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第1章 集散控制系统 1

1．1 集散控制系统概述 1

1．1．1 集散控制系统的概念 1

1．1．2 集散控制系统的发展历史 2

1．2 集散控制系统的体系结构 4

1．2．1 现场级 5

1．2．2 控制级 5

1．2．3 监控级 5

1．2．4 管理级 6

1．3 集散控制系统的特点 6

1．3．1 适应性和扩展性 6

1．3．2 控制能力 7

1．3．3 人机联系手段 7

1．3．4 可靠性 7

1．4 集散控制系统的硬件结构 8

1．4．1 集散控制系统的过程控制级 8

1．4．2 集散控制系统的运行员操作站和工程师工作站 9

1．5 集散控制系统的软件体系 10

1．5．1 集散控制系统的系统软件 11

1．5．2 集散控制系统的组态软件 11

1．6 集散控制系统的操作方式和显示 12

1．6．1 集散控制系统的操作 12

1．6．2 集散控制系统的显示画面 15

1．7 习题 20

第2章 集散控制系统的控制算法 21

2．1 PID控制算法 21

2．1．1 理想PID控制算法 21

2．1．2 控制度和采样周期 22

2．1．3 理想PID控制算法的改进 23

2．1．4 其他形式PID控制 26

2．2 前馈控制 27

2．2．1 前馈控制 27

2．2．2 前馈补偿装置及控制 28

2．2．3 前馈控制系统实施中的若干问题 30

2．3 解耦控制 31

2．3．1 系统的耦合关系 31

2．3．2 串接解耦控制 33

2．3．3 逆系统解耦控制 34

2．4 时滞补偿控制 36

2．4．1 史密斯预估补偿控制方案 36

2．4．2 增益自适应时滞补偿器 37

2．4．3 观测补偿器控制方案 38

2．5 自适应控制 39

2．5．1 自整定控制器 39

2．5．2 模型参考型自适应控制系统 40

2．5．3 自校正控制系统 41

2．6 顺序控制 42

2．6．1 顺序控制的基本概念 42

2．6．2 梯形逻辑图及其编制方法 44

2．6．3 程序条件的编制 45

2．7 预测控制 46

2．8 习题 47

第3章 集散控制系统的通信网络与系统特性 48

3．1 数据通信的基本概念 48

3．1．1 基本概念 48

3．1．2 通信介质 51

3．1．3 数据通信系统网络结构 52

3．1．4 通信控制方式 53

3．2 集散控制系统中的网络通信 54

3．2．1 集散控制系统中通信的特点 54

3．2．2 OSI参考模型 55

3．2．3 现场总线标准 59

3．2．4 现场总线通信协议 60

3．3 集散控制系统中应用的网络协议 64

3．3．1 以太网 64

3．3．2 常用物理层标准接口 67

3．3．3 IEEE协议族 69

3．3．4 TCP/IP 76

3．4 习题 79

第4章 控制系统用现场总线 80

4．1 现场总线的定义 80

4．1．1 权威组织的定义 80

4．1．2 千米级总线 82

4．2 现场总线控制系统的分类 83

4．2．1 现场总线控制系统的分类 83

4．2．2 不同领域的最下层仪器与仪表 84

4．2．3 不同领域的系统结构 84

4．3 现场总线的核心与基础 85

4．3．1 现场总线的核心——总线协议 85

4．3．2 现场总线的基础——智能现场装置 85

4．3．3 现场总线技术的原型与系统产生 86

4．4 现场总线与IT计算机网络技术的区别 87

4．5 现场总线通信协议模型 88

4．5．1 协议分层 88

4．5．2 网络软件层次设计原则 89

4．5．3 总线通信协议基本模型 90

4．5．4 现场总线通信协议模型 92

4．6 现场总线控制系统的网络拓扑结构 94

4．7 习题 94

第5章 几种典型的现场总线 95

5．1 CAN总线 95

5．1．1 CAN总线概述 95

5．1．2 CAN总线网络结构 96

5．1．3 CAN总线协议 97

5．1．4 CAN性能分析 97

5．2 LonWorks总线 99

5．2．1 LonWorks概述 99

5．2．2 LonWorks总线通信控制器机器接口——神经元芯片 100

5．2．3 LonTalk协议 103

5．2．4 Neuron C语言 106

5．2．5 LNS 107

5．2．6 网络管理 108

5．3 FF 109

5．3．1 FF的概述 109

5．3．2 通信系统的组成及其相互关系 111

5．3．3 FF的网络拓扑结构 113

5．3．4 基金会现场总线与OSI参考模型的关系 115

5．3．5 网络管理 126

5．3．6 系统管理 127

5．4 Profibus协议 129

5．4．1 Profibus概述 129

5．4．2 Profibus现场总线技术的主要构成 130

5．4．3 Profibus的主要特性 131

5．4．4 Profibus—DP 132

5．4．5 Profibus—PA 134

5．4．6 Profibus—FMS 135

5．4．7 ProfiNet 136

5．5 控制层现场总线ControlNet 138

5．5．1 控制层现场总线概述 139

5．5．2 ControlNet协议规范 139

5．5．3 ControlNet的特点 141

5．6 设备层现场总线DeviceNet 142

5．6．1 DeviceNet的性能特点 143

5．6．2 DeviceNet的技术规范 143

5．6．3 DeviceNet中连接的概念 145

5．6．4 生产者／消费者模型 146

5．6．5 DeviceNet的报文传送 146

5．6．6 DeviceNet对象模型与设备架构 147

5．6．7 DeviceNet的一致性测试 148

5．6．8 DeviceNet接口和软硬件产品 148

5．7 习题 149

第6章 集散控制系统性能指标与工程设计规范 150

6．1 集散控制系统的性能指标 150

6．1．1 集散控制系统的可靠性 150

6．1．2 提高系统利用率的措施 153

6．1．3 集散控制系统的安全性 158

6．2 集散控制系统工程设计规范 183

6．2．1 方案论证 183

6．2．2 方案设计 184

6．2．3 工程设计 184

6．3 集散控制系统的评价与选择 189

6．3．1 集散控制系统的评价 189

6．3．2 集散控制系统的选择依据 193

6．3．3 技术规范书 195

第7章 工程应用举例 197

7．1 集散控制系统（DCS）在火力发电厂中的应用 197

7．1．1 工程简介 197

7．1．2 工艺流程&J 98

7．1．3 硬件设计 198

7．1．4 软件设计 200

7．1．5 流程展示 201

7．1．6 运行结果 206

7．2 CTN2000发酵过程计算机控制系统 207

7．2．1 CTN2000发酵过程控制系统简介 207

7．2．2 发酵控制系统中的基本操作及菜单结构 208

7．2．3 发酵控制系统的主要功能 209

7．2．4 系统流程展示 212

7．3 乔格变压器横剪线和纵剪线控制系统 217

参考文献 224