第一篇 网络化控制系统理论 1
第1章 网络化控制系统概论 1
1.1 网络化控制系统的产生与发展 1
1.2 网络化控制系统的特点 3
1.3 网络化控制系统的理论、技术及工程应用 5
1.3.1 网络化控制系统的理论研究 5
1.3.2 网络化控制系统的技术发展 5
1.3.3 网络化控制系统的工程应用 7
1.4 本书的主要内容与安排 8
第2章 网络技术基础 9
2.1 网络体系结构 9
2.1.1 网络协议和层次结构 9
2.1.2 OSI参考模型 10
2.1.3 TCP/IP体系结构 11
2.1.4 TCP/IP与OSI模型的主要区别 12
2.2 网络实体概述 13
2.2.1 中继器 13
2.2.2 集线器 13
2.2.3 网桥 14
2.2.4 交换机 15
2.2.5 路由器 15
2.2.6 网关 16
2.2.7 网卡 17
2.3 网络分类 18
第3章 网络拥塞控制概述 21
3.1 网络服务质量 21
3.1.1 网络服务质量概述 21
3.1.2 QoS的控制和管理机制 22
3.2 网络拥塞控制 24
3.2.1 网络拥塞控制的一般原则 25
3.2.2 网络拥塞控制方法 26
3.3 TCP/IP的拥塞控制 26
3.3.1 源端的TCP协议的拥塞控制 26
3.3.2 链路端路由器的拥塞控制 28
3.4 ATM网络中的拥塞控制 30
3.4.1 开环预防控制 31
3.4.2 反馈流控制 32
3.4.3 连接接纳控制 32
3.4.4 优先级拥塞控制 33
3.4.5 信元丢弃控制 33
第4章 基于控制理论的网络拥塞闭环控制方法 35
4.1 基于速率调节的网络拥塞控制方法 35
4.1.1 基于输入速率的网络拥塞控制 35
4.1.2 基于输出速率调节的网络拥塞闭环控制方法 38
4.2 多节点网络拥塞闭环控制方法 41
4.2.1 多节点网络模型及控制结构 41
4.2.2 基于OPNET的仿真运行及性能评价 43
4.3 网络节点区分服务控制机制研究 44
4.3.1 网络区分服务闭环控制概述 44
4.3.2 多信种的网络区分服务控制机制 45
4.4 基于主动队列管理的网络拥塞闭环控制方法 46
4.4.1 网络信息的主动队列控制思想及结构 46
4.4.2 节点队列概率丢弃控制机制及实验分析 48
4.5 OPNET网络仿真平台简介 51
4.5.1 网络层仿真模型的建模方法 52
4.5.2 节点层仿真模型的建模方法 53
4.5.3 进程层仿真模型的建模方法 54
4.5.4 典型网络M/M/1队列排队的仿真模型结构及实验分析 56
第5章 网络化控制系统的分析与综合 58
5.1 网络化控制系统的结构 58
5.2 网络化控制系统的基本问题 59
5.2.1 通信媒体类型及通信协议 59
5.2.2 节点的驱动方式 59
5.2.3 节点时钟同步方式与多率采样 60
5.2.4 网络时延 60
5.2.5 单包传输和多包传输 60
5.2.6 数据包时序错乱与数据包丢失 61
5.2.7 数据滤除和空采样 61
5.3 考虑网络时延的NCS分析与综合 61
5.3.1 系统建模与稳定性分析 62
5.3.2 控制器综合 64
5.4 考虑网络数据丢包的NCS分析与综合 65
5.4.1 系统建模 65
5.4.2 控制器综合 66
5.5 基于在线信息排队的网络化控制系统 68
5.5.1 基于在线信息排队的NCS控制结构 68
5.5.2 仿真实验 69
5.6 NCS的仿真工具Matlab/TrueTime 69
第二篇 网络化控制系统技术 72
第6章 集散控制系统（DCS） 72
6.1 DCS的发展过程及其特点 72
6.1.1 第一代DCS（初创期） 72
6.1.2 第二代DCS（成熟期） 72
6.1.3 第三代DCS（扩展期） 73
6.1.4 第四代DCS（高速发展期） 73
6.2 DCS的体系结构 75
6.2.1 DCS的基本构成 75
6.2.2 DCS的硬件构成 77
6.2.3 DCS的软件构成 78
6.2.4 DCS的网络构成 82
6.3 几种典型的DCS简介 85
6.3.1 Centum-CS3000的体系结构 85
6.3.2 TDC3000和TPS的体系结构 88
6.3.3 ABB公司的Industrial IT系统 92
6.4 DCS的工程应用与评价指标 92
6.4.1 DCS的工程应用设计 92
6.4.2 DCS的性能指标综合评价 94
第7章 现场总线控制系统（FCS） 96
7.1 现场总线的产生和发展 96
7.1.1 现场总线的概念 96
7.1.2 现场总线的发展过程 96
7.2 几种有影响的现场总线技术 98
7.2.1 FF总线 98
7.2.2 LonWorks总线 98
7.2.3 Profibus总线 99
7.2.4 CAN总线 99
7.2.5 HART总线 100
7.3 现场总线的特点与优点 100
7.3.1 现场总线系统的技术特点 101
7.3.2 现场总线的优点 101
7.3.3 现场总线控制网络的特点 102
7.4 现场总线的工业应用与集成 103
7.4.1 工业企业综合自动化系统网络模型 104
7.4.2 现场总线工业应用与集成 104
第8章 基于工业以太网的网络化控制系统 107
8.1 工业以太网概述 107
8.1.1 工业以太网的发展历程 107
8.1.2 工业以太网的发展方向 108
8.2 工业以太网的特点与要求 109
8.3 工业以太网的关键技术 110
8.3.1 通信确定性和实时性技术 110
8.3.2 系统稳定性技术 111
8.3.3 应用层协议与OPC技术 112
8.3.4 网络安全性技术 112
8.3.5 以太网供电技术 113
8.3.6 本质安全与安全防爆技术 114
8.4 典型工业以太网 114
8.4.1 EPA实时以太网 114
8.4.2 Ethernet/IP实时以太网 115
8.4.3 Modbus-IDA实时以太网 116
8.4.4 Profinet实时以太网 116
8.5 基于工业以太网的温度闭环控制系统设计 117
8.5.1 系统的构成原理 117
8.5.2 对象参数辨识与控制器参数优化 119
8.5.3 控制器参数优化整定机制 121
8.5.4 附PID控制器参数整定M文件 122
8.5.5 控制器参数整定后的试验曲线 123
第9章 基于Web和Internet的网络化控制系统 124
9.1 Internet与Web技术 124
9.1.1 基于静态文档的Web技术 124
9.1.2 基于动态交互页面的Web技术 124
9.1.3 Web数据服务器访问 125
9.2 基于Web和Internet的网络化控制结构 126
9.2.1 基于Internet的控制网络体系结构 126
9.2.2 基于Web的嵌入式工控节点及其远程监控 128
9.2.3 Web服务器独立式远程监控系统 129
9.3 基于Internet技术的典型网络化控制系统 130
9.3.1 网络远程闭环控制系统的组成原理 130
9.3.2 典型的网络化控制系统结构 132
9.3.3 基于Internet的水箱液位控制系统设计与实现 134
第10章 网络化控制系统软件开发技术 137
10.1 网络化控制系统的软件概述 137
10.1.1 网络化控制系统软件的层次及特点 137
10.1.2 网络化控制系统软件的基本内容 138
10.2 网络化控制系统中的软件开发技术 147
10.2.1 面向对象的程序设计方法 147
10.2.2 DDE技术 148
10.2.3 COM/DCOM/ActiveX技术 149
10.2.4 OPC技术 151
10.3 网络化环境下先进控制软件开发 153
10.3.1 先进控制算法开发层次 153
10.3.2 先进控制软件体系结构及运行的硬件平台 155
10.3.3 先进控制开发的基本内容 157
10.3.4 先进控制开发相关问题 162
10.3.5 基于OE模型的单变量预测控制软件开发示例 167
第三篇 网络化控制系统工程应用 175
第11章 工业加热炉的网络化控制系统 175
11.1 工业加热炉概述 175
11.1.1 加热炉的工艺过程 175
11.1.2 加热炉的控制任务 176
11.2 某钢厂工业加热炉控制方案 177
11.2.1 基于内模的分层递阶智能控制总体解决方案 178
11.2.2 基于IMC-PID的主回路控制器设计 178
11.2.3 燃烧控制的空燃比智能优化 189
11.3 基于PCS7的工业加热炉网络化控制系统实现 194
11.3.1 基于PCS7的控制系统硬件组成与控制网络 194
11.3.2 基于PCS7的控制系统软硬件组态 196
11.3.3 加热炉先进控制策略实施效果 198
第12章 工业锅炉的网络化控制系统 201
12.1 工业锅炉概述 201
12.2 工业锅炉的综合控制策略 202
12.2.1 锅炉给水的三冲量控制系统 202
12.2.2 除氧器液位与压力控制 204
12.2.3 锅炉燃烧的多变量预测控制策略 205
12.3 工业锅炉网络化控制系统实现 212
12.3.1 西门子Profibus现场总线控制系统集成 212
12.3.2 西门子控制系统的编程调试 214
第13章 电厂锅炉湿法烟气脱硫DCS仿真系统 217
13.1 电厂锅炉烟气脱硫的工艺过程 217
13.2 湿法烟气脱硫DCS仿真系统的技术要求 218
13.3 基于爱默生WDPF的DCS仿真系统架构 219
13.3.1 基于WDPF的DCS仿真系统构架 219
13.3.2 模型机与DCS系统的通信集成 219
13.4 湿法烟气脱硫过程的仿真建模 220
13.4.1 建立过程模型是构建仿真系统的核心 220
13.4.2 湿法烟气脱硫定量定性仿真模型结构 221
13.4.3 模糊TS模型的模糊聚类建模 222
13.4.4 吸收塔脱硫率的pH值定量子模型 224
13.4.5 用实际工业数据进行模型验证 226
13.4.6 WFGD过程的连续直接辨识建模方法 227
13.5 WDPF仿真系统的控制策略以及HMI组态工作 230
13.5.1 Ovation DCS系统组态介绍 231
13.5.2 Ovation DCS控制组态 232
13.5.3 Ovation DCS界面组态 233
参考文献 237