集散控制系統(tǒng)原理及應用

前言

本書1995年第一版出版，2002年第二版出版，重印次數(shù)多達12次，受到廣大讀者的關注與認可。2006年本教材被教育部定為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。本書第三版除保持第一版和第二版的優(yōu)點外，對原教材中大部分內(nèi)容作了修改。主要修改內(nèi)容如下。① 隨著現(xiàn)場總線技術的應用和推廣，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在不同工業(yè)領域獲得了良好的應用，并顯現(xiàn)出其優(yōu)良性能。作為集散控制系統(tǒng)向現(xiàn)場級控制的分散，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)繼承了集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點，并將數(shù)字通信引入到現(xiàn)場級，實現(xiàn)了現(xiàn)場級的分散控制。集散控制系統(tǒng)是共用顯示、共用控制的儀表計算機控制系統(tǒng)。狹義集散控制系統(tǒng)指現(xiàn)場采用模擬儀表（含HART通信的模擬儀表）的儀表計算機控制系統(tǒng)，即傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是現(xiàn)場采用現(xiàn)場總線儀表的儀表計算機控制系統(tǒng)，它是傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)向現(xiàn)場級分散的結果，仍屬于集散控制系統(tǒng)范疇。因此，廣義集散控制系統(tǒng)既包括傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)，也包括現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，包括發(fā)展中的無線通信現(xiàn)場儀表的集散控制系統(tǒng)。一些集散控制系統(tǒng)制造商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以組成傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)，也可組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，將來也可組成無線通信現(xiàn)場儀表的集散控制系統(tǒng)。為此，本教材增加了有關現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線通信和無線通信等方面的內(nèi)容。② 集散控制系統(tǒng)向上擴展，組成MES和ERP，為此，本教材簡單介紹MES和ERP的有關內(nèi)容。③ 集散控制系統(tǒng)采用數(shù)字控制技術，它的應用與常規(guī)模擬儀表的應用有所區(qū)別。例如，不需要計算儀表比值系數(shù)，可方便地實現(xiàn)模型計算和非線性補償?shù)?，因此，本教材沒有介紹控制方案，而介紹集散控制系統(tǒng)應用這些控制方案時的注意事項。④ 集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結合。為此，本教材介紹了五種兩者結合的新型集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品的構成，但受篇幅所限，很多優(yōu)秀產(chǎn)品未能介紹。⑤ 集散控制系統(tǒng)中批量控制、順序控制和先進控制等隨著計算機的廣泛應用而獲得應用，本書介紹了批量控制、順序控制和先進控制等有關標準和技術。⑥ 人機交互技術在集散控制系統(tǒng)中得到廣泛應用，為此，對人機交互系統(tǒng)的有關技術進行介紹。⑦ 為便于熟悉教材的有關內(nèi)容，本書除提供思考題外，還提供了大量填充題和選擇題，其中，部分習題的內(nèi)容雷同，但以不同題型出現(xiàn)。本書共分8章。第1章概述討論集散控制系統(tǒng)的特點。第2章討論集散控制系統(tǒng)的構成，介紹五種典型集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品的構成，并分析分散過程控制裝置、操作和管理裝置及通信系統(tǒng)的基本構成。第3章介紹集散控制系統(tǒng)的性能評估。第4章分析集散控制系統(tǒng)的控制算法和控制組態(tài)。第5章介紹集散控制系統(tǒng)的工程設計，討論集散控制系統(tǒng)選型和評估問題。第6章介紹集散控制系統(tǒng)的人機界面。第7章討論集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、網(wǎng)絡標準、網(wǎng)絡通信協(xié)議等。第8章是集散控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域的應用實例。本書內(nèi)容已制作成PPT課件,還有附錄中的習題答案,一并放在化學工業(yè)出版社教學資源網(wǎng)www.cipedu.com.cn上,供使用本教材的院校教師免費下載。本教材由何衍慶、黃海燕、黎冰編著。本教材編寫工作得到華東理工大學教務處、信息科學與工程學院等單位的積極支持和幫助，錢鋒、黃捷、劉百祥、侍洪波、王慧鋒、孫自強、凌志浩等給予大力支持。彭瑜、Michael R、何尊青、俞金壽、吳勤勤、黃道、顧幸生、張雪申、邱宣振、吳堅剛、王強、李進、沈建平、顧玨、戴自祥、沈偉愿、江琦、嚴偉達、李燕、陳慶、李成杰等提供了大量資料和技術支持。參加本書編寫的還有陳積玉、何乙平、王朋等，此外，洪光明、蔣明華、范秀蘭、張勝利、陳天成、顧成達、杭一飛、楊潔、王為國等也提供了不少幫助，謹在此一并表示衷心感謝和誠摯謝意。由于時間倉促和編著者水平所限，書中難免有不足之處，懇請廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

本書討論集散控制系統(tǒng)的有關工程應用問題，介紹了五種典型集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品及其在工業(yè)生產(chǎn)過程中的實際應用實例，主要涉及集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、系統(tǒng)構成、控制算法、系統(tǒng)選型和評估、數(shù)據(jù)通信、人機界面的工程設計、組態(tài)、安裝和維護等內(nèi)容。為便于讀者學習，在本書每章后附有思考題，同時在書末還列出了大量的選擇題和填充題，供讀者復習。本書對集散控制系統(tǒng)的選型、工程設計、系統(tǒng)評估和應用操作都有一定的實用價值。     本書是自動化專業(yè)、檢測儀表和控制裝置專業(yè)本專科學生的教材，可供工業(yè)生產(chǎn)過程控制領域和設計部門的工程技術人員、設計人員和安裝、維護人員作為參考書，也可作為相關專業(yè)師生的參考教材。     本書內(nèi)容已制作成PPT課件,還有附錄中的習題答案,一并放在化學工業(yè)出版社教學資源網(wǎng)www.cipedu.com.cn上,供使用本教材的院校教師免費下載。

書籍目錄

第1章　概述 　1.1　集散控制系統(tǒng)的基本概念　　1.1.1　集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史 　　1.1.2　集散控制系統(tǒng)的基本結構 　1.2　集散控制系統(tǒng)的特點 　　1.2.1　分級遞階控制 　　1.2.2　分散控制 　　1.2.3　信息管理與集成 　　1.2.4　自治和協(xié)調(diào) 　　1.2.5　開放系統(tǒng) 　1.3　集散控制系統(tǒng)的展望 　　1.3.1　信息化和扁平化 　　1.3.2　網(wǎng)絡化 　　1.3.3　現(xiàn)場總線和無線連接 　　1.3.4　功能安全 　　1.3.5　標準化 　思考題 第2章　集散控制系統(tǒng)構成 　2.1　集散控制系統(tǒng)的構成方式 　　2.1.1　集散控制系統(tǒng)的各層功能 　　2.1.2　集散控制系統(tǒng)的基本構成 　2.2　集散控制系統(tǒng)的構成要素 　　2.2.1　集散控制系統(tǒng)的結構特征 　　2.2.2　集散控制系統(tǒng)的結構分類 　2.3　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構成 　　2.3.1　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構成要素 　　2.3.2　現(xiàn)場總線設備 　2.4　集散控制系統(tǒng)的構成示例 　　2.4.1　Experion PKS系統(tǒng) 　　2.4.2　I/A S系統(tǒng) 　　2.4.3　Delta V系統(tǒng) 　　2.4.4　IndustrialIT系統(tǒng) 　　2.4.5　WebField ECS?100系統(tǒng) 　2.5　分散過程控制裝置的構成 　　2.5.1　分散過程控制裝置的類型 　　2.5.2　分散過程控制裝置的構成特點 　　2.5.3　可編程控制器組成的分散過程控制裝置 　2.6　操作員站和工程師站的構成 　　2.6.1　集散控制系統(tǒng)的操作員站 　　2.6.2　集散控制系統(tǒng)的工程師站 　　2.6.3　集散控制系統(tǒng)的操作管理站 　2.7　輸入輸出裝置的構成 　　2.7.1　輸入輸出卡件 　　2.7.2　其他過程輸入輸出設備 　2.8　通信系統(tǒng)的構成 　　2.8.1　通信設備的分類 　　2.8.2　通信系統(tǒng)的構成 　思考題 第3章　集散控制系統(tǒng)性能評估 　3.1　可靠性 　　3.1.1　可靠性 　　3.1.2　提高可靠性的措施 　　3.1.3　冗余技術 　3.2　易操作性 　　3.2.1　操作透明度 　　3.2.2　易操作性 　3.3　可組態(tài)性 　　3.3.1　組態(tài) 　　3.3.2　組態(tài)語言 　　3.3.3　標準化編程語言 　3.4　集散控制系統(tǒng)的其他性能指標 　　3.4.1　可擴展性 　　3.4.2　實時性 　　3.4.3　環(huán)境適應性 　　3.4.4　開放性 　　3.4.5　經(jīng)濟性 　思考題 第4章　集散控制系統(tǒng)的控制算法和控制組態(tài) 　4.1　集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 　　4.1.1　數(shù)據(jù)處理過程 　　4.1.2　非線性補償處理 　　4.1.3　儀表系數(shù)的處理 　4.2　集散控制系統(tǒng)的控制算法 　　4.2.1　數(shù)字PID控制算法 　　4.2.2　集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)復雜控制系統(tǒng)的注意事項 　　4.2.3　集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)先進控制系統(tǒng)時的注意事項 　　4.2.4　集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)順序邏輯控制和批量控制 　　4.2.5　集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化控制 　4.3　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的模塊 　　4.3.1　模塊類型和參數(shù) 　　4.3.2　現(xiàn)場總線設備類型 　4.4　現(xiàn)場總線設備的功能模塊 　　4.4.1　功能模塊參數(shù) 　　4.4.2　常用功能模塊 　　4.4.3　功能模塊組態(tài)示例 　思考題 第5章　集散控制系統(tǒng)的工程設計 第6章　集散控制系統(tǒng)的人機界面 第7章　集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 第8章　集散控制系統(tǒng)應用實例 附錄習題（填充題和選擇題）參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概述集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System）是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統(tǒng)。自20世紀70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。集散控制系統(tǒng)的主要特點是集中管理和分散控制。隨著計算機技術的發(fā)展，網(wǎng)絡技術已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)不僅用于分散控制，而且向集成管理的方向發(fā)展。除了系統(tǒng)向上擴展，組成MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)和ERP企業(yè)資源計劃系統(tǒng)外，系統(tǒng)也向下分散，組成FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。因此，集散控制系統(tǒng)已在原有的概念上有了新的含義。1.1 集散控制系統(tǒng)的基本概念1.1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史（1）集散控制系統(tǒng)發(fā)展歷史集散控制系統(tǒng)并沒有嚴格的發(fā)展階段，不同集散控制系統(tǒng)制造商在不同時期有不同的產(chǎn)品，下面以集散控制系統(tǒng)的主要發(fā)展為主線進行介紹。1）第一代集散控制系統(tǒng)20世紀70年代中期到80年代初是集散控制系統(tǒng)的初創(chuàng)階段。集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)包括三大組成部分，即分散過程控制裝置、操作管理裝置和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，并具有集散控制系統(tǒng)的特點，即集中管理、分散控制。典型產(chǎn)品有霍尼威爾公司的TDCS-2000、?？怂共_公司的Spectrum、橫河公司的Centum、西門子公司的TelepermM、泰勒公司的MOD 3等。

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