分散控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）及其工程設計

上篇 基礎知識篇

第1章 緒論2
1.1 分散控制系統概述2
1.1.1 分散控制系統（DCS）的概念2
1.1.2 分散控制系統的特點3
1.1.3 分散控制系統的發展歷程5
1.2 DCS典型產品及特點9
1.3 分散控制系統的發展趨勢12
1.4 現場總線概述15
1.4.1 現場總線的產生15
1.4.2 現場總線的特點16
1.4.3 現場總線的發展趨勢17
1.5 思考題17

第2章 DCS的通信網絡系統18
2.1 網絡和數據通信原理18
2.1.1 通信網絡系統的基本組成18
2.1.2 基本概念及術語19
2.1.3 工業數據通信21
2.1.4 數據交換方式22
2.1.5 信道23
2.1.6 差錯控制26
2.2 數據通信系統結構30
2.2.1 通信系統的結構31
2.2.2 通信網絡的拓撲結構32
2.3 DCS中的控制網絡標准和協議33
2.3.1 協議的參考模型33
2.3.2 物理層協議34
2.3.3 鏈路層協議35
2.3.4 網絡層協議36
2.3.5 傳輸層和會話層協議37
2.3.6 高層協議38
2.3.7 網絡設備39
2.4 本章小結42
2.5 思考題43

第3章 DCS的過程控制站44
3.1 DCS的體系結構44
3.2 過程控制站的結構50
3.3 基本控制單元53
3.3.1 基本控制單元硬件54
3.3.2 基本控制單元軟件81
3.3.3 基本控制單元的可靠性措施92
3.4 本章小結96
3.5 思考題97

第4章 運行員操作站98
4.1 運行員操作站的結構98
4.2 MMI基本功能101
4.3 記錄與報表110
4.4 歷史數據庫檢索及處理111
4.5 其他類型的人機接口111
4.6 人機接口的發展介紹112
4.7 本章小結113
4.8 思考題113

第5章 工程師站與組態軟件114
5.1 工程師站在DCS中的作用114
5.2 工程師站的組成117
5.3 工程師站在DCS中所處的地位117
5.4 系統組態118
5.4.1 組態軟件118
5.4.2 系統組態與其他設計方法的區別120
5.4.3 過程控制站的組態120
5.4.4 運行員操作站的組態124
5.4.5 組態的在線調試126
5.5 MACS的應用組態流程127
5.6 本章小結129
5.7 思考題130

第6章 DCS的性能指標與評價131
6.1 分散控制系統的性能指標簡要介紹131
6.2 分散型控制系統的評價准則133
6.2.1 可靠性與經濟性評價134
6.2.2 技術性能評價139
6.2.3 使用性能評價141
6.2.4 控制系統軟件可靠性及評價142
6.3 DCS的選擇原則145
6.4 本章小結146
6.5 思考題146

第7章 現場總線控制系統147
7.1 現場總線及現場總線控制系統的定義147
7.2 DCS、PLC與FCS148
7.3 幾種典型的現場總線149
7.3.1 Profibus現場總線149
7.3.2 CAN總線151
7.3.3 基金會現場總線152
7.3.4 LonWorks總線155
7.4 現場總線控制系統的構成157
7.5 設計現場總線控制系統的方法159
7.6 現場總線控制系統的組態161
7.7 現場總線控制系統的調試與維護163
7.8 本章小結164
7.9 思考題164

第8章 現場總線通信系統165
8.1 現場總線通信系統概述165
8.1.1 現場總線通信系統與ISO／OSI參考模型的關系165
8.1.2 Profibus現場總線通信系統的主要組成部分167
8.2 Profibus物理層167
8.2.1 Profibus—DP的RS—485傳輸168
8.2.2 Profibus—DP的光纖傳輸170
8.3 Profibus數據鏈路層171
8.3.1 Profibus介質訪問控制171
8.3.2 Profibus報文格式172
8.3.3 Profibus地址編碼方式174
8.3.4 Profibus數據鏈路層提供的服務175
8.4 Profibus應用層176
8.5 Profibus用戶層178
8.5.1 Profibus—DP用戶層概述178
8.5.2 DDLM功能179
8.5.3 用戶接口180
8.5.4 Profibus—DP行規181
8.6 本章小結181
8.7 思考題182

第9章 現場總線設備183
9.1 現場總線設備的分類與特點183
9.1.1 現場總線設備的分類183
9.1.2 現場總線設備的特點184
9.2 現場總線差壓變送器185
9.2.1 概述185
9.2.2 工作原理186
9.3 現場總線溫度變送器188
9.3.1 概述188
9.3.2 工作原理188
9.3.3 溫度檢測元件189
9.4 現場總線閥門定位器191
9.4.1 概述191
9.4.2 工作原理191
9.5 現場總線電動執行器193
9.5.1 概述193
9.5.2 工作原理193
9.6 現場總線—氣壓轉換器194
9.6.1 概述194
9.6.2 工作原理194
9.7 電流—現場總線轉換器196
9.7.1 概述196
9.7.2 工作原理196
9.7.3 安裝和校驗197
9.8 現場總線—電流轉換器198
9.8.1 概述198
9.8.2 工作原理198
9.9 現場總線接口類設備199
9.9.1 概述199
9.9.2 工作原理200
9.9.3 安裝與維護201
9.9.4 其他總線接口設備202
9.10 現場總線電源類設備203
9.10.1 概述203
9.10.2 工作原理204
9.11 現場總線附件類設備205
9.12 本章小結206
9.13 思考題207

下篇 工程應用篇

第10章 DCS的工程設計210
10.1 DCS的應用設計與實施的一般過程210
10.2 DCS總體設計211
10.2.1 可行性研究設計及總體設計211
10.2.2 DCS初步設計211
10.2.3 施工圖詳細設計214
10.3 DCS系統的工程化設計217
10.4 DCS的組態與調試219
10.5 分散型控制系統的安裝與驗收219
10.6 電加熱鍋爐溫度控制工程案例220
10.6.1 系統概述220
10.6.2 系統的初步設計220
10.6.3 電加熱鍋爐控制方案的確定222
10.7 MACS在空分行業中對氧氣的恆壓控制229
10.8 本章小結234
10.9 思考題234

第11章 FCS的工程設計235
11.1 FCS的工程設計原則235
11.2 FCS的工程設計方法236
11.3 FCS控制系統的設計過程237
11.3.1 總體方案設計238
11.3.2 控制系統的初步設計240
11.4 FCS的工程控制系統的應用舉例240
11.4.1 設計概述240
11.4.2 系統網絡拓撲結構及參數配置241
11.4.3 系統硬件設計244
11.4.4 系統軟件設計249
11.4.5 系統抗干擾措施254
11.5 本章小結256
11.6 思考題256

附錄A 新一代DCS的體系結構和技術特點258
A.1 促進新一代DCS形成的原因258
A.2 新一代DCS的體系結構259
A.3 新一代DCS的主要功能和技術特征262
參考文獻270