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1 绪论1

1.1 DCS概述1

1.1.1 集散控制系统出现的背景1

1.1.2 集散控制系统的组成1

1.1.3 集散控制系统的基本功能2

1.1.4　集散控制系统的层次化结构9

1.1.5 集散控制系统的优越性10

1.1.6 集散控制系统的发展趋势11

1.2　现场总线概述13

1.2.1 现场总线的产生13

1.2.2 现场总线及其现场总线控制系统14

1.2.3 现场总线技术的进展和标准现状16

1.2.4 其他具有代表性的现场总线25

1.2.5 现场总线技术的研究27

2 Experion PKS集散控制系统28

2.1 系统概述28

2.2 分散过程监控装置29

2.2.1 混合控制器29

2.2.2 混合控制器的I/O系统32

2.2.3 现场总线设备33

2.2.4 数字视频管理站（DVM）33

2.3 集中操作管理装置34

2.3.1 操作员站34

2.3.2 应用控制环境（ACE）37

2.3.3 过程服务器37

2.3.4 eServer38

2.3.5 手持无线移动设备38

2.4 过程通信网络38

2.4.1 过程控制网络38

2.4.2 容错以太网（FTE）38

2.5 系统软件39

2.5.1 控制组态软件39

2.5.2 监控系统41

2.5.3 实时数据库43

2.5.4 OPC功能组件44

2.5.5 应用软件包和应用编程接口45

2.5.6 诊断软件46

2.6　分布式系统结构47

2.7　Experion PKS在生产过程中的应用47

2.7.1 工艺简介47

2.7.2 控制方案48

2.7.3 Experion PKS系统配置48

2.7.4 主要控制回路49

3　WebField ECS-100集散控制系统51

3.1 系统概述51

3.1.1 系统特点51

3.1.2 系统结构51

3.2　分散过程监控装置52

3.2.1 控制站结构52

3.2.2 控制站卡件53

3.3　集中操作管理装置56

3.4　通信系统56

3.4.1 信息管理网56

3.4.2 过程控制网SCnetⅡ56

3.4.3　控制站内部网SBU57

3.5 系统软件SupView58

3.5.1 软件特点58

3.5.2　组态软件58

3.5.3 实时监控软件59

3.5.4 维护软件59

3.6　WebField ECS-100在生产过程中的应用60

3.6.1 链条锅炉工艺简介60

3.6.2　控制方案61

3.6.3 WebField ECS-100系统配置62

3.6.4　系统组态64

4　集散控制系统的评价、设计与管理67

4.1　集散控制系统的评价67

4.1.1 技术性能的评价67

4.1.2　使用性评价69

4.1.3 可靠性与经济性评价69

4.1.4 集散控制系统的选择71

4.2　集散控制系统的设计72

4.2.1 方案论证72

4.2.2 方案设计73

4.2.3 工程设计73

4.3　集散控制系统的工作流程74

4.4　集散控制系统的管理75

4.4.1 各类专业人员的分工75

4.4.2 DCS的管理76

4.4.3 系统应用软件的继续开发76

5　LonWorks现场总线技术77

5.1　Neuron芯片78

5.1.1 处理单元80

5.1.2　存储单元80

5.1.3 附加电路及I/O接口81

5.2　LonWorks总线器件82

5.2.1 LonWorks总线收发器82

5.2.2 路由器83

5.2.3 网络接口84

5.2.4　i.Lon10085

5.2.5 终结器86

5.3　LonTalk协议88

5.3.1 物理信道88

5.3.2 神经元标识、地址和路由88

5.3.3　LonWorks网络通信89

5.4　应用程序编程语言92

5.5　开发工具93

5.5.1　LonBuilder和NodeBuilder93

5.5.2 LonManager工具94

5.5.3 网络服务工具94

5.6　硬件组成94

5.6.1 节点95

5.6.2 控制网络组成96

6 Neuron C语言98

6.1 Neuron C与ANSI C语言的区别98

6.2 事件驱动（Event Driven）99

6.2.1 when语句99

6.2.2 用于when语句中的事件类型99

6.2.3 when语句的调度102

6.2.4 优先级when语句102

6.3 输入／输出103

6.3.1 I/O对象的类型103

6.3.2 I/O对象的显式说明104

6.3.3 I/O资源使用说明的准则105

6.3.4 实现I/O的函数和事件105

6.4　定时器对象107

6.5 网络变量（Network Variables）107

6.5.1 网络变量的概念107

6.5.2 网络变量的应用例子109

6.6　显式报文（Explicit Message）110

6.6.1　构成一个报文110

6.6.2　发送一个报文111

6.6.3　接收一个报文112

6.6.4 显式报文的应用例子113

6.6.5 用于报文处理的其他事件和函数114

6.7　浮点数的表示和计算116

6.7.1 浮点数的表示116

6.7.2 浮点数计算117

7　典型I/O接口对象及其应用编程120

7.1 Neuron芯片的I/O对象类别120

7.2　直接I/O对象122

7.2.1 Bit输入／输出122

7.2.2　Byte输入／输出124

7.2.3　Leveldetect输入125

7.2.4　Nibble输入／输出126

7.3　定时器／计数器I/O对象127

7.3.1 Dualslope输入128

7.3.2　Frequency输出130

7.3.3 Infrared输入132

7.3.4　Pulsecount输入135

7.3.5　Pulsecount输出136

7.3.6　Pulsewidth输出137

7.3.7　Quadrature输入对象140

7.4　串行I/O对象141

7.4.1　I2C输入／输出对象141

7.4.2　Neurowire输入／输出对象143

7.4.3　Serial输入／输出对象145

7.4.4　Touch输入／输出对象146

7.5　并行I/O149

7.5.1　Muxbus输入／输出对象149

7.5.2　Parallel输入／输出对象151

8　NodeBuilder开发工具与LNS网络服务架构154

8.1　NodeBuilder开发工具155

8.1.1　NodeBuilder硬件155

8.1.2　NodeBuilder软件156

8.2　NodeBuilder使用158

8.2.1　安装NodeBuilder硬件158

8.2.2　安装NodeBuilder软件162

8.2.3　使用NodeBuilder软件167

8.3　LNS网络服务架构171

8.3.1 LNS技术特点172

8.3.2 LNS组件体系结构173

8.3.3 LCA对象服务器174

8.3.4 LNS网络工具177

8.3.5 LNS DDE Server178

9　节点设计方法与设计实例183

9.1　节点设计方法183

9.1.1　定义内存映像183

9.1.2 提出问题183

9.1.3 节点定义和功能分配183

9.1.4 为每个节点定义外部接口184

9.1.5 为节点编写应用程序185

9.1.6 节点应用功能调试、节点定制和测试185

9.1.7 将单个节点集成到网络中并测试186

9.1.8 节点的软件设计步骤186

9.2　智能节点的硬件电路和软件设计188

9.2.1 智能节点的组成188

9.2.2 节点的存储器设计188

9.3　智能节点的I/O电路设计190

9.3.1 串行接口设计190

9.3.2 正交（Quadrature）输入接口191

9.3.3 七段显示数码管的接口设计194

9.3.4　键盘扫描接口设计203

9.3.5 A/D接口电路的设计206

9.4　智能网络适配器的设计209

9.4.1 基于ISA总线的智能网络适配器209

9.4.2 基于PCI总线的LON网络适配器设计212

9.5　现场智能节点设计224

9.5.1 远程智能数据采集装置设计224

9.5.2 用于高压断路器的智能节点设计228

9.6　LON-Ethernet网络接口的软硬件设计238

9.6.1 LonWorks现场总线控制单元硬件组成238

9.6.2 以太网控制单元硬件组成240

9.6.3 嵌入式TCP/IP网络协议的实现243

9.6.4 WinSocket协议的实现249

10 LON控制网络及其应用252

10.1 控制网络设计252

10.1.1 控制网络的设计目标252

10.1.2 控制网络的组成和特点252

10.2 网管功能与软件设计253

10.2.1 开发平台254

10.2.2 网络管理软件255

10.2.3 命令处理软件255

10.2.4 DDE服务软件255

10.2.5 网络适配器通信管理软件256

10.3 用于蒸汽计量的分布式监测系统设计257

10.3.1 分布式监测系统的结构257

10.3.2 分布式监测系统的软件设计258

10.4 一种适用于热能计量的现场总线控制网络266

10.4.1 系统组成266

10.4.2 通信方式及数据格式266

10.4.3 智能节点的软件设计267

10.5 一种新颖的电子考勤系统272

10.5.1 系统基本组成272

10.5.2 系统软件设计274

10.6 一种采用现场总线与公共电话网的远程监控系统277

10.6.1 系统设计考虑与结构278

10.6.2 现场FCS网络内部的通信方式279

10.6.3 主机与路由器的远程通信280

10.7 LON-Ethernet网络接口在远程监控中的应用282

10.7.1 设计目标282

10.7.2 嵌入式LON-Ethernet网络接口软件的设计283

10.7.3 以太网远程监控软件的设计285

10.8 物料计量管理287

10.8.1 系统的总体架构287

10.8.2 基于LNS的组网技术与网络管理软件289

10.8.3 LNS组网管理软件的开发291

10.8.4 系统监控软件设计296

11 基金会现场总线（FF）302

11.1 基金会现场总线技术简介302

11.1.1 基金会现场总线技术FF的发展回顾302

11.1.2 FF总线的技术特点302

11.1.3 基金会现场总线的体系结构303

11.2　基金会现场总线的通信模型305

11.2.1 物理层306

11.2.2 FF通信栈307

11.3　基金会现场总线的网络管理311

11.3.1 网络管理的一般模型及功能311

11.3.2 FF网络管理的结构模型及功能311

11.3.3 FF网络管理的实现313

11.4　基金会现场总线的系统管理313

11.4.1 SMK的功能314

11.4.2　SMK的状态和转换过程314

11.4.3 SMK的实现315

11.5　基金会现场总线控制系统的组态317

11.5.1 FF系统设计318

11.5.2　FF软件组态318

11.5.3　组态工具319

11.5.4 组态显示320

11.5.5 设备描述DD（Device Description）320

11.6　FF对控制系统的影响321

12　基金会现场总线功能块323

12.1　功能块及参数的概念323

12.1.1 模式参数（MODE_BLK）323

12.1.2　量程标定参数324

12.1.3　错误状态的参数处理和激活325

12.1.4 报警和事件参数325

12.1.5 仿真参数326

12.1.6 块选项326

12.1.7　通道组态参数327

12.1.8 功能块和参数表达327

12.2　FF的功能块库327

12.2.1 转换器块和资源块327

12.2.2　功能块329

12.3　基金会现场总线的典型模块329

12.3.1　AI功能块329

12.3.2 AO功能块333

12.3.3　DI功能块336

12.3.4　DO功能块337

12.3.5　PID功能块340

13 基金会现场总线的应用348

13.1 基金会现场总线的产品开发348

13.1.1 FF产品的现状348

13.1.2 FF产品的组成及开发方向348

13.1.3 FF产品的开发步骤349

13.1.4 通信行规与设备行规349

13.2　FF现场总线仪表通信圆卡设计349

13.2.1 总线供电的现场总线仪表的典型结构350

13.2.2　通信控制器FB3050350

13.2.3 圆卡主要器件的选择原则352

13.3　FF功能块的应用举例353

13.3.1 AI功能块的应用353

13.3.2 AO功能块的应用354

13.3.3 PID模块的应用355

13.4　基于基金会现场总线的Delta V系统的应用358

13.4.1 Delta V系统概述358

13.4.2　Delta V系统在氧化铝精制过程中的应用359

14　Profibus现场总线概述363

14.1　Profibus现场总线的产生与体系结构363

14.2 Profibus现场总线的组成864

14.3　Profibus现场总线通信传输技术365

14.3.1 用于DP/FMS的RS-485传输技术365

14.3.2 用于PA的IEC61158-2传输技术367

14.3.3 光纤传输技术369

14.3.4　RS-485-IS传输技术369

14.4　Profibus在工厂自动化系统中的位置370

14.5　Profibus控制系统组成371

14.6 Profibus的技术优势371

15　Profibus和PROFInet现场总线及其应用373

15.1　Profibus现场总线通信模型373

15.2　Profibus总线存取协议与通信375

15.2.1 Profibus总线存取协议375

15.2.2　Profibus的通信375

15.3　Profibus-DP377

15.3.1　Profibus-DP的功能和特点377

15.3.2 Profibus-DP数据通信协议378

15.3.3　Profibus-DP总线网络382

15.3.4 Profibus-DP的系统配置383

15.4　设备管理384

15.4.1 电子设备数据文件（GSD）385

15.4.2 通信协议和接口的实现385

15.5　行规387

15.5.1 通用应用行规387

15.5.2　特殊应用行规390

15.5.3 系统行规394

15.6　Profibus-PA395

15.6.1 Profibus-PA协议结构396

15.6.2　Profibus-PA传输协议396

15.7　工业以太网标准PROFInet397

15.7.1 PROFInet的组成与特点398

15.7.2 PROFInet的参考模型与体系结构398

15.7.3 PROFInet通信模型与转移模型400

15.7.4 PROFInet的优势400

15.7.5 PROFInet的主要功能401

15.7.6 PROFInet的性能等级404

15.7.7 PROFInet集成现场总线405

15.8 Profibus现场总线技术的应用405

15.8.1 Profibus在自动化立体仓库系统中的应用406

15.8.2 Profibus总线接口在智能仪表中的应用408

参考文献410