证 216

7.1.2　方案设计 216

7.1.3　工程设计 218

7.2　DCS的安装、调试与验收 224

7.2.1　安装、调试 224

7.2.2　验收、管理 230

7.2.3　维护与二次开发 232

7.3　MACS在薄页纸生产线当中的应用 235

7.4　西门子PCS7在锅炉控制中的应用 239

7.5　PlantScape系统在MTBE装置中的应用 242

本章小结 245

思考题与习题 246

附录一　DCS工程化设计步骤 247

附录二　DCS的工程应用实施方法 249

参考文献 250