分布式控制系统 DCS 设计与应用实例 第3版PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

分布式控制系统 DCS 设计与应用实例 第3版PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 DCS基本原理和发展历程1

1.1 什么是DCS1

1.2 控制系统概述1

1.2.1 控制系统的基本组成2

1.2.2 测量方法和测量装置3

1.2.3 控制方法和运算处理装置4

1.2.4 控制的执行方法和执行装置6

1.2.5 控制系统各要素的关系6

1.2.6 控制系统的人机界面7

1.2.7 直接控制与监督控制8

1.2.8 本书的要点8

1.3 DCS的发展历史9

1.3.1 控制系统的发展历史9

1.3.2 仪表控制系统的基本概念10

1.3.3 早期的仪表控制系统——基地式仪表12

1.3.4 近代仪表控制系统——单元式组合仪表12

1.3.5 数字式单回路调节器SLC14

1.3.6 计算机控制系统14

1.3.7 控制系统从模拟技术向数字技术的演进15

1.3.8 分布式控制系统的产生及其特点17

1.3.9 DCS的发展历程19

1.4 DCS的体系结构22

1.4.1 DCS的基本构成22

1.4.2 DCS的软件27

1.4.3 DCS的网络结构31

1.4.4 DCS的物理结构及硬件构成33

1.5 几种计算机控制系统的比较36

1.5.1 以PLC构成的控制系统/监督控制系统36

1.5.2 SCADA系统38

1.5.3 Soft PLC及PC Based监督/控制系统39

1.5.4 现场总线控制系统FCS40

1.6 几种典型的DCS简介40

1.6.1 Honeywell公司的TDC- 3000系统40

1.6.2 ABB公司的Industrial IT系统41

1.6.3 和利时公司的HOLLiAS系统42

1.7 DCS的应用开发设计、调试与检验43

1.7.1 DCS的应用开发设计43

1.7.2 对DCS性能指标的简要介绍44

第2章 最新DCS的体系结构和技术特点47

2.1 促进第四代DCS形成的原因47

2.1.1 用户需求的拉动47

2.1.2 相关技术的成熟发展47

2.2 第四代DCS的体系结构48

2.2.1 现场仪表层48

2.2.2 装置控制层49

2.2.3 工厂监控与管理层50

2.2.4 企业经营管理层51

2.3 第四代DCS的主要功能和技术特征51

2.3.1 第四代DCS的典型代表51

2.3.2 第四代DCS的信息化59

2.3.3 第四代DCS的集成化64

2.3.4 DCS变成真正的混合控制系统65

2.3.5 DCS包含FCS功能并进一步分散化65

2.3.6 DCS平台开放性与应用服务专业化67

2.3.7 DCS的功能安全和信息安全68

2.4 国内DCS的发展状况举例68

2.4.1 HOLLiAS系统的产品家族及结构69

2.4.2 HOLLiAS的MES功能71

2.4.3 HOLLiAS控制功能HOLLiAS- MACS76

2.4.4 HOLLiAS控制层硬件78

2.4.5 HOLLiAS控制层软件80

2.4.6 HOLLiAS LEC逻辑和嵌入式控制器（Logic＆ Embedded Controller）87

2.4.7 HOLLiAS LK可编程控制器（PLC）88

2.4.8 HOLLiAS-VSI逻辑联锁控制系统88

2.4.9 HOLLiAS-PADS工厂电站综合自动化系统90

2.4.1 0 HOLLiAS专业化的解决方案91

2.5 结论92

第3章 从控制工程看DCS——功能与性能的要求93

3.1 DCS的控制功能及应用任务分类93

3.1.1 工业控制系统的结构93

3.1.2 控制任务分类及快速性需求94

3.1.3 闭环控制系统的构成97

3.1.4 控制策略与运算的平台装置97

3.2 运算放大器和调节运算方法98

3.2.1 运算放大器和虚拟地原理98

3.2.2 模拟调节的运算原理99

3.2.3 控制策略与放大器组件系统103

3.2.4 模拟系统与数字系统的比较105

3.3 数字系统的控制周期与可控性106

3.3.1 线性系统的可控性106

3.3.2 控制周期（T0）是不可控环节107

3.3.3 实例1——汽轮机调速系统和它的控制周期108

3.3.4 实例2——锅炉气包水位控制系统的控制周期110

3.3.5 结果及认识111

3.4 数字控制器的确定性问题112

3.4.1 常用递推控制算法112

3.4.2 控制器的确定性和它的意义116

3.5 控制工程作业自动化117

3.6 控制工程对于DCS系统的技术需求119

3.6.1 系统的可靠性与可维修性需求119

3.6.2 控制系统的快速性需求121

3.6.3 数字控制器的确定性需求121

3.6.4 工程作业自动化121

第4章 DCS硬件系统——原理、指标、试验和应用123

4.1 DCS硬件组成概述123

4.2 主控制器（MCU）124

4.2.1 主控制器的基本原理124

4.2.2 MCU的冗余配置126

4.2.3 MCU的技术指标及试验方法126

4.2.4 MCU应用设计128

4.3 模拟量输入设备（AI）129

4.3.1 AI设备的基本原理129

4.3.2 AI设备的技术指标及试验方法134

4.3.3 AI设备应用设计146

4.4 模拟量输出设备（AO）146

4.4.1 AO设备的基本原理146

4.4.2 AO设备的技术指标及试验方法147

4.4.3 AO设备应用设计147

4.5 开关量输入设备（DI）148

4.5.1 DI设备的基本原理148

4.5.2 DI设备的技术指标及试验方法148

4.6 SOE输入设备（SOE）151

4.6.1 SOE设备的基本原理151

4.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法152

4.6.3 SOE设备应用设计152

4.7 开关量输出设备（DO）152

4.7.1 DO设备的基本原理152

4.7.2 DO设备的技术指标及试验方法152

4.7.3 DO设备应用设计154

4.8 脉冲量输入设备（PI）154

4.8.1 PI设备的基本原理154

4.8.2 PI设备的技术指标154

4.9 电源转换设备155

4.9.1 电源设备简介155

4.9.2 电源冗余158

4.9.3 电源指标及测试159

4.10 组态维护与人机接口设备161

4.10.1 显示设备161

4.10.2 输入设备164

4.10.3 操作员站和工程师站主机164

4.10.4 系统服务器164

4.10.5 打印机166

第5章 DCS软件系统167

5.1 DCS软件系统概述167

5.2 DCS的直接控制软件169

5.2.1 直接控制软件的功能概述169

5.2.2 信号采集与数据预处理171

5.2.3 DCS的基本控制功能179

5.2.4 DCS控制器上的实时数据组织和管理181

5.2.5 DCS控制器的任务结构及控制处理182

5.2.6 DCS控制软件的一些评价要素185

5.3 DCS的监督控制软件及人机界面软件188

5.3.1 概述188

5.3.2 DCS监督控制层的功能188

5.3.3 DCS监督控制层的软件体系结构209

5.3.4 实时数据库系统223

5.3.5 历史数据库系统228

5.3.6 与监视控制功能相关的主要数据结构230

5.3.7 人机界面软件231

5.4 IEC 61131—3控制编程语言与软件模型及DCS的组态软件233

5.4.1 IEC 61131—3简介234

5.4.2 编程基础与编程过程236

5.4.3 IEC 61131—3标准的基本内容239

5.4.4 IEC 61131—3的软件模型247

5.4.5 五种编程语言介绍250

5.4.6 应用举例265

5.4.7 IEC 61131—3标准在DCS中的实际运用277

5.4.8 DCS的监督控制层组态软件278

5.5 DCS的高级优化控制与管理软件279

5.5.1 概述279

5.5.2 实时数据库的高层信息接口280

5.5.3 资产管理AMS282

5.5.4 批处理Batch287

5.5.5 质量分析系统293

5.5.6 APC298

5.5.7 OTS-Operator Training Simulator306

第6章 DCS的网络系统309

6.1 DCS的网络体系309

6.1.1 DCS的功能层次和网络层次309

6.1.2 DCS网络层次结构的选择309

6.1.3 对DCS各层网络的要求311

6.2 工业数据数字通信313

6.2.1 数字通信的编码方式314

6.2.2 数字通信工作方式318

6.2.3 差错控制319

6.2.4 通信传输介质324

6.2.5 数字通信链路的电气特性329

6.2.6 数字通信协议332

6.2.7 数字通信系统的性能指标332

6.3 控制网络333

6.3.1 计算机网络层次模型334

6.3.2 通信协议339

6.3.3 TCP/IP341

6.3.4 网络拓扑342

6.3.5 网络设备344

6.3.6 网络的RAMS350

6.3.7 工业以太网350

6.3.8 通信骨干网352

6.3.9 无线通信网络355

6.3.1 0网络安全357

6.4 现场总线362

6.4.1 现场总线的产生和发展362

6.4.2 现场总线的特点和优点364

6.4.3 现场总线技术介绍366

6.4.4 无线传感器网络374

6.4.5 现场总线的选择和使用375

第7章 DCS系统可靠性与安全性技术382

7.1 系统可靠性概述382

7.1.1 可靠性技术发展概述382

7.1.2 可靠性基本概念和术语383

7.1.3 可靠性设计的内容389

7.2 系统安全性概述390

7.2.1 安全性分类390

7.2.2 安全性与可靠性的关系391

7.2.3 功能安全391

7.2.4 电气安全及安规认证394

7.2.5 信息安全396

7.3 可靠性和安全性分析方法400

7.3.1 可靠性预测400

7.3.2 可靠性框图402

7.3.3 马尔可夫分析402

7.3.4 故障模式与影响分析403

7.3.5 故障树分析406

7.3.6 HAZOP分析408

7.4 可靠性和安全性设计技术409

7.4.1 冗余技术409

7.4.2 容错技术与故障安全413

7.4.3 维修性分析415

7.5 环境适应性设计技术415

7.5.1 温度415

7.5.2 湿度416

7.5.3 气压417

7.5.4 振动和冲击417

7.5.5 防尘和防水417

7.5.6 防腐蚀418

7.5.7 防爆419

7.5.8 电磁兼容性和抗干扰420

7.5.9 接地426

7.5.10 隔离434

7.5.11 屏蔽437

7.5.12 双绞线437

7.5.13 防雷击438

7.6 软件可靠性设计与质量保证444

7.6.1 软件可靠性研究概述444

7.6.2 软件可靠性的概念445

7.6.3 提高软件可靠性的方法和技术448

7.6.4 软件可靠性评测454

7.6.5 软件质量保证455

第8章 DCS的应用设计与实施457

8.1 DCS应用设计与实施的一般过程458

8.2 自动化系统的总体设计458

8.2.1 可行性研究设计459

8.2.2 初步设计中需要考虑的问题459

8.2.3 施工图设计中需要考虑的问题461

8.3 DCS的选型与工程化设计466

8.3.1 DCS选型及工程化设计467

8.3.2 DCS的招标、选型及订货467

8.3.3 应用工程设计的准备工作468

8.3.4 应用工程设计联络会472

8.3.5 应用工程设计与文件生成473

8.3.6 主控制室的设计及人因工程设计478

8.4 系统的生产、组态及调试491

8.4.1 系统硬件物资齐套与装配491

8.4.2 用户培训492

8.4.3 应用工程软件的组态与调试493

8.4.4 系统联调506

8.4.5 系统硬件测试与考核507

8.4.6 整理项目出厂文档和资料508

8.5 出厂测试与验收509

8.5.1 项目概要说明509

8.5.2 测试依据509

8.5.3 提交文件资料清单510

8.5.4 测试环境510

8.5.5 系统软、硬件配置检查510

8.5.6 检验方法及判定511

8.5.7 系统连续运行考核519

8.5.8 测试结论及测试组签字520

8.5.9 系统发运到现场520

8.6 系统现场实施521

8.6.1 系统位置选择、机房布置和环境要求521

8.6.2 DCS系统接地523

8.6.3 现场设备开箱验收524

8.6.4 系统现场设备就位、安装与加电525

8.6.5 系统信号电缆敷设与端子接线527

8.6.6 DCS系统现场调试529

8.6.7 系统竣工验收533

8.6.8 用户操作人员的培训534

8.6.9 整理竣工技术资料534

8.7 系统运行与维护535

8.7.1 系统常见故障及排除535

8.7.2 供电与接地系统常见故障536

8.7.3 防止干扰和设备损坏的一般方法536

8.7.4 工程现场维护常见问题537

8.8 小结538

第9章 应用案例539

9.1 DCS在超（超）临界火电机组中的应用539

9.1.1 超（超）临界机组的特点539

9.1.2 超（超）临界机组的模拟量控制系统（MCS）540

9.1.3 旁路控制系统（BPS）546

9.1.4 炉膛安全监测系统（FSSS）548

9.1.5 机组级自启/停控制系统（APS）555

9.1.6 电气监控系统（ECS）557

9.1.7 锅炉烟气脱硫（FGD）561

9.1.8 百万超超临界机组DCS分站567

9.1.9 汽轮机停机故障分析569

9.2 MACS在80万吨/年催化裂化联合装置应用574

9.2.1 工艺简介574

9.2.2 催化联合装置生产线的特点和控制范围576

9.2.3 某催化裂化联合装置的系统结构和配置577

9.2.4 过程控制方案579

9.2.5 控制方案实现582

9.2.6 结束语588

9.3 DCS在30万吨/年甲醇15万吨/年二甲醚生产装置的设计及应用589

9.3.1 甲醇及二甲醚工艺简介589

9.3.2 甲醇装置DCS系统结构设计591

9.3.3 甲醇装置DCS系统工程控制实施599

9.3.4 总结612

9.4 智能母管协调控制系统及应用613

9.4.1 母管制机组现状613

9.4.2 母管协调控制目标614

9.4.3 MACS智能母管协调控制实现方式614

9.4.4 MACS智能母管协调控制系统新技术介绍615

9.4.5 MACS智能母管协调控制系统应用案例617

9.4.6 母管协调控制经济效益与社会效益621

9.4.7 结束语622

9.5 HOLLiAS MACSTM系统在120万吨重碱装置中的应用622

9.5.1 系统概述622

9.5.2 系统初步设计622

9.5.3 工程设计624

9.5.4 结论630

9.6 HOLLiAS MACSTM系统在8000吨/年聚异氰酸酯中的应用630

9.6.1 系统概述630

9.6.2 系统的可行性论证631

9.6.3 系统的初步设计632

9.6.4 系统的工程设计634

9.6.5 系统的测试与工厂验收设计638

9.6.6 系统安装场地设计639

9.6.7 系统现场验收设计640

9.6.8 结论640

9.7 CPR1000 DCS核电站非安全级控制系统640

9.7.1 引言640

9.7.2 CPR1000 DCS总体概述641

9.7.3 非安全级DCS644

9.7.4 非安全级DCS工程实施656

9.8 秦山二期核电站计算机控制系统672

9.8.1 引言672

9.8.2 概述672

9.8.3 双域结构的使用673

9.8.4 硬件配置675

9.8.5 通信网络设备及其连接678

9.8.6 系统供电、隔离和接地方案680

9.8.7 关于分站的设计684

9.8.8 实现功能685

9.8.9 应急系统功能698

9.8.10 Web功能698

9.9 MACS系统在新型干法熟料生产线的应用699

9.9.1 引言699

9.9.2 新型干法熟料生产线的工艺介绍699

9.9.3 新型干法熟料生产线的特点和控制范围700

9.9.4 塔牌5000吨/天的系统结构和配置702

9.9.5 过程控制方案704

9.9.6 控制方案实现708

9.10 景德镇发电公司475吨/小时循环流化床机组DCS系统712

9.10.1 项目主要系统设备和工艺概况712

9.10.2 机组对控制系统的要求714

9.10.3 DCS系统总体设计原则715

9.10.4 控制系统实施方案716

9.10.5 工程实施732

9.10.6 系统点评734

9.11 通信接口在化工行业的典型应用734

9.11.1 软件架构734

9.11.2 应用案例739

9.12 汽包锅炉燃烧控制优化应用742

9.12.1 概述742

9.12.2 原理及动态特性742

9.12.3 汽包锅炉控制共性745

9.12.4 应用747

9.13 和利时能源管理系统EMS在企业中的应用747

9.13.1 概述747

9.13.2 应用背景748

9.13.3 系统架构748

9.13.4 网络架构749

9.13.5 主要功能介绍750

9.13.6 实施效果757

9.14 仿真系统的典型应用758

9.14.1 仿真系统发展现状758

9.14.2 仿真系统的作用758

9.14.3 和利时仿真机特点759

9.14.4 和利时仿真系统的架构760

9.14.5 产生的效益765

9.15 APC优化控制在水泥烧成系统上的典型应用765

9.15.1 前言765

9.15.2 烧成系统工艺特点765

9.15.3 烧成系统控制目标及难点766

9.15.4 APC优化控制系统及原理767

9.15.5 烧成系统APC优化控制方案768

9.15.6 APC优化效果及经济效益769

9.15.7 总结772

9.16 批量控制技术及典型应用773

9.16.1 批量控制技术773

9.16.2 典型应用777

9.17 HOLLiAS AMS系统介绍及其在石油化工装置中的典型应用792

9.17.1 前言792

9.17.2 现状问题792

9.17.3 HAMS解决方案793

9.17.4 典型应用案例795

9.17.5 总结与展望797

参考文献799

参考网址800