本书是《化学工业信息化丛书》的分册之一。本书通过对过程控制要素的解析和阐述为DCS、PLC、FCS、SCADA和工业PC机等过程控制系统建立起构件基础，随后对当今使用的各种控制系统进行系统说明，这样更便于工作在流程行业生产一线的广大技术人员对过程控制体系相关的基本概念及实现的意义和作用有更实质性的了解，并可作为应用和工程实践的指导。本书既注意了对概念的准确定义，对原理的清晰叙述，对应用的原则指导，也介绍了当今国内外的先进技术，并力求表现出过程控制的现状和发展趋势。

本书是《化学工业信息化丛书》之一，分10章介绍过程控制形成简史、体系和控制系统各级的结构要素，在此基础上分别对DCS、PLC(包括安全仪表系统SIS)、现场总线FCS控制系统、基于PC机的控制系统和SCADA进行系统性说明，第10章阐述如何按照需要逐步实现具体工程项目的基本过程，具有实用性。

本书可供石化企业的信息化工作者、管理者以及企业领导者参考使用，也可兼作与信息化相关的管理及计算机专业的研究生、本科生的参考书，以及各类信息化认证考试的参考书。

第1章 过程控制简史

1.1自动控制的开端与发展

1.1.1自动控制沿革

1.1.2工业革命与自动控制的兴起

1.1.3控制论与微分方程

1.1.4稳定性理论

1.1.5系统科学

1.1.6频域分析

1.1.7世界大战与经典控制

1.1.8空间／计算机时代和现代控制

1.1.9数字控制与滤波理论

1.1.10经典控制与现代控制

1.2过程控制的形成

1.2.1过程与过程控制

1.3过程控制的发展

1.3.1前经典时期的过程控制(1900～1939)

1.3.2经典时期的过程控制(1940～1959)

1.4现代过程控制系统

1.4.1直接数字控制

1.4.2数字控制的发展壮大

1.4.3进入数字化及信息化时代

第2章 过程控制系统体系

2.1传统过程控制系统体系

2.1.1现场级

2.1.2控制级

2.1.3操作及过程管理级

2.2发展了的过程控制系统体系

2.2.1微处理器与过程控制

2.2.2智能仪表及现场总线仪表

2.2.3数字控制器

2.2.4计算机HMI及管理系统

2.2.5业控制及管理网络

第3章 过程控制系统的结构要素

3.1过程现场级结构要素

3.1.1现场检测元件与变送器

3.1.2压力测量

3.1.3液位测量

3.1.4温度测量

3.1.5流量测量

3.1.6大机组监测仪表

3.1.7分析仪表

3.1.8智能变送器与现场总线仪表

3.1.9软传感器

3.1.10调节阀

3.1.11电动仪表的安全防爆

3.2监视、控制级结构要素

3.2.1模拟调节器

3.2.2单元组合仪表

3.2.3单、多回路数字调节器

3.2.4DCS控制站

3.2.5现场监视站

3.2.6PLC与ESI)站

3.3操作、管理级结构要素

3.3.1PC机操作站

3.3.2小型机组态、管理站

3.4网络与通信

3.4.1早期通信方式

3.4.2网络基础

3.4.3网络参考模型与通信栈

3.4.4通信模型

3.4.5数据传输方式

3.4.6信息在旅途

3.4.7过程控制常用的数据链路层协议

3.4.8应用工业以太网

3.5支持软件要素

3.5.1系统软件

3.5.2编程语言

3.5.3基本应用软件

3.5.4HMI软件

3.5.5组态软件

3.6高层软件

3.6.1先进控制软件

3.6.2PID参数自整定软件

3.6.3CIMS、CIPS和MES

3.6.4ERP

第4章 集散型控制系统DCS

4.1DCS概述

4.1.1现场控制站

4.1.2工程师站

4.1.3操作员站

4.1.4系统服务器

4.1.5系统网络

4.1.6高层管理网络

4.1.7其他功能站

4.2主控制器(MCU)

4.2.1MCU的基本组成

4.2.2MCU的冗余配置

4.2.3MCU的技术指标及试验方法

4.3模拟量输入设备(AI)

4.3.1AI设备的基本原理

4.3.2AI设备的技术指标及试验方法

4.4模拟量输出设备(AO)

4.4.1AO设备的基本原理

4.4.2A0设备的技术指标及试验方法

4.5开关量输入设备(DI)

4.5.1DI设备的基本原理

4.5.2DI设备的技术指标及试验方法

4.6SOE输入设备(SOE)

4.6.1SOE设备的基本原理

4.6.2SOE设备的技术指标及试验方法

4.7开关量输出设备(DO)

4.7.1DO设备的基本原理

4.7.2DO设备的技术指标及试验方法

4.8脉冲量输入设备(PI)

4.8.1PI设备的基本原理

4.8.2PI设备的技术指标

4.9电源设备

4.9.1AC／DC转换器

4.9.2UPS

4.9.3双路AC供电

4.9.4电源的有关指标

4.10组态维护与人机接口设备

4.10.1显示设备

4.10.2人机界面的输入设备

4.10.3操作员站和工程师站主机

4.10.4系统服务器

4.10.5打印机

4.11硬件系统的可靠性与环境适应性

4.11.1可靠性基本概念和术语

4.11.2环境适应性

4.11.3电磁兼容性和抗干扰技术

4.11.4防雷击

第5章 DCS软件

5.1DCS主要功能的描述

5.1.1DCS最主要的功能——回路控制功能

5.1.2DCS的先进控制功能

5.1.3DCS的顺序控制和逻辑控制功能

5.1.4DCS的其他功能

5.2DCS控制站软件

5.2.1DCS控制站软件的功能及其工作过程

5.2.2控制站实时数据组织和任务管理

5.2.3控制站的信号输入／输出处理软件

5.2.4控制器的功能执行软件

5.3人机界面(HMI)软件

5.3.1人机界面软件体系

5.3.2操作系统

5.3.3DCS操作员站功能

5.4DCS管理服务器软件

5.4.1I／O服务器的功能

5.4.2报警服务器的功能

5.4.3事件服务器的功能

5.4.4历史服务器的功能

5.4.5计算服务器的功能

5.5系统自诊断和故障切换

5.6工程师站组态软件

5.6.1图形页面组态功能设计

5.6.2数据库组态

5.6.3报表组态功能

5.6.4控制算法组态

5.7先进控制及高层应用软件

第6章 PLC及ESD控制系统

6.1PLC的历史背景

6.2PLC的工作原理

6.2.1扫描

6.2.2时钟控制方式

6.2.3中断控制方式

6.3PLC的结构与系统

6.4PLC智能组件

6.5PLC输入／输出组件

6.5.1PLC输入模件

6.5.2PLC输出模件

6.6PLC电源

6.7PLC通信

6.8PLC编程器及其他外围设备

6.8.1PLC编程器的发展

6.8.2编程器的构成及功能

6.9PLC编程

6.9.1PLC编程语言

6.9.2编程的基本概念

6.9.3应用编程

6.10IEC61131标准

6.10.1概述

6.10.2语言特点

6.10.3语言类型

6.10.4指令表

6.10.5结构化文本

6.10.6功能块图

6.10.7顺序功能图

6.11PLC的冗余技术

6.11.1双重化系统的功能和运行

6.11.2同步运行期间I／O信号的处理

6.12传统过程安全保护系统

6.12.1沿革

6.12.2安全与可用性要求

6.12.3安全操作特性和失效分析

6.12.4基于硬接线的系统

6.12.5用PLC构建的ESD系统

6.13安全仪表系统与功能安全

6.13.1功能安全

6.13.2安全系统性能参数

6.13.3安全系统可靠性技术

6.13.4容错方式的演进

6.14基于比较表决的TMR安全控制系统

6.14.1Tricon安全控制系统

6.14.2TriconTMR结构

6.15基于自诊断的QMR安全控制系统

6.15.1QMR结构的性能

6.15.2容错QMR系统的自诊断

第7章 现场总线控制系统

7.1现场总线的定义

7.1.1设备总线和传感器总线

7.1.2现场总线网络的开放性

7.1.3现场总线割据的形成

7.2现场总线标准之争尘埃落定

7.3现场总线基础

7.3.1现场总线通信模型层次

7.3.2现场总线术语

7.3.3现场总线相关设备

7.3.4现场总线的选择

7.4工业以太网e网到底?

7.5I)CS前途多变

7.6走近基金会现场总线

7.7基金会现场总线技术概述

7.7.1基金会现场总线与OSI模型

7.7.2物理层

7.7.3高速以太网

7.7.4通信栈

7.7.5用户层

7.8网络管理和系统管理

7.8.1网络管理

7.8.2系统管理

7.9现场总线技术规范

7.9.1设备描述

7.9.2FF通信模型类别

7.9.3设备描述编译器

7.9.4设备描述服务

7.10基金会现场总线设备的互操作性

7.11HSE高速以太网及其通信栈

7.11.1通信栈结构和网络拓扑

7.11.2基金会现场总线的冗余技术

7.11.3基于PC的基金会现场总线控制系统

7.12系统组态

7.12.1系统设计

7.12.2离线组态

7.12.3应用工程组态

7.13现场应用调试

7.14基金会现场总线的安全技术

7.15ProfiBus

7.15.1ProfiBus拓扑结构

7.15.2ProfiBus协议结构

7.16Contr01Net

第8章 SCADA

8.1SCADA的起源及意义

8.2SCADA系统的结构

8.2.1传统SCADA系统的结构

8.2.2现代SCADA系统的结构

8.3SCADA系统配置和接口

8.3.1SCADA系统配置

8.3.2SCADA软件和设备接口

8.4SCADA功能及应用开发

8.4.1基本功能性

8.4.2系统功能

8.4.3通用SCADA功能

8.4.4SCADA系统应用开发

8.5SCADA与DCS的区别

8.6SCADA的发展

第9章 OPC技术

9.1OPC技术的定义

9.1.1COM和DCOM

9.1.2OPC基金会

9.1.3OPC规范

9.1.4OPC的作用

9.2OPC对象与接口

9.3OPC客户／服务器模式简介

9.4OPCDA

9.4.1实时数据访问

9.4.2数据访问方式

9.4.3过程数据的组成

9.5OPCAE

9.5.1事件的类型

9.5.2事件的通知

9.5.3对象和接口

9.5.4与OPC数据访问服务器的关系

9.6OPC应用说明

9.6.1操作过程案例

9.6.2现有设备情况

9.7OPCHDA

9.8OPCDX

9.9OPCXML

9.10现场总线与OPC

第10章 过程控制工程

10.1过程控制工程的含义及内容

10.1.1过程控制工程的含义

10.1.2过程控制工程的目的、任务和内容

10.1.3过程控制工程计算机控制系统发展现状与趋势

10.2应用控制系统分析

10.2.1应用控制系统分类

10.2.2化工行业生产过程的特点

10.2.3化工生产过程对象的控制要求和特点

10.2.4计算机集成制造系统

10.3过程控制系统分析、控制方案设计和工程应用

10.3.1单回路控制系统

10.3.2串级控制系统

10.3.3比值控制系统

10.3.4均匀控制系统

10.3.5前馈控制系统

10.3.6选择性控制系统

10.3.7分程控制系统

10.3.8先进控制系统

10.4应用控制系统的评价与优化

10.5过程控制应用工程的实施与管理

10.6过程控制应用水平的分析

参考文献

附录一 ABB公司产品介绍

附录二 Foxboro与IPS

附录三 北京和利时产品介绍

附录四 欧姆龙与IAB

附录五 Wonderware产品介绍

附录六 横河电机DCS技术介绍

附录七 浙大中控产品介绍

附录八 霍尼韦尔公司产品介绍