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第1章　概述 1

1.1　集散控制系统的基本概念 1

1.1.1　集散控制系统的发展历史 1

1.1.2　集散控制系统的基本结构 3

1.2　集散控制系统的特点 4

1.2.1　分级递阶控制 4

1.2.2　分散控制 5

1.2.3　信息管理与集成 5

1.2.4 自治和协调 6

1.2.5　开放系统 6

1.3　集散控制系统的展望 7

1.3.1　信息化和扁平化 7

1.3.2 网络化 9

1.3.3　现场总线和无线连接 10

1.3.4　功能安全 13

1.3.5　标准化 14

思考题 14

第2章　集散控制系统构成 15

2.1　集散控制系统的构成方式 15

2.1.1　集散控制系统的各层功能 15

2.1.2　集散控制系统的基本构成 15

2.2　集散控制系统的构成要素 16

2.2.1　集散控制系统的结构特征 16

2.2.2　集散控制系统的结构分类 19

2.3　现场总线控制系统的构成 19

2.3.1　现场总线控制系统的构成要素 19

2.3.2　现场总线设备 24

2.4　集散控制系统的构成示例 26

2.4.1　Experion PKS系统 26

2.4.2　I/A S系统 38

2.4.3　Delta V系统 49

2.4.4　IndustrialIT系统 58

2.4.5　WebField ECS-100系统 67

2.5　分散过程控制装置的构成 73

2.5.1　分散过程控制装置的类型 73

2.5.2　分散过程控制装置的构成特点 74

2.5.3　可编程控制器组成的分散过程控制装置 75

2.6　操作员站和工程师站的构成 76

2.6.1　集散控制系统的操作员站 76

2.6.2　集散控制系统的工程师站 76

2.6.3　集散控制系统的操作管理站 77

2.7　输入输出装置的构成 77

2.7.1　输入输出卡件 77

2.7.2　其他过程输入输出设备 77

2.8　通信系统的构成 78

2.8.1　通信设备的分类 78

2.8.2　通信系统的构成 79

思考题 80

第3章　集散控制系统性能评估 81

3.1　可靠性 81

3.1.1 可靠性 81

3.1.2　提高可靠性的措施 85

3.1.3　冗余技术 87

3.2　易操作性 88

3.2.1　操作透明度 88

3.2.2　易操作性 89

3.3　可组态性 92

3.3.1　组态 92

3.3.2　组态语言 96

3.3.3　标准化编程语言 98

3.4　集散控制系统的其他性能指标 99

3.4.1　可扩展性 99

3.4.2　实时性 100

3.4.3　环境适应性 103

3.4.4　开放性 104

3.4.5　经济性 105

思考题 106

第4章　集散控制系统的控制算法和控制组态 107

4.1　集散控制系统的数据处理 107

4.1.1　数据处理过程 107

4.1.2　非线性补偿处理 109

4.1.3　仪表系数的处理 111

4.2　集散控制系统的控制算法 111

4.2.1　数字PID控制算法 112

4.2.2　集散控制系统实现复杂控制系统的注意事项 115

4.2.3　集散控制系统实现先进控制系统时的注意事项 122

4.2.4　集散控制系统实现顺序逻辑控制和批量控制 129

4.2.5　集散控制系统实现优化控制 140

4.3　现场总线控制系统的模块 142

4.3.1　模块类型和参数 142

4.3.2　现场总线设备类型 145

4.4　现场总线设备的功能模块 145

4.4.1　功能模块参数 145

4.4.2　常用功能模块 148

4.4.3　功能模块组态示例 151

思考题 154

第5章　集散控制系统的工程设计 156

5.1　图形符号和文字符号 156

5.1.1　功能图描述符号 156

5.1.2 分散控制、共用显示、逻辑和计算机系统的设计符号 159

5.1.3　过程显示图形符号和文字符号 162

5.1.4　设计符号的应用示例 163

5.1.5　现场总线设备连接图 167

5.2　集散控制系统的工程设计 169

5.2.1　施工图设计的基本程序 170

5.2.2　工程设计中有关专业的相互关系 172

5.2.3　工程组态 174

5.2.4　控制室和计算机房的设计 180

5.2.5　电源系统设计 182

5.2.6　接地、防雷系统设计 183

5.2.7　电磁兼容性和抗干扰设计 185

5.2.8　功能安全设计 187

5.3　招标文件编制和选型 190

5.3.1　招标文件编制 190

5.3.2　集散控制系统评估 191

5.3.3　现场总线控制系统评估 193

思考题 193

第6章　集散控制系统的人机界面 195

6.1　基本概念 195

6.1.1　人机交互技术 195

6.1.2　人机界面的实施方法 198

6.1.3　集散控制系统中的人机界面 203

6.2　集散控制系统的操作方式 205

6.2.1　仪表盘操作方式 205

6.2.2　显示屏操作方式 207

6.2.3　集散控制系统的组态操作 209

6.3　集散控制系统的监控系统 216

6.3.1　操作画面的分层结构 216

6.3.2　操作画面 218

6.3.3　控制组态 224

6.3.4　维护和系统画面 228

6.3.5　画面动画效果 229

6.4　数据库 230

6.4.1　数据库基础知识 230

6.4.2　关系数据库 232

6.4.3　实时数据库 234

6.5　信息管理 236

6.5.1　智能设备管理系统 236

6.5.2　制造执行系统和企业资源计划 238

思考题 243

第7章　集散控制系统的数据通信 244

7.1　数据通信的基本概念 244

7.1.1　计算机网络 244

7.1.2　数据通信 245

7.1.3　通信媒体共享技术 250

7.1.4　通信交换技术 250

7.1.5　差错控制和流量控制 252

7.2　集散控制系统的网络标准 253

7.2.1　控制网络的特点 254

7.2.2　CSI的ISO参考模型 254

7.2.3　PROWAY工业过程控制用数据公路标准 256

7.2.4　MAP制造自动化协议 256

7.2.5　现场总线标准 257

7.2.6　OPC标准 261

7.3　集散控制系统中应用的网络协议 262

7.3.1　EIARS-232和RS-485标准接口 262

7.3.2　以太网 265

7.3.3　IEEE802.3通信协议 267

7.3.4　IEEE802.4通信协议 270

7.3.5　IEEE802.5通信协议 271

7.3.6　IEEE802.2通信协议 272

7.3.7　网络互联 273

7.3.8　现场总线通信协议 279

7.3.9　网络管理协议 286

7.3.10　无线通信协议 290

思考题 294

第8章　集散控制系统应用实例 296

8.1　PKS系统在石油钻井平台中的应用 296

8.1.1　生产过程简介 296

8.1.2　硬件组成 297

8.1.3　控制系统简介 298

8.2　I/A S系统在单元汽轮发电机组协调控制中的应用 299

8.2.1　火电厂热工过程的自动控制 299

8.2.2　现代大容量火力发电机组的自动控制系统 299

8.3　Delta V系统在水泥厂中的应用 306

8.3.1　生产过程简介 306

8.3.2　集散控制系统组成 307

8.3.3　控制系统简介 307

8.4　IndustrialIT系统在催化裂化装置中的应用 310

8.4.1　控制系统组成 310

8.4.2　系统操作和控制 310

8.5　WebField EC-S-100系统在苯酐装置中的应用 311

8.5.1　集散控制系统构成 311

8.5.2　主要控制方案 312

附录 习题（填充题和选择题） 315

参考文献 324