分布式控制系统（DCS）设计与应用实例.pdf

封面书名版权前言目录 目 录 第1章DCS基本原理和发展历程 1.1什么是DCS 1.2控制系统概述 1.2.1控制系统的基本组成 1.2.2测量方法和测量装置 1.2.3控制方法和运算处理装置 1.2.4控制的执行方法和执行装置 1.2.5控制系统各要素的关系 1.2.6控制系统的人机界面 1.2.7直接控制与监督控制 1.2.8本书的要点 1.3 DCS的发展历史 1.3.1控制系统的发展历史 1.3.2仪表控制系统的基本概念 1.3.3早期的仪表控制系统基地式仪表 1.3.4近代仪表控制系统单元式组合仪表 1.3.5数字式单回路调节器SLC 1.3.6计算机控制系统 1.3.7控制系统从模拟技术向数字技术的演进 1.3.8分布式控制系统的产生及其特点 1.3.9 DCS的发展历程 1.4 DCS的体系结构 1.4.1 DCS的基本构成 1.4.2 DCS的软件 1.4.3 DCS的网络结构 1.4.4 DCS的物理结构及硬件构成 1.5几种计算机控制系统的比较 1.5.1 以PLC构成的控制系统监督控制系统 1.5.2 SCADA系统 1.5.3 PC Based监督控制系统 1.6几种典型的DCS简介 1.6.1 Honeywell公司的TDC-3000系统 1.6.2 ABB公司的Industrial IT系统 1.6.3和利时公司的HOLLiAS系统 1.7DCS的应用开发设计、调试与检验 1.7.1 DCS的应用开发设计 1.7.2对DCS性能指标的简要介绍 第2章最新DCS的体系结构和技术特点 2.1促进第四代DCS形成的原因 2.1.1用户需求的拉动 2.1.2相关技术的成熟发展 2.2第四代DCS的体系结构 2.2.1现场仪表层 2.2.2装置控制层 2.2.3工厂监控与管理层 2.2.4企业经营管理层 2.3第四代DCS的主要功能和技术特征 2.3.1第四代DCS的典型代表 2.3.2第四代DCS的信息化 2.3.3第四代DCS的集成化 2.3.4 DCS变成真正的混合控制系统 2.3.5 DCS包含FCS功能并进一步分散化 2.3.6 DCS平台开放型与应用服务专业化 2.4国内DCS的发展状况举例 2.4.1 HOLLiAS系统的产品家族及结构 2.4.2 HOLLiAS的MES功能 2.4.3 HOLLiAS控制功能HOLLiAS-MACS 2.4.4 HOLLiAS控制层硬件 2.4.5 HOLLiAS控制层软件 2.4.6 HOLLiAS-LEC逻辑和嵌入式控制器Logic&Embedded Controller 2.4.7 HOLLiAS-VSI车站信号联锁系统 2.4.8 HOLLiAS-PADS工厂电站综合自动化系统 2.4.9 HOLLiAS专业化的解决方案 2.5结论 第3章DCS控制层软件 3.1 DCS控制层软件功能简介 3.1.1控制器的能力与执行效率 3.1.2控制器运行管理和维护能力 3.1.3控制器层数据的一致性 3.2 DCS的信号采集与数据预处理 3.2.1模拟量数据的采集和转换过程 3.2.2信号采集的主要处理 3.2.3数据的预处理 3.3 DCS控制器上的实时数据组织和管理 3.3.1 DCS控制器的一般任务结构 3.3.2控制器的串行化处理 3.4 IEC61131-3控制编程语言与软件模型 3.4.1 IEC61131-3简介 3.4.2编程基础与编程过程 3.4.3 IEC61131-3标准的基本内容 3.4.4 IEC61131-3的软件模型 3.4.5五种编程语言介绍 3.4.6应用举例 3.4.7 IEC61131-3标准在DCS中的实际运用 3.5 Batch控制 3.5.1引言 3.5.2 Batch控制的国际标准 3.5.3批量控制标准S88.01 第4章DCS的监督控制软件及人机界面 4.1概述 4.1.1数据采集 4.1.2事件分析 4.1.3信息存储和管理 4.1.4二次计算 4.1.5图形界面 4.1.6远程控制操作 4.1.7 DCS的组态工具 4.1.8 DCS的外部接口规范 4.2 DCS监控层应用功能设计 4.2.1现场数据采集功能 4.2.2报警监视功能 4.2.3日志（事件）管理服务器的功能 4.2.4事故追忆功能 4.2.5事件顺序记录功能 4.2.6二次高级计算功能 4.2.7 DCS的人机界面 4.2.8 DCS的远程操作控制 4.3典型的DCS监控软件组态工具设计 4.3.1图形页面组态功能设计 4.3.2配置数据库组态 4.3.3二次开发应用程序设计语言 4.4典型的DCS监控软件体系结构 4.4.1多域管理结构 4.4.2客户机服务器结构 4.4.3分布对象技术 4.4.4 DCS监控软件中的开放式数据库接口技术 4.4.5 B/S体系结构的监控软件 4.5 DCS监控软件的实时数据库设计 4.5.1 DCS数据库管理的数据范围 4.5.2 DCS实时数据库的逻辑结构 4.5.3数据库访问寻址方式 4.5.4 DCS监控软件的数据处理流程 4.5.5 DCCS系统中的名字空间 4.5.6 DCS实时数据库的一般设计特点 4.5.7 DCS的历史数据库管理 4.5.8 DCS的报警数据库 4.6面向生产调度的监控系统SCADA系统 4.6.1 SCADA的主要应用特征 4.6.2SCADA系统的实时数据库 4.6.3 SCADA系统的报警管理 4.7 OPC规范介绍 4.7.1引言 4.7.2 OPC的基本结构 4.7.3 OPC服务器浏览器 第5章DCS的高级管理功能 5.1概述 5.2实时信息系统 5.2.1数据获取接口 5.2.2实时数据库 5.2.3数据分析工具 5.2.4生产过程可视化工具 5.2.5 Web功能 5.3质量分析系统 5.3.1质量控制常用的统计方法 5.3.2质量管理系统的主要功能 5.4设备维护管理系统 5.4.1设备基础信息管理 5.4.2工单管理 5.4.3预防性维护管理 5.4.4大修技改等项目管理 5.5能源管理系统 5.5.1数据收集和处理 5.5.2电力消耗短期预测 5.5.3电力计划 5.5.4统计功能 5.5.5能源管理系统的监控功能 5.6批量管理系统 5.7生产成本核算系统 5.7.1基本概念 5.7.2过程成本核算 5.7.3成本分析应用 5.8生产调度系统 5.8.1生产调度系统的任务 5.8.2生产调度系统的功能分析 第6章现场总线技术与网络技术 6.1工业数据数字通信 6.1.1数字通信的编码方式 6.1.2数字通信工作方式 6.1.3差错控制 6.1.4通信传输介质 6.1.5数字通信链路的电气特性 6.1.6数字通信协议 6.1.7数字通信系统的性能指标 6.2控制网络 6.2.1计算机网络层次模型 6.2.2通信协议 6.2.3 TCP/IP 6.2.4网络拓扑 6.2.5网络设备 6.2.6网络的RAS 6.2.7工业以太网 6.2.8通信骨干网 6.2.9无线通信网络 6.2.10网络安全 6.3现场总线 6.3.1现场总线的产生和发展 6.3.2现场总线的特点和优点 6.3.3现场总线技术介绍 6.3.4现场总线的选择和使用 第7章DCS硬件系统原理、指标、试验和应用 7.1 DCS硬件组成概述 7.2主控制器（MCU）7.2.1主控制器的基本原理 7.2.2 MCU的冗余配置 7.2.3 MCU的技术指标及试验方法 7.2.4 MCU应用设计 7.3模拟量输入设备（AI）7.3.1 AI设备的基本原理 7.3.2 AI设备的技术指标及试验方法 7.3.3 AI设备应用设计 7.4模拟量输出设备（AO）7.4.1 AO设备的基本原理 7.4.2 AO设备的技术指标及试验方法 7.4.3 AO设备应用设计 7.5开关量输入设备（DI）7.5.1 DI设备的基本原理 7.5.2 DI设备的技术指标及试验方法 7.6SOE输入设备（SOE）7.6.1 SOE设备的基本原理 7.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法 7.6.3 SOE设备应用设计 7.7开关量输出设备（DO）7.7.1 DO设备的基本原理 7.7.2 DO设备的技术指标及试验方法 7.7.3 DO设备应用设计 7.8脉冲量输入设备（PI）7.8.1 PI设备的基本原理 7.8.2 PI设备的技术指标 7.9电源转换设备 7.9.1电源设备简介 7.9.2电源冗余 7.9.3电源指标及测试 7.10组态维护与人机接口设备 7.10.1显示设备 7.10.2输入设备 7.10.3操作员站和工程师站主机 7.10.4系统服务器 7.10.5打印机 第8章DCS系统可靠性与安全性技术 8.1系统可靠性概述 8.1.1可靠性技术发展概述 8.1.2可靠性基本概念和术语 8.2系统安全性概述 8.2.1安全性分类 8.2.2安全性与可靠性的关系 8.2.3功能安全 8.2.4人身安全及安规认证 8.2.5信息安全 8.3可靠性设计技术 8.3.1可靠性设计的内容 8.3.2可靠性预测 8.3.3马尔可夫分析 8.3.4故障模式与影响分析 8.3.5故障树分析 8.3.6冗余技术 8.3.7容错技术与故障安全 8.3.8维修性分析 8.4功能安全性设计 8.5环境适应性设计技术 8.5.1温度 8.5.2湿度 8.5.3气压 8.5.4振动和冲击 8.5.5防尘和防水 8.5.6防腐蚀 8.5.7防爆 8.5.8电磁兼容性和抗干扰 8.5.9接地 8.5.10隔离 8.5.11屏蔽 8.5.12双绞 8.5.13防雷击 8.6软件可靠性设计与质量保证 8.6.1软件可靠性研究概述 8.6.2软件可靠性的概念 8.6.3提高软件可靠性的方法和技术 8.6.4软件可靠性评测 8.6.5软件质量保证 第9章DCS的应用设计与实施 9.1火电大机组的自动化要求 9.2自动化系统的工程设计 9.2.1可行性研究设计 9.2.2初步设计需要考虑的问题 9.2.3施工图设计中需要考虑的问题 9.3 DCS的工程化设计与实施概述 9.3.1 DCS工程化设计与实施步骤 9.3.2 DCS的招标、选型及订货 9.4系统的应用工程设计与文件生成 9.4.1应用工程设计的准备工作 9.4.2应用工程设计联络会 9.4.3应用工程设计与文件生成 9.5应用工程的系统生产过程 9.5.1系统硬件物资齐套与装配 9.5.2用户培训 9.5.3应用工程软件的组态与调试 9.5.4系统联调 9.5.5系统硬件测试与考核 9.5.6整理项目出厂文档和资料 9.6出厂测试与验收 9.6.1项目概要说明 9.6.2测试依据 9.6.3提交文件资料清单 9.6.4测试环境 9.6.5系统软硬件配置检查 9.6.6检验方法及判定 9.6.7系统连续运行考核 9.6.8测试结论及测试组签字 9.6.9系统发运到现场 9.7系统现场实施的准备工作 9.7.1系统位置选择，机房布置和环境要求 9.7.2 DCS系统接地 9.8应用工程DCS系统现场实施 9.8.1现场设备开箱验收 9.8.2系统现场设备就位、安装与加电 9.8.3系统信号电缆敷设与端子接线 9.8.4 DCS系统现场调试 9.8.5系统竣工验收 9.8.6用户操作人员的培训 9.8.7整理竣工技术资料 9.9系统运行与维护 9.9.1系统常见故障及排除 9.9.2供电与接地系统常见故障 9.9.3防止干扰和设备损坏的一般方法 9.9.4工程现场维护常见问题 9.10小结 第10章应用案例 10.1秦山二期核电站计算机控制系统 10.1.1引言 10.1.2概述 10.1.3双域结构的使用 10.1.4硬件配置 10.1.5通信网络设备及其连接 10.1.6系统供电、隔离和接地方案 10.1.7关于分站的设计 10.1.8实现功能 10.1.9应急系统功能 10.1.10 Web功能 10.2 DCS在青霉素发酵中的应用 10.2.1引言 10.2.2生产工艺特点