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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2

1.1.2 集散控制系统的基本组成4

1.2 集散控制系统的特点6

1.3 集散控制系统的发展方向7

1.3.1 CIMS和CIPS8

1.3.2 现场总线控制系统9

第2章 集散控制系统的体系结构15

2.1 集散控制系统的功能分层15

2.2 集散控制系统层次化体系结构17

2.2.1 现场装置的控制级18

2.2.2 过程装置的管理级19

2.2.3 车间生产的操作管理级20

2.2.4 全厂优化和经营管理级20

2.3 集散控制系统体系结构典型示例21

2.3.1 SIMATIC PCS721

2.3.2 TPS29

2.3.3 CENTUM-CS300037

2.3.4 I/A Series47

第3章 集散控制系统的硬件结构56

3.1 DCS的现场控制站56

3.2 DCS的操作员站65

3.3 DCS的工程师站68

3.3.1 工程师站的硬件结构69

3.3.2 系统服务器69

3.4 DCS硬件的典型示例——PCS7的硬件结构体系71

第4章 集散控制系统的软件结构76

4.1 DCS现场控制站的软件77

4.1.1 现场控制站的数据库77

4.1.2 现场控制站的输入／输出模块78

4.1.3 现场控制站的控制模块82

4.1.4 现场控制站的运算模块90

4.2 DCS操作员站的软件92

4.2.1 操作系统93

4.2.2 面向过程语言95

4.2.3 操作员站的功能96

4.3 DCS工程师站的软件100

4.3.1 DCS工程师站的软件100

4.3.2 控制功能组态101

4.3.3 操作画面组态102

4.4 典型示例-PCS7的软件系统105

4.4.1 工程师站软件系统105

4.4.2 SIMATIC Manager106

4.4.3 工厂视图106

4.4.4 过程对象视图107

4.4.5 I＆C libraries107

4.4.6 多项目工程组态108

4.4.7 分割和合并109

4.4.8 顺序功能图（SFC）109

4.4.9 连续功能图（CFC）109

4.4.10 图形设计器和面板设计器111

4.4.11 用户界面112

4.4.12 消息和报警113

4.4.13 集中用户管理、访问控制和电子签名113

4.4.14 状态监测114

4.4.15 时间同步114

4.4.16 脚本语言114

第5章 集散控制系统的控制算法115

5.1 PID控制算法115

5.1.1 理想PID控制算法115

5.1.2 控制度和采样周期117

5.1.3 理想PID控制算法的改进118

5.1.4 二维PID控制122

5.1.5 自整定控制123

5.2 选择性控制系统124

5.2.1 超驰控制系统124

5.2.2 测量信号的选择性系统126

5.2.3 带有逻辑运算规律的选择性系统126

5.3 前馈控制127

5.3.1 前馈控制127

5.3.2 前馈补偿装置及控制算法129

5.3.3 前馈控制系统实施中的若干问题131

5.4 解耦控制133

5.4.1 系统的关联分析133

5.4.2 串接解耦控制135

5.5 时滞补偿控制137

5.5.1 史密斯预估补偿控制方案137

5.5.2 增益自适应时滞补偿器139

5.5.3 观测补偿器控制方案140

5.6 推断控制141

5.6.1 采用计算指标的控制142

5.6.2 反馈推断控制145

5.6.3 前馈性推断控制145

5.7 预测控制147

5.8 自适应控制技术153

5.8.1 简单自适应系统154

5.8.2 模型参考型自适应控制器156

5.8.3 自校正控制系统157

5.9 顺序控制158

5.9.1 顺序控制的基本概念158

5.9.2 梯形逻辑图及其编制方法161

5.9.3 程序条件的编制164

5.10 计算机优化控制165

5.10.1 目标函数166

5.10.2 过程优化模型167

5.10.3 约束169

5.10.4 最优化方法170

5.10.5 应用实例172

第6章 集散控制系统的网络通信技术176

6.1 网络和数据通信基本概念176

6.1.1 通信网络系统的组成176

6.1.2 基本概念178

6.2 网络通信基础179

6.2.1 计算机网络与局部网络179

6.2.2 通信数据编码181

6.2.3 传输介质183

6.2.4 传输技术184

6.2.5 网络拓扑结构187

6.2.6 错误检测纠错及编码189

6.3 DCS中的控制网络标准和协议190

6.3.1 DCS中网络通信的特点191

6.3.2 OSI参考模型191

6.3.3 其他网络标准194

6.3.4 IEEE通信协议197

第7章 现场总线技术（FCS）206

7.1 现场总线概述206

7.1.1 现场总线的定义206

7.1.2 现场总线的发展现状与趋势207

7.1.3 现场总线的技术特点208

7.1.4 当前有影响的现场总线209

7.1.5 现场总线控制系统的组成211

7.2 基金会现场总线212

7.2.1 基金会现场总线的核心技术212

7.2.2 FF的通信系统结构及其相互关系213

7.2.3 基金会总线的物理层和网络连接218

7.2.4 数据链路层221

7.2.5 现场总线访问子层223

7.2.6 现场总线报文规范子层225

7.2.7 网络管理227

7.2.8 系统管理228

7.2.9 系统组态229

7.3 ProfiBus总线232

7.3.1 概述232

7.3.2 ProfiBus基本特性233

7.3.3 ProfiBus-DP238

7.3.4 ProfiBus-PA241

7.3.5 ProfiBus-FMS242

7.4 ProfiBus的总结243

第8章 集散控制系统的可靠性244

8.1 系统可靠性概述244

8.1.1 可靠性技术发展244

8.1.2 可靠性指标245

8.2 提高可靠性的措施246

8.2.1 可靠性的措施246

8.2.2 可靠性设计247

8.2.3 硬件的可靠性设计249

8.2.4 软件的可靠性设计252

8.3 冗余技术256

8.3.1 硬件冗余256

8.3.2 软件冗余257

8.3.3 其他冗余方法259

8.4 容错技术与故障安全260

8.5 安全联锁系统261

8.5.1 安全联锁系统概述261

8.5.2 FSC系统结构262

8.5.3 FSC系统工作原理266

8.5.4 FSC系统组态270

8.5.5 FSC的技术规格与功能272

第9章 集散控制系统的工程化设计276

9.1 概述276

9.2 文字符号和功能图形符号278

9.2.1 文字符号278

9.2.2 功能图形符号281

9.3 集散控制系统的工程设计288

9.3.1 工程设计的基本程序和实施步骤288

9.3.2 工程设计中的专业分工292

9.3.3 集散控制系统工程设计中的若干问题294

9.4 集散控制系统的安装、调试与维护296

9.4.1 集散控制系统的安装296

9.4.2 集散控制系统的调试297

9.4.3 集散控制系统的故障诊断299

9.4.4 集散控制系统的管理、维护及应用软件的再开发300

9.5 集散控制系统的工程实施301

第10章 集散控制系统的应用303

10.1 PCS 7在制浆造纸过程控制中的应用303

10.2 西门子PCS 7过程控制系统在焙烧工艺中的应用307

10.3 西门子PCS 7在新建60万吨纯碱中的应用311

10.4 霍尼韦尔PKS DCS在离子膜烧碱中的应用316

10.5 霍尼韦尔PKS控制系统在酒钢21 000m3/h制氧机中的应用319

10.6 CS3000在国产70m3制聚合釜PVC生产工艺中的应用323

10.7 CENTUM CS3000在硝酸装置中的应用330

参考文献335