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1 概述1

1.1 计算机控制系统的基础知识1

1.1.1 计算机控制的一般概念1

1.1.2 计算机控制系统的组成2

1.2 计算机控制系统的结构与发展4

1.3 工业控制网络的发展7

1.3.1 CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分7

1.3.2 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统8

1.3.3 现场总线技术9

1.3.4 基于现场总线的自动化系统结构的变化10

2 集散控制系统组成与结构12

2.1 集散控制系统概述12

2.1.1 集散控制系统的特点13

2.1.2 分散控制系统的基本组成14

2.2 分布式控制系统的发展18

2.2.1 DCS的发展18

2.2.2 DCS的体系结构19

2.2.3 DCS的技术特点22

2.3 几 种典型的DCS结构与特点24

3 控制网络基础34

3.1 数据通信基本概念34

3.2 数据编码及通信方式35

3.2.1 数字数据的模拟信号编码35

3.2.2 数字数据的数字信号编码36

3.2.3 模拟数据的数字信号编码37

3.2.4 信号的传输方式38

3.2.5 通信传输技术38

3.2.6 同步传输和异步传输40

3.3 差错控制方法41

3.3.1 差错的控制编码41

3.3.2 传输差错检测42

3.4 多路复用44

3.5 数据交换技术46

3.6 计算机网络与工业控制网络51

3.7 网络通信协议53

3.7.1 OSI基本参考模型53

3.7.2 局域网标准56

3.7.3 TCPIP协议57

3.8 网络拓扑结构63

3.9 网络的传输介质65

3.10 网络传输媒体访问控制方法69

4 现场总线72

4.1 现场总线简介72

4.1.1 现场总线的定义72

4.1.2 现场总线控制系统的特点72

4.1.3 现场总线国际标准73

4.2 RS-485总线标准81

4.2.1 RS-232-C标准81

4.2.2 RS-422与RS-423接口标准84

4.2.3 RS-485总线标准86

4.3 CAN总线88

4.3.1 CAN总线简介88

4.3.2 CAN通信协议88

4.3.3 CAN报文通信89

4.3.4 CAN总线的仲裁机制91

4.3.5 CAN通信器件93

4.4 ProfiBus总线94

4.4.1 ProfiBus概貌95

4.4.2 ProfiBus协议结构95

4.4.3 ProfiBus-DP98

4.4.4 ProfiBus-PA101

4.5 工业以太网101

4.5.1 工业以太网概述101

4.5.2 工业以太网的关键技术102

4.5.3 几种主要的工业以太网109

5 现场控制站122

5.1 现场控制站概述122

5.1.1 现场控制站的结构122

5.1.2 现场控制站的功能122

5.2 数字量输入输出通道123

5.2.1 开关量输入输出通道的一般结构123

5.2.2 水泥厂开关量输入输出126

5.3 开关量信号调理127

5.4 模拟量输入通道129

5.4.1 模拟量输入通道的一般结构129

5.4.2 模拟量信号调理130

5.4.3 水泥厂模拟量输入信号实例132

5.5 模拟量输出通道140

5.5.1 模拟量输出通道的一般结构140

5.5.2 水泥厂模拟量输出实例140

5.6 ABB Freelance800F过程控制级AC800F控制器141

5.6.1 AC800F控制器基本特点141

5.6.2 AC800F控制器结构142

5.6.3 AC800F控制器选型142

5.6.4 AC800F控制器典型总线结构142

5.6.5 AC800F控制器配置步骤144

5.7 ABB Freelance800F过程控制级S800 IO站145

5.7.1 概述145

5.7.2 基本特点145

5.7.3 功能描述145

5.7.4 S800 IO站基本配置145

5.7.5 总线通信接口145

5.7.6 S800 IO模件146

5.8 数字PID控制器设计149

5.8.1 PID控制器原理149

5.8.2 数字PID控制器设计150

5.8.3 新型PID控制器153

5.9 水泥厂控制回路实例157

5.9.1 水泥原料配料控制157

5.9.2 磨机负荷控制157

5.9.3 生料喂料仓重自动控制158

5.9.4 窑尾生料喂料自动控制回路158

5.9.5 分解炉温度控制158

5.9.6 预热器出口压力调节159

5.9.7 窑尾排风机入口压力调节159

5.9.8 回转窑转速控制160

5.9.9 篦冷机篦速控制160

5.9.10 篦冷机出口风温控制160

5.9.11 篦冷机一、二室风量自动调节161

5.9.12 窑头负压调节161

5.9.13 增湿塔出口温度调节161

6 工程师站和操作员站162

6.1 工程师站的功能162

6.2 工程师站的基本配置162

6.3 工程师站组态软件162

6.4 工程师站组态过程163

6.4.1 项目树组态163

6.4.2 功能块（FBD）组态169

6.4.3 顺序功能块图（SFC）组态172

6.4.4 硬件结构组态177

6.4.5 标签表179

6.4.6 变量表180

6.4.7 操作员站组态180

7 集散系统的可靠性187

7.1 系统可靠性指标187

7.1.1 可靠度R(t)187

7.1.2 失效率λ(t)188

7.1.3 平均故障间隔时间188

7.1.4 平均故障修复时间MTTR188

7.1.5 平均寿命188

7.1.6 利用率189

7.2 提高系统利用率的措施189

7.2.1 提高元器件和设备的可靠性189

7.2.2 提高系统对环境的适应能力190

7.2.3 容错技术的应用190

7.2.4 DCS的分散化结构190

7.2.5 全系统的多级操作控制191

7.2.6 故障自诊断技术191

7.2.7 DCS的远程诊断和维护192

7.3 DCS容错与冗余设计193

7.3.1 容错与冗余的概念193

7.3.2 分布式控制系统的冗余设计195

7.3.3 DCS双机冗余系统的实现202

7.3.4 集散控制系统的电源冗余206

7.3.5 过程通道冗余措施207

7.4 DCS的接地措施208

7.4.1 接地的作用208

7.4.2 接地要求和方法209

8 集散控制系统的设计与应用215

8.1 集散控制系统的评价215

8.1.1 技术性能评价215

8.1.2 使用性能评价218

8.1.3 可靠性与经济性评价219

8.2 集散控制系统的选择220

8.2.1 选择原则220

8.2.2 评价方法220

8.3 集散控制系统的设计222

8.3.1 方案论证222

8.3.2 方案设计226

8.4 集散控制系统的调试、安装与验收231

8.4.1 集散控制系统的调试231

8.4.2 集散控制系统的安装232

8.4.3 集散控制系统的验收233

8.4.4 DCS的管理、维护和应用软件的再开发234

参考文献235