分布式控制技術(shù)及其應(yīng)用

前言

分布式控制系統(tǒng)(DCS)因其具有分散控制調(diào)節(jié)和集中操作管理的顯著特點(diǎn)，成為當(dāng)今工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域的主要控制系統(tǒng)之一。為了緊密結(jié)合工業(yè)過(guò)程范圍日益加大、控制功能日益復(fù)雜和計(jì)算機(jī)技術(shù)日益提高的狀況，目前國(guó)內(nèi)外分布式控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、操作模式和控制方式都有了很大的變化。程武山博士在近二十年的分布式控制技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)方面，積極應(yīng)用現(xiàn)代控制理論與方法，開(kāi)發(fā)了十多項(xiàng)適應(yīng)于現(xiàn)代化生產(chǎn)流程控制的分布式控制系統(tǒng)，并連續(xù)五年給自動(dòng)化、機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生開(kāi)設(shè)“分布式控制技術(shù)與應(yīng)用”課程，取得了富有特色的成果。信息融合與系統(tǒng)集成基本描述了當(dāng)今DCS系統(tǒng)正在發(fā)生的變化。第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)主要分為四層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)儀表層、控制裝置單元層、工廠(車(chē)間)層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供除企業(yè)管理層之外的三層功能，而企業(yè)管理層則通過(guò)提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，連接第三方的管理軟件平臺(tái)(ERP、CRM、SCM等)。分布式控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程控制得以實(shí)現(xiàn)的主要渠道。程武山博士在對(duì)分布式控制系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)進(jìn)行必要闡述的基礎(chǔ)上，從PLC技術(shù)的應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用、控制技術(shù)的應(yīng)用以及標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)方面較為詳細(xì)地論述了分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而指出：計(jì)算機(jī)技術(shù)與先進(jìn)控制理論的快速發(fā)展與應(yīng)用，是分布式控制系統(tǒng)不斷進(jìn)步與完善的有力保證。程武山博士長(zhǎng)期從事現(xiàn)代控制理論的研究及分布式控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，主持過(guò)多項(xiàng)重大科研項(xiàng)目的研究和開(kāi)發(fā)，長(zhǎng)年工作在教學(xué)科研第一線，具有豐富的理論研究和實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)是程武山博士近二十年來(lái)在本領(lǐng)域工作的結(jié)晶，他將近代控制模式、控制理論和應(yīng)用有機(jī)地聯(lián)系在一起，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模、調(diào)試的新方法；從系統(tǒng)出發(fā)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、儀表應(yīng)用結(jié)合為一體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的離線、冷調(diào)、熱調(diào)三種調(diào)試模式。本書(shū)除充分吸收電力、冶金等領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例中一些新方法和新技術(shù)外，還有很多延伸和發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)飛速發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的蓬勃興起時(shí)代，迫切希望我國(guó)學(xué)者在吸收世界科學(xué)技術(shù)知識(shí)的同時(shí)，在理論、方法和應(yīng)用上有所創(chuàng)新。本書(shū)在此作了可貴的嘗試和努力。

內(nèi)容概要

本書(shū)按照分布式控制技術(shù)和應(yīng)用設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，從經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制方法入手，詳細(xì)介紹了DCS的體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)總線和數(shù)據(jù)通信、分布式控制系統(tǒng)的常規(guī)控制算法和現(xiàn)代控制方法、集中操作和分散控制等。本書(shū)結(jié)合作者多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及多項(xiàng)科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的成果，進(jìn)行實(shí)例分析，論述由淺人深，便于理解和自學(xué)，使讀者能夠較快地熟悉掌握現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程特點(diǎn)和先進(jìn)的控制模式和操作方式。    本書(shū)是高等學(xué)校相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師、研究生及本、專(zhuān)科學(xué)生的教材，也可以作為機(jī)電一體化領(lǐng)域工程師的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

序前言第1章  概述  1.1  基本概念    1.1.1  定義    1.1.2  組成    1.1.3  特點(diǎn)    1.1.4  發(fā)展歷史    1.1.5  幾個(gè)概念  1.2  新型DCS的技術(shù)支撐、體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)    1.2.1  技術(shù)支撐    1.2.2  體系結(jié)構(gòu)    1.2.3  新型DCS的典型代表    1.2.4  技術(shù)特點(diǎn)第2章  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（指令系統(tǒng)）  2.1  總線結(jié)構(gòu)    2.1.1  概述    2.1.2  拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    2.1.3  基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線  2.2  模塊結(jié)構(gòu)    2.2.1  模塊類(lèi)型    2.2.2  程序結(jié)構(gòu)  2.3  程序執(zhí)行方式    2.3.1  存儲(chǔ)器的劃分    2.3.2  尋址方式    2.3.3  指令執(zhí)行過(guò)程  2.4  指令系統(tǒng)    2.4.1  位邏輯指令    2.4.2  比較指令    2.4.3  傳感指令    2.4.4  定時(shí)器指令    2.4.5  計(jì)算器    2.4.6  時(shí)鐘指令    2.4.7  數(shù)字運(yùn)算指令    2.4.8  邏輯運(yùn)算指令    2.4.9  中斷指令    2.4.10  轉(zhuǎn)換指令    2.4.11  移位和循環(huán)指令    2.4.12  PID回路控制指令    2.4.13  程序控制指令  2.5  小車(chē)送料控制實(shí)例第3章  現(xiàn)場(chǎng)總線和數(shù)據(jù)通信  3.1  工業(yè)數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)    3.1.1  數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備    3.1.2  傳輸介質(zhì)    3.1.3  數(shù)據(jù)傳輸方式    3.1.4  數(shù)據(jù)信息及編碼    3.1.5  差錯(cuò)控制    3.1.6  數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)  3.2  現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述    3.2.1  技術(shù)特點(diǎn)    3.2.2  現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    3.2.3  現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型    3.2.4  現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議組成  3.3  基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線    3.3.1  現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)的主要組成部分    3.3.2  FF總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)    3.3.3  FF通信協(xié)議  3.4  PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線    3.4.1  PROFIBUS組成及協(xié)議結(jié)構(gòu)    3.4.2  傳輸技術(shù)    3.4.3  PROFIBUS-DP    3.4.4  PROFIBUS-PA    3.4.5  PA／DP的連接    3.4.6  PROFIBUS的應(yīng)用  3.5  工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介    3.5.1  工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展    3.5.2  工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)    3.5.3  基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備    3.5.4  基于工業(yè)以太網(wǎng)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)第4章  可編程序邏輯控制方法  4.1  PLC概述    4.1.1  PLC發(fā)展史    4.1.2  PLC的用途與特點(diǎn)    4.1.3  PLC的分類(lèi)    4.1.4  工作原理  4.2  PLC的硬件和軟件結(jié)構(gòu)    4.2.1  PLC硬件結(jié)構(gòu)    4.2.2  PLC軟件結(jié)構(gòu)  4.3  I／O設(shè)備單元    4.3.1  開(kāi)關(guān)量輸入單元    4.3.2  開(kāi)關(guān)量輸出單元    4.3.3  I／O的一般問(wèn)題    4.3.4  模擬量輸入模塊（AI）    4.3.5  模擬量輸出模塊（AO）  4.4  梯形圖的特點(diǎn)及繪制原則    4.4.1  Ladder特點(diǎn)與繪制規(guī)則    4.4.2  典型單元梯形圖分析    4.4.3  電梯控制系統(tǒng)    4.4.4  十字路口交通燈控制系統(tǒng)第5章  常規(guī)控制算法  5.1  模擬PID調(diào)節(jié)器    5.1.1  技術(shù)特點(diǎn)    5.1.2  比例積分調(diào)節(jié)器    5.1.3  比例積分微分調(diào)節(jié)器  5.2  數(shù)字PID調(diào)節(jié)器    5.2.1  位置算法    5.2.2  增益算法    5.2.3  速度算法    5.2.4  三種算法的比較    5.2.5  PID算法的改進(jìn)  5.3  選擇性控制系統(tǒng)    5.3.1  超馳控制系統(tǒng)    5.3.2  測(cè)量信號(hào)的選擇性系統(tǒng)    5.3.3  帶有邏輯運(yùn)算規(guī)律的選擇性系統(tǒng)  5.4  前饋控制    5.4.1  前饋控制    5.4.2  前饋補(bǔ)償裝置和控制算法    5.4.3  前饋控制系統(tǒng)實(shí)施中的若干問(wèn)題  5.5  時(shí)滯補(bǔ)償控制    5.5.1  時(shí)滯描述    5.5.2  史密斯預(yù)估器控制方案    5.5.3  增益自適應(yīng)時(shí)滯補(bǔ)償器    5.5.4  觀測(cè)補(bǔ)償器控制方案第6章  現(xiàn)代控制方法  6.1  計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制    6.1.1  目標(biāo)函數(shù)    6.1.2  過(guò)程優(yōu)化模型    6.1.3  約束    6.1.4  最優(yōu)化方程  6.2  最小拍控制    6.2.1  最小拍控制系統(tǒng)    6.2.2  最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟    6.2.2  最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    6.2.4  典型輸入下的最小拍控制系統(tǒng)分析    6.2.5  最小拍控制器  6.3  模糊控制理論    6.3.1  模糊集合及其運(yùn)算    6.3.2  隸屬函數(shù)    6.3.3  模糊矩陣的定義及其運(yùn)算    6.3.4  模糊邏輯與模糊推理    6.3.5  模糊推理的方式    6.3.6  模糊控制器    6.3.7  模糊單點(diǎn)算法優(yōu)化  6.4  專(zhuān)家系統(tǒng)    6.4.1  專(zhuān)家系統(tǒng)類(lèi)型及基本組成    6.4.2  專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)表示法    6.4.3  專(zhuān)家系統(tǒng)的推理機(jī)制    6.4.4  知識(shí)庫(kù)  6.5  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)    6.5.1  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及學(xué)習(xí)方法    6.5.2  前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)    6.5.3  自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第7章  現(xiàn)場(chǎng)控制站  7.1  概述  7.2  過(guò)程控制站的硬件配置及基本結(jié)構(gòu)    7.2.1  硬件配置    7.2.2  過(guò)程控制單元的基本結(jié)構(gòu)  7.3  現(xiàn)場(chǎng)控制站的控制模塊和運(yùn)算模塊    7.3.1  連續(xù)控制功能模塊    7.3.2  邏輯控制功能模塊    7.3.3  控制站的運(yùn)算模塊  7.4  控制站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)第8章  操作和顯示  8.1  DCS的操作方式    8.1.1  儀表盤(pán)操作方式    8.1.2  CRT操作方式  8.2  顯示畫(huà)面    8.2.1  顯示畫(huà)面的分層結(jié)構(gòu)    8.2.2  概貌顯示畫(huà)面    8.2.3  過(guò)程顯示畫(huà)面    8.2.4  儀表面板顯示畫(huà)面    8.2.5  操作點(diǎn)顯示畫(huà)面    8.2.6  趨勢(shì)顯示畫(huà)面    8.2.7  報(bào)警顯示畫(huà)面    8.2.8  電子表格    8.2.9  系統(tǒng)顯示畫(huà)面    8.2.10  顯示畫(huà)面的動(dòng)態(tài)效果  8.3  上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)實(shí)例    8.3.1  實(shí)例工藝背景    8.3.2  組態(tài)工具    8.3.3  系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面    8.3.4  數(shù)據(jù)傳輸與通信第9章  DCS工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用  9.1  總體設(shè)計(jì)    9.1.1  方案論證（可行性研究設(shè)計(jì)）    9.1.2  操作模式劃分    9.1.3  控制任務(wù)    9.1.4  方案設(shè)計(jì)    9.1.5  總體設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)制度  9.2  初步設(shè)計(jì)    9.2.1  工藝過(guò)程描述    9.2.2  機(jī)理分析    9.2.3  功能設(shè)計(jì)    9.2.4  控制系統(tǒng)組態(tài)  9.3  詳細(xì)設(shè)計(jì)    9.3.1  控制程序組態(tài)    9.3.2  人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)    9.3.3  某廠的多晶硅人機(jī)界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)  9.4  安裝調(diào)試    9.4.1  安裝前準(zhǔn)備    9.4.2  安裝要求    9.4.3  系統(tǒng)上電    9.4.4  系統(tǒng)調(diào)試  9.5  系統(tǒng)驗(yàn)收維護(hù)    9.5.1  系統(tǒng)驗(yàn)收    9.5.2  維護(hù)與二次開(kāi)發(fā)  9.6  分布式礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)    9.6.1  背景    9.6.2  分布式礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成    9.6.3  操作工藝    9.6.4  過(guò)程控制系統(tǒng)硬件的選型及組成    9.6.5  PLC過(guò)程控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)    9.6.6  系統(tǒng)安裝調(diào)試參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《分布式控制技術(shù)及其應(yīng)用》是高等學(xué)校相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師、研究生及本、專(zhuān)科學(xué)生的教材，也可以作為機(jī)電一體化領(lǐng)域工程師的參考用書(shū)。

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