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 10
1.2计算机控制系统的设计与实现 13
1.2.1计算机控制系统设计的原则 13
1.2.2计算机控制系统设计步骤 15
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 25
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 30
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 DCS典型产品及特点 33
1.5.1 Honeywell公司的TDC-3000系统 33
1.5.2 ABB公司的Industrial 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
第2章 DCS的体系结构 37
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
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 44
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 54
2.4 DCS的体系结构的技术特点 56
2.4.1信息集成化 56
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 57
2.5.1 TDC-3000型集散控制系统的体系结构 57
2.5.2 Centum-XL系统的体系结构 59
2.5.3 I/A Series系统的体系结构 60
2.5.4 INFI-90系统的体系结构 62
2.5.5 MACS的体系结构 63
本章小结 65
思考题与习题 65
第3章 DCS硬件系统 66
3.1 DCS硬件组成概述 66
3.2 DCS的操作员站 68
3.3 DCS的工程师站和系统服务器 71
3.3.1工程师站的硬件结构 71
3.3.2系统服务器 73
3.4 DCS的现场控制站 74
3.4.1主控制器（MCU） 74
3.4.2模拟量输入设备（AI） 76
3.4.3模拟量输出设备（AO） 83
3.4.4开关量输入设备（DI） 85
3.4.5开关量输出设备（DO） 86
3.4.6脉冲量输入设备（PI） 88
3.4.7电源、转换设备 89
3.4.8机柜 93
3.5通信网络及设备 95
3.5.1控制网络 95
3.5.2系统网络 96
本章小结 98
思考题与习题 98
第4章 DCS的软件系统 99
4.1 DCS软件系统概述 99
4.2 DCS的控制层软件 101
4.2.1控制层软件的功能 101
4.2.2信号采集与数据预处理 102
4.2.3控制编程语言与软件模型 110
4.3 DCS的监督控制软件 122
4.3.1监控层的应用功能设计 123
4.3.2实时数据库 134
4.3.3操作员站软件结构 136
4.4 DCS的组态软件 140
4.4.1实时数据库生成系统 141
4.4.2生产过程流程画面 142
4.4.3历史数据和报表 142
4.4.4控制回路组态 143
4.5 DCS的控制方案 143
4.5.1控制器中的PID控制算法及应用 143
4.5.2控制器中的功能块 147
本章小结 153
思考题与习题 154
第5章 DCS的通信网络系统 155
5.1网络和数据通信基本概念 155
5.1.1通信网络系统的组成 155
5.1.2基本概念及术语 156
5.2工业数据通信 158
5.2.1数据通信的编码方式 158
5.2.2数据通信的工作方式 160
5.2.3数据通信的电气特性 161
5.2.4数据通信的传输介质 163
5.3 DCS中的控制网络标准和协议 165
5.3.1计算机网络层次模型 165
5.3.2网络协议 166
5.3.3网络设备 171
5.4现场控制总线 176
5.4.1现场控制总线的产生 176
5.4.2现场控制总线的特点 176
5.4.3现场总线技术概述 177
5.5 OPC简介 183
5.5.1 OPC的起源 183
5.5.2 OPC的数据访问 184
5.5.3 OPC编程 185
5.6 Modbus数据通信 186
5.6.1 Modbus协议概述 186
5.6.2 Modbus查询响应周期 187
5.6.3 ModBus协议传输方式 188
5.6.4 ModBus地址 191
5.6.5 ModBus功能码 191
5.6.6 ModBus协议错误检测方法 192
本章小结 194
思考题与习题 194
第6章 DCS的性能指标 195
6.1 DCS的可靠性 195
6.1.1可靠度R（t） 195
6.1.2失效率λ（t） 196
6.1.3平均故障间隔时间（MTBF） 198
6.1.4平均故障修复时间（MTTR） 198
6.1.5平均寿命m 198
6.1.6利用率A 198
6.2提高系统利用率的措施 199
6.2.1提高元器件和设备的可靠性 199
6.2.2提高系统对环境的适应能力 200
6.2.3容错技术的应用 200
6.3 DCS的安全性 205
6.3.1系统的安全性概述 205
6.3.2环境适应性设计技术 212
6.3.3电磁兼容性和抗干扰 217
6.3.4提高电磁兼容性和抗干扰能力的“六大法宝” 221
6.3.5功能安全性设计 229
本章小结 231
思考题与习题 231
第7章 DCS的工程设计技术与应用实例 232
7.1 DCS的工程设计 232
7.1.1方案论证 232
7.1.2方案设计 232
7.1.3工程设计 234
7.2 DCS的安装、调试与验收 240
7.2.1安装、调试 240
7.2.2验收、管理 246
7.2.3维护与二次开发 248
7.3 MACS在薄页纸生产线当中的应用 251
7.4西门子PCS7在锅炉控制中的应用 255
7.5 PlantScape系统在MTBE装置中的应用 258
本章小结 261
思考题与习题 262
附录一 DCS工程化设计步骤 263
附录二 DCS的工程应用实施方法 265
参考文献 266