集散控制系统及现场总线

本书是作者根据多年的教学经验和对集散型控制系统及现场总线的研究编写而成的。通过对本书的学习，可以帮助和满足初学者、工程技术人员系统了解集散型计算机控制系统及现场总线等有关理论。本书主要内容包括：1.集散型控制系统基础知识，涉及集散型控制系统结构组成、通讯技术、组态技术及可靠性、控制技术等共性问题；2.重点介绍集散型控制系统中最典型代表、由美国霍尼威尔公司制造的TDC3000系统，包括TDC3000系统的硬件配置、软件组态、数据采集和控制、操作技术以及可靠性技术；3.介绍国内集散型控制系统产品HS2000,包括HS2000的组成、硬件配置等；4.熟悉集散型控制系统设计的基本原则和方法，了解集散型控制系统发展趋势；5.介绍目前流行的现场总线的概念、特点、结构和分类，以美国Smar公司和NI公司的现场总线组态软件为例，着重介绍现场总线的组态过程；6.对目前比较流行的三大控制系统——DCS、PLC和FCS进行了对比阐述。本书注重集散型控制系统及现场总线与工程实践相结合，基本原理与方法阐述透彻，层次分明，篇幅简练，且每章附有小结和习题，使本书更具有可教学性和可自学性。本书适合作为高职、高专的自动化类专业及其他相近专业的教材，也可供从事集散型控制系统及现场总线方面工作的工程技术人员参考使用。

前言
第1章绪论1
1.1计算机过程控制系统的基本概念及组成1
1.1.1硬件组成1
1.1.2软件组成2
1.2计算机过程控制的基本类型及其特点2
1.2.1操作指导控制系统3
1.2.2直接数字控制系统3
1.2.3计算机监督控制系统5
1.2.4集散型控制系统5
1.2.5现场总线控制系统6
1.3计算机过程控制的发展状况7
小结7
习题8
第2章集散型控制系统（DCS）导论9
2.1DCS的基本概念9
2.2DCS的结构组成及特点9
2.2.1DCS的结构组成9
2.2.2DCS的特点10
2.3DCS的网络通信技术10
2.3.1计算机网络的定义10
2.3.2网络结构及其特点11
2.3.3通信介质11
2.3.4数据通信12
2.3.5数据传输中的差错控制14
2.3.6信道极限传输能力17
2.3.7DCS的通信网络特点18
2.3.8DCS的通信网络协议18
2.4DCS的网络存取控制技术20
2.4.1轮询（Poll）20
2.4.2令牌传送（Token Passing）20
2.4.3带有碰撞检测的载波监听多重访问（CSMA／CD）21
2.5DCS的组态21
2.5.1DCS硬件组态21
2.5.2DCS软件组态22
2.5.3DCS组态方法22
2.6DCS的可靠性23
2.6.1DCS的分散结构23
2.6.2DCS的冗余化结构24
2.6.3DCS的高可靠性通信系统24
2.6.4DCS的程序化自诊断功能25
2.6.5DCS的软、硬件的可靠性25
2.7DCS的常用控制算法25
2.7.1串级控制26
2.7.2前馈控制27
2.7.3Smith预估补偿控制28
2.7.4超弛控制29
2.7.5顺序控制30
2.7.6自适应控制31
小结32
习题32
第3章国产集散型控制系统——HS200034
3.1HS2000系统的基本特点34
3.1.1高可靠性34
3.1.2直观、方便的操作平台34
3.1.3方便的维护手段35
3.1.4系统的开放性35
3.1.5完善的质量保证体系35
3.1.6优良的系统性能35
3.2HS2000系统的基本组成36
3.2.1HS2000系统的三层网络结构36
3.2.2HS2000系统的I／O现场控制站37
3.2.3HS2000系统的操作员站38
3.2.4HS2000系统的工程师站39
3.3HS2000系统的硬件配置39
3.3.1HS2000S小型集散型控制系统的配置39
3.3.2HS2000M中型集散型控制系统的配置39
3.3.3HS2000L大型集散型控制系统的配置40
3.4HS2000系统的I／O现场控制站配置40
3.4.1110现场控制站的应用容量40
3.4.2110现场控制站的硬件构成41
3.5HS2000系统的软件组态44
3.5.1工程师站组态软件44
3.5.2操作员站组态软件46
3.5.3110现场控制站组态软件49
小结50
习题50
第4章大型集散型控制系统—TDC300052
4.1TDC3000系统的结构特性52
4.1.1TDC3000的局域控制网络53
4.1.2TDC3000的通用控制网络54
4.1.3TDC3000的高速数据公路55
4.2TDC3000系统的数据采集和控制56
4.2.1数据点介绍57
4.2.2数据点应用60
4.3TDC3000系统的软件组态68
4.3.1组态说明68
4.3.2组态字的构成68
4.3.3组态步骤69
4.3.4组态实例72
4.3.5多功能控制器的其他几种组态功能72
小结80
习题80
第5章集散型控制系统的设计与应用82
5.1集散型控制系统的设计82
5.1.1总体设计82
初步设计83
详细设计85
5.2集散型控制系统的评价准则与选择原则86
5.2.1技术性能评价86
5.2.2使用性能评价88
5.2.3可靠性与经济性评价89
5.2.4DCS的选择原则90
5.3集散型控制系统的调试、安装与验收91
5.3.1集散型控制系统的调试91
5.3.2集散型控制系统的安装91
5.3.3集散型控制系统的验收92
5.4集散型控制系统的应用实例92
5.4.1TDC3000在大型炼油厂中的应用92
5.4.2某火力发电厂200MW发电机组
热工系统的DCS控制95
小结96
习题97
第6章现场总线技术及其应用98
6.1现场总线的基本概念98
6.2现场总线的结构与特点99
6.2.1现场总线的结构99
6.2.2现场总线的技术优势101
6.3常用的现场总线101
6.3.1基金会现场总线101
6.3.2CAN总线103
6.3.3局部操作网络LonWorks104
6.3.4PROFIBUS总线105
6.3.5HART总线107
6.3.6常用现场总线性能对比108
6.3.7其他现场总线简介108
6.4现场总线控制系统的组态110
6.4.1使用NI—FBUS Configurator对FF系统进行组态110
6.4.2使用Smar SYSCON组态软件创建基于FF的应用系统118
6.5现场总线系统的应用实例130
6.5.1CAN总线在电梯控制系统中的应用131
6.5.2Smar现场总线在乙腈精制装置上的应用133
6.5.3LonWorks技术在电力自动抄表系统中的应用135
6.5.4现场总线控制系统的集成137
6.5.5OPC技术简介138
小结139
习题140
第7章DCS、PLC、FCS三大控制系统的主要特点及异同点141
7.1DCS、PLC、FCS三大控制系统的主要特点141
7.1.1DCS的主要特点141
7.1.2PLC的主要特点141
7.1.3FCS的主要特点142
7.2DCS、PLC、FCS三大控制系统的主要差异142
7.2.1DCS与PLC、FCS控制系统的区别142
7.2.2DCS、PLC、FCS三大控制系统的设计、投资和使用144
7.2.3DCS、PLC、FCS三大控制系统的发展方向145
小结145
习题146
附录147
附录A几个典型DCS简介147
附录B集散型控制系统及现场总线
常用词汇中英文对照表152
参考文献157

本书是依据高等职业教育对集散型控制系统及现场总线课程的要求，结合高等职业教育注重实际能力培养等目标编写的。 本书在编写过程中，充分考虑到专科教学时数少（计划60~ 80学时）、内容丰富、涉及面广等特点，以及目前高职高专学生的知识水平和能力结构的现状，力求做到理论知识“少而精，够用为度”，将重点放在对目前工业领域广泛使用的产品的使用方法的介绍上，注重培养学生解决实际问题的能力。 本书第1版自发行以来，得到广大读者的关心与帮助，在此向广大读者致以深切的谢意。 本次修订保留了第1版教材附录B中的集散型控制系统及现场总线常用词汇中英文对照表，其目的是提高读者专业英语水平，提倡“双语”教学。 由于DCS、FCS和PLC是目前工业领域里广泛应用的三大控制系统，为了使读者对这三大控制系统有一个比较完整的了解，本次修订新增加了这三大控制系统的基本知识点，主要介绍了这三大控制系统的基本特点以及它们的异同点，帮助读者对这部分知识有所了解，加深读者解决实际应用问题的能力。 总之，本次修订既考虑到教材的实用性、系统性，又兼顾三大系统在控制领域广泛应用的现状，对第1版教材循序渐进地补充，希望得到读者的认可，书中疏漏之处，恳请广大读者指正。 全书由辽宁科技学院张岳主编，并编写了第1章至第5章、第7章及附录，承德石油高等专科学校甄玉杰编写了第6章。全书由辽宁科技学院胡学林主审、张岳负责统稿。在编写过程中，借鉴了一些兄弟院校教材和参考文献的部分内容，同时辽宁科技学院的吕东岳、周政老师及杨国飞同学给予了热情的支持和帮助，在此，一并表示由衷的感谢。 编者