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第1章DCS基本原理和发展历程 1

1.1什么是DCS 1

1.2控制系统概述 1

目 录 1

1.2.1控制系统的基本组成 2

1.2.2测量方法和测量装置 3

1.2.3控制方法和运算处理装置 4

1.2.4控制的执行方法和执行装置 6

1.2.5控制系统各要素的关系 6

1.2.6控制系统的人机界面 6

1.2.7直接控制与监督控制 7

1.3.1控制系统的发展历史 8

1.2.8本书的要点 8

1.3 DCS的发展历史 8

1.3.2仪表控制系统的基本概念 10

1.3.3早期的仪表控制系统——基地式仪表 12

1.3.4近代仪表控制系统——单元式组合仪表 12

1.3.5数字式单回路调节器SLC 14

1.3.6计算机控制系统 14

1.3.7控制系统从模拟技术向数字技术的演进 15

1.3.8分布式控制系统的产生及其特点 17

1.3.9 DCS的发展历程 19

1.4.1 DCS的基本构成 22

7.2.2 MCU的冗余配置 22

1.4 DCS的体系结构 22

1.4.2 DCS的软件 27

1.4.3 DCS的网络结构 31

1.4.4 DCS的物理结构及硬件构成 33

1.5几种计算机控制系统的比较 36

1.5.1 以PLC构成的控制系统／监督控制系统 36

1.5.2 SCADA系统 38

1.5.3 PC Based监督／控制系统 39

1.6几种典型的DCS简介 39

1.6.1 Honeywell公司的TDC-3000系统 39

1.6.2 ABB公司的Industrial IT系统 41

1.7.1 DCS的应用开发设计 42

7.4.1 AO设备的基本原理 42

1.6.3和利时公司的HOLLiAS系统 42

1.7DCS的应用开发设计、调试与检验 42

1.7.2对DCS性能指标的简要介绍 43

2.1.1用户需求的拉动 47

第2章最新DCS的体系结构和技术特点 47

2.1促进第四代DCS形成的原因 47

2.1.2相关技术的成熟发展 47

2.2第四代DCS的体系结构 48

2.2.1现场仪表层 48

2.2.2装置控制层 49

2.2.3工厂监控与管理层 49

2.2.4企业经营管理层 51

2.3第四代DCS的主要功能和技术特征 51

2.3.1第四代DCS的典型代表 51

2.3.2第四代DCS的信息化 58

2.3.3第四代DCS的集成化 63

2.3.4 DCS变成真正的混合控制系统 63

2.3.5 DCS包含FCS功能并进一步分散化 64

2.3.6 DCS平台开放型与应用服务专业化 65

2.4国内DCS的发展状况举例 66

2.4.1 HOLLiAS系统的产品家族及结构 67

2.4.2 HOLLiAS的MES功能 69

2.4.3 HOLLiAS控制功能HOLLiAS-MACS 74

2.4.4 HOLLiAS控制层硬件 75

2.4.5 HOLLiAS控制层软件 77

2.4.6 HOLLiAS-LEC逻辑和嵌入式控制器Logic Embedded Controller 84

2.4.7 HOLLiAS-VSI车站信号联锁系统 85

2.4.8 HOLLiAS-PADS工厂电站综合自动化系统 86

2.4.9 HOLLiAS专业化的解决方案 87

2.5结论 88

3.1 DCS控制层软件功能简介 89

第3章DCS控制层软件 89

3.1.1控制器的能力与执行效率 90

3.1.2控制器运行管理和维护能力 91

3.2 DCS的信号采集与数据预处理 92

3.1.3控制器层数据的一致性 92

3.2.1模拟量数据的采集和转换过程 93

3.2.2信号采集的主要处理 94

3.2.3数据的预处理 98

3.3 DCS控制器上的实时数据组织和管理 101

3.3.1 DCS控制器的一般任务结构 102

3.3.2控制器的串行化处理 104

3.4 IEC61131-3控制编程语言与软件模型 105

3.4.1 IEC61131-3简介 106

3.4.2编程基础与编程过程 107

3.4.3 IEC61131-3标准的基本内容 112

3.4.4 IEC61131-3的软件模型 120

3.4.5五种编程语言介绍 122

3.4.6应用举例 139

3.4.7 IEC61131-3标准在DCS中的实际运用 150

3.5 Batch控制 151

3.5.1引言 151

3.5.2 Batch控制的国际标准 152

3.5.3批量控制标准S88.01 152

第4章DCS的监督控制软件及人机界面 159

4.1概述 159

4.1.1数据采集 159

4.1.2事件分析 159

4.1.3信息存储和管理 160

4.1.4二次计算 161

4.1.7 DCS的组态工具 162

4.1.5图形界面 162

4.1.6远程控制操作 162

4.2.1现场数据采集功能 163

4.2 DCS监控层应用功能设计 163

4.1.8 DCS的外部接口规范 163

4.2.2报警监视功能 164

4.2.3日志（事件）管理服务器的功能 168

4.2.4事故追忆功能 170

4.2.5事件顺序记录功能 170

4.2.6二次高级计算功能 171

4.2.7 DCS的人机界面 172

4.2.8 DCS的远程操作控制 176

4.3典型的DCS监控软件组态工具设计 183

4.3.1图形页面组态功能设计 183

4.3.2配置数据库组态 186

4.3.3二次开发应用程序设计语言 193

4.4.1多域管理结构 195

4.4典型的DCS监控软件体系结构 195

4.4.2客户机／服务器结构 196

4.4.3分布对象技术 199

4.4.4 DCS监控软件中的开放式数据库接口技术 205

4.4.5 B/S体系结构的监控软件 207

4.5.1 DCS数据库管理的数据范围 208

4.5 DCS监控软件的实时数据库设计 208

4.5.2 DCS实时数据库的逻辑结构 209

4.5.3数据库访问寻址方式 210

4.5.4 DCS监控软件的数据处理流程 210

4.5.5 DCCS系统中的名字空间 211

4.5.6 DCS实时数据库的一般设计特点 212

4.5.7 DCS的历史数据库管理 213

4.5.8 DCS的报警数据库 214

4.6面向生产调度的监控系统——SCADA系统 215

4.6.1 SCADA的主要应用特征 216

4.6.2SCADA系统的实时数据库 218

4.6.3 SCADA系统的报警管理 221

4.7.1引言 224

4.7 OPC规范介绍 224

4.7.2 OPC的基本结构 227

4.7.3 OPC服务器浏览器 230

第5章DCS的高级管理功能 232

5.1概述 232

5.2实时信息系统 233

5.2.1数据获取接口 234

5.2.2实时数据库 234

5.2.3数据分析工具 236

5.2.4生产过程可视化工具 236

5.3质量分析系统 237

5.3.1质量控制常用的统计方法 237

5.2.5 Web功能 237

5.3.2质量管理系统的主要功能 239

5.4设备维护管理系统 240

5.4.1设备基础信息管理 240

5.4.2工单管理 241

5.4.3预防性维护管理 242

5.4.4大修技改等项目管理 242

5.5能源管理系统 244

5.5.1数据收集和处理 245

5.5.2电力消耗短期预测 245

5.5.3电力计划 246

5.5.5能源管理系统的监控功能 246

5.6批量管理系统 246

5.5.4统计功能 246

5.7生产成本核算系统 247

5.7.1基本概念 247

5.7.2过程成本核算 248

5.7.3成本分析应用 249

5.8生产调度系统 251

5.8.1生产调度系统的任务 251

5.8.2生产调度系统的功能分析 251

6.1.1数字通信的编码方式 254

6.1工业数据数字通信 254

第6章现场总线技术与网络技术 254

6.1.2数字通信工作方式 258

6.1.3差错控制 260

6.1.4通信传输介质 264

6.1.5数字通信链路的电气特性 269

6.1.6数字通信协议 272

6.2控制网络 272

6.1.7数字通信系统的性能指标 272

6.2.1计算机网络层次模型 273

6.2.2通信协议 279

6.2.3 TCP/IP 281

6.2.4网络拓扑 282

6.2.5网络设备 284

6.2.6网络的RAS 289

6.2.7工业以太网 289

6.2.8通信骨干网 291

6.2.9无线通信网络 294

6.2.10网络安全 295

6.3现场总线 300

6.3.1现场总线的产生和发展 301

6.3.2现场总线的特点和优点 302

6.3.3现场总线技术介绍 304

6.3.4现场总线的选择和使用 311

第7章DCS硬件系统——原理、指标、试验和应用 319

7.1 DCS硬件组成概述 319

7.2主控制器（MCU） 320

7.2.1主控制器的基本原理 320

7.2.3 MCU的技术指标及试验方法 322

7.2.4 MCU应用设计 324

7.3模拟量输入设备（AI） 325

7.3.1 AI设备的基本原理 325

7.3.2 AI设备的技术指标及试验方法 330

7.4.2 AO设备的技术指标及试验方法 342

7.4模拟量输出设备（AO） 342

7.3.3 AI设备应用设计 342

7.4.3 AO设备应用设计 343

7.5开关量输入设备（DI） 344

7.5.1 DI设备的基本原理 344

7.5.2 DI设备的技术指标及试验方法 344

7.6SOE输入设备（SOE） 347

7.6.1 SOE设备的基本原理 347

7.7.2 DO设备的技术指标及试验方法 348

7.7.1 DO设备的基本原理 348

7.7开关量输出设备（DO） 348

7.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法 348

7.6.3 SOE设备应用设计 348

7.7.3 DO设备应用设计 350

7.8脉冲量输入设备（PI） 350

7.8.1 PI设备的基本原理 350

7.8.2 PI设备的技术指标 350

7.9电源转换设备 351

7.9.1电源设备简介 351

7.9.2电源冗余 354

7.9.3电源指标及测试 355

7.10.1显示设备 357

7.10组态维护与人机接口设备 357

7.10.2输入设备 360

7.10.3操作员站和工程师站主机 360

7.10.4系统服务器 360

7.10.5打印机 362

第8章DCS系统可靠性与安全性技术 363

8.1系统可靠性概述 363

8.1.1可靠性技术发展概述 363

8.1.2可靠性基本概念和术语 364

8.2系统安全性概述 370

8.2.1安全性分类 370

8.2.3功能安全 371

8.2.2安全性与可靠性的关系 371

8.2.4人身安全及安规认证 372

8.2.5信息安全 374

8.3可靠性设计技术 378

8.3.1可靠性设计的内容 378

8.3.2可靠性预测 378

8.3.3马尔可夫分析 380

8.3.4故障模式与影响分析 382

8.3.5故障树分析 384

8.3.6冗余技术 386

8.3.7容错技术与故障安全 390

8.3.8维修性分析 392

8.4功能安全性设计 392

8.5环境适应性设计技术 393

8.5.1温度 393

8.5.2湿度 394

8.5.3气压 395

8.5.4振动和冲击 395

8.5.5防尘和防水 395

8.5.6防腐蚀 396

8.5.7防爆 397

8.5.8电磁兼容性和抗干扰 398

8.5.9接地 404

8.5.10隔离 412

8.5.11屏蔽 415

8.5.12双绞 415

8.5.13防雷击 416

8.6软件可靠性设计与质量保证 422

8.6.1软件可靠性研究概述 422

8.6.2软件可靠性的概念 423

8.6.3提高软件可靠性的方法和技术 426

8.6.4软件可靠性评测 432

8.6.5软件质量保证 433

9.1火电大机组的自动化要求 435

第9章DCS的应用设计与实施 435

9.2自动化系统的工程设计 436

9.2.1可行性研究设计 436

9.2.2初步设计需要考虑的问题 436

9.2.3施工图设计中需要考虑的问题 438

9.3 DCS的工程化设计与实施概述 443

9.3.1 DCS工程化设计与实施步骤 443

9.3.2 DCS的招标、选型及订货 444

9.4系统的应用工程设计与文件生成 445

9.4.1应用工程设计的准备工作 445

9.4.2应用工程设计联络会 449

9.4.3应用工程设计与文件生成 450

9.5.1系统硬件物资齐套与装配 453

9.5应用工程的系统生产过程 453

9.5.2用户培训 454

9.5.3应用工程软件的组态与调试 455

9.5.4系统联调 467

9.5.5系统硬件测试与考核 469

9.5.6整理项目出厂文档和资料 469

9.6出厂测试与验收 470

9.6.1项目概要说明 470

9.6.3提交文件资料清单 471

9.6.2测试依据 471

9.6.4测试环境 472

9.6.5系统软硬件配置检查 472

9.6.6检验方法及判定 474

9.6.7系统连续运行考核 479

9.6.8测试结论及测试组签字 479

9.6.9系统发运到现场 480

9.7系统现场实施的准备工作 480

9.7.1系统位置选择，机房布置和环境要求 481

9.7.2 DCS系统接地 482

9.8应用工程DCS系统现场实施 483

9.8.2系统现场设备就位、安装与加电 484

9.8.1现场设备开箱验收 484

9.8.3系统信号电缆敷设与端子接线 486

9.8.4 DCS系统现场调试 488

9.8.5系统竣工验收 492

9.8.6用户操作人员的培训 493

9.8.7整理竣工技术资料 493

9.9系统运行与维护 494

9.9.1系统常见故障及排除 494

9.9.2供电与接地系统常见故障 495

9.9.3防止干扰和设备损坏的一般方法 495

9.9.4工程现场维护常见问题 496

9.10小结 497

第10章应用案例 498

10.1秦山二期核电站计算机控制系统 498

10.1.1引言 498

10.1.2概述 498

10.1.3双域结构的使用 499

10.1.4硬件配置 500

10.1.5通信网络设备及其连接 504

10.1.6系统供电、隔离和接地方案 506

10.1.7关于分站的设计 510

10.1.8实现功能 511

10.2 DCS在青霉素发酵中的应用 524

10.2.1引言 524

10.1.10 Web功能 524

10.1.9应急系统功能 524

10.2.2生产工艺特点 525

10.2.3影响青霉素发酵水平的因素 525

10.2.4控制要求和控制方案 526

10.2.5 DCS控制系统设计 528

10.2.6工程实施过程中的常见问题 533

10.2.7系统点评 533

10.3 MACS在银河纸业10万吨／年高强瓦楞纸中的应用 534

10.3.1引言 534

10.3.2生产装置和工艺简介 534

10.3.3生产过程对控制系统的要求 536

10.3.4控制系统设计 543

10.3.5工程实现 547

10.3.6结束语 550

10.4 HOLLiAS-MACS系统在黔北电厂#3、#4机组的应用 550

10.4.1引言 550

10.4.2项目概述 550

10.4.3实现的控制功能 557

10.4.4第三方设备／系统通信站的冗余设计 580

10.4.5系统功能的仿真测试 581

10.5 MACS系统在新型干法熟料生产线的应用 583

10.5.1引言 583

10.5.2新型干法熟料生产线的工艺介绍 583

10.5.3新型干法熟料生产线的特点和控制范围 584

10.5.4塔牌5 000 t/d的系统结构和配置 586

10.5.5过程控制方案 589

10.5.6控制方案实现 592

10.5.7结束语 597

10.6景德镇发电公司475 t/h循环流化床机组DCS系统 597

10.6.1项目主要系统设备和工艺概况 597

10.6.2机组对控制系统的要求 598

10.6.3 DCS系统总体设计原则 599

10.6.4控制系统实施方案 600

10.6.5工程实施 617

10.6.6系统点评 618

10.7.1系统简介 619

10.7和利时公司DCS系统在30万吨大颗粒尿素装置中的应用 619

10.7.2尿素装置工艺流程简介 622

10.7.3实施方案 627

10.7.4实践经验介绍 630

10.7.5结束语 631

附录A DCS工程项目计划任务书 632

附录B系统测点清单 633

附录C系统状态图 635

附录D系统硬件配置图 636

附录E出厂检验记录表 637

附录F系统工程产品连续运行试验记录表 639

参考资料 640