分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李占英 编

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• DCS
• FCS
• 过程控制
• 自动化
• 工业控制
• 现场总线
• 系统设计
• 工程实践
• 仪表控制
• 工业自动化

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121263675

版次：1

商品编码：11726552

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-07-01

用纸：胶版纸

页数：280

正文语种：中文

内容简介

本书以“使广大学生、工程技术人员掌握分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）的应用及设计，初步具备DCS/FCS的设计和应用能力”为目标，由浅入深地介绍了DCS和FCS的组成及工作原理，并以实际的工程设计为例，使读者了解工程设计思想和过程。通过学、例、练相结合的方式，使读者可以迅速掌握DCS/FCS及其工程应用的相关知识。

作者简介

李占英博士，大连工业大学副教授，“毕?杯”全国电子创新设计竞赛获特等奖指导教师，完成多项国家级、省级科研课题，具有丰富的科研和教学经验。

目录

上篇 基础知识篇
第1章 绪论 2
1．1 分散控制系统概述 2
1．1．1 分散控制系统（DCS）的概念 2
1．1．2 分散控制系统的特点 3
1．1．3 分散控制系统的发展历程 5
1．2 DCS典型产品及特点 9
1．3 分散控制系统的发展趋势 12
1．4 现场总线概述 15
1．4．1 现场总线的产生 15
1．4．2 现场总线的特点 16
1．4．3 现场总线的发展趋势 17
1．5 思考题 17
第2章 DCS的通信网络系统 18
2．1 网络和数据通信原理 18
2．1．1 通信网络系统的基本组成 18
2．1．2 基本概念及术语 19
2．1．3 工业数据通信 21
2．1．4 数据交换方式 22
2．1．5 信道 23
2．1．6 差错控制 26
2．2 数据通信系统结构 30
2．2．1 通信系统的结构 31
2．2．2 通信网络的拓扑结构 32
2．3 DCS中的控制网络标准和协议 33
2．3．1 协议的参考模型 33
2．3．2 物理层协议 34
2．3．3 链路层协议 35
2．3．4 网络层协议 36
2．3．5 传输层和会话层协议 37
2．3．6 高层协议 38
2．3．7 网络设备 39
2．4 本章小结 42
2．5 思考题 43
第3章 DCS的过程控制站 44
3．1 DCS的体系结构 44
3．2 过程控制站的结构 50
3．3 基本控制单元 53
3．3．1 基本控制单元硬件 54
3．3．2 基本控制单元软件 81
3．3．3 基本控制单元的可靠性措施 92
3．4 本章小结 96
3．5 思考题 97
第4章 运行员操作站 98
4．1 运行员操作站的结构 98
4．2 MMI基本功能 101
4．3 记录与报表 110
4．4 历史数据库检索及处理 111
4．5 其他类型的人机接口 111
4．6 人机接口的发展介绍 112
4．7 本章小结 113
4．8 思考题 113
第5章 工程师站与组态软件 114
5．1 工程师站在DCS中的作用 114
5．2 工程师站的组成 117
5．3 工程师站在DCS中所处的地位 117
5．4 系统组态 118
5．4．1 组态软件 118
5．4．2 系统组态与其他设计方法的区别 120
5．4．3 过程控制站的组态 120
5．4．4 运行员操作站的组态 124
5．4．5 组态的在线调试 126
5．5 MACS的应用组态流程 127
5．6 本章小结 129
5．7 思考题 130
第6章 DCS的性能指标与评价 131
6．1 分散控制系统的性能指标简要介绍 131
6．2 分散型控制系统的评价准则 133
6．2．1 可靠性与经济性评价 134
6．2．2 技术性能评价 139
6．2．3 使用性能评价 141
6．2．4 控制系统软件可靠性及评价 142
6．3 DCS的选择原则 145
6．4 本章小结 146
6．5 思考题 146
第7章 现场总线控制系统 147
7．1 现场总线及现场总线控制系统的定义 147
7．2 DCS、PLC与FCS 148
7．3 几种典型的现场总线 149
7．3．1 Profibus现场总线 149
7．3．2 CAN总线 151
7．3．3 基金会现场总线 152
7．3．4　LonWorks总线 155
7．4 现场总线控制系统的构成 157
7．5 设计现场总线控制系统的方法 159
7．6 现场总线控制系统的组态 161
7．7 现场总线控制系统的调试与维护 163
7．8 本章小结 164
7．9 思考题 164
第8章 现场总线通信系统 165
8．1 现场总线通信系统概述 165
8．1．1 现场总线通信系统与ISO/OSI参考模型的关系 165
8．1．2 Profibus现场总线通信系统的主要组成部分 167
8．2 Profibus物理层 167
8．2．1 Profibus-DP的RS-485传输 168
8．2．2 Profibus-DP的光纤传输 170
8．3 Profibus数据链路层 171
8．3．1 Profibus介质访问控制 171
8．3．2 Profibus报文格式 172
8．3．3 Profibus地址编码方式 174
8．3．4 Profibus数据链路层提供的服务 175
8．4 Profibus应用层 176
8．5 Profibus用户层 178
8．5．1 Profibus-DP用户层概述 178
8．5．2 DDLM功能 179
8．5．3 用户接口 180
8．5．4 Profibus-DP行规 181
8．6 本章小结 181
8．7 思考题 182
第9章 现场总线设备 183
9．1 现场总线设备的分类与特点 183
9．1．1 现场总线设备的分类 183
9．1．2 现场总线设备的特点 184
9．2 现场总线差压变送器 185
9．2．1 概述 185
9．2．2 工作原理 186
9．3 现场总线温度变送器 188
9．3．1 概述 188
9．3．2 工作原理 188
9．3．3 温度检测元件 189
9．4 现场总线阀门定位器 191
9．4．1 概述 191
9．4．2 工作原理 191
9．5 现场总线电动执行器 193
9．5．1 概述 193
9．5．2 工作原理 193
9．6 现场总线-气压转换器 194
9．6．1 概述 194
9．6．2 工作原理 194
9．7 电流-现场总线转换器 196
9．7．1 概述 196
9．7．2 工作原理 196
9．7．3 安装和校验 197
9．8 现场总线-电流转换器 198
9．8．1 概述 198
9．8．2 工作原理 198
9．9 现场总线接口类设备 199
9．9．1 概述 199
9．9．2 工作原理 200
9．9．3 安装与维护 201
9．9．4 其他总线接口设备 202
9．10 现场总线电源类设备 203
9．10．1 概述 203
9．10．2 工作原理 204
9．11 现场总线附件类设备 205
9．12 本章小结 206
9．13 思考题 207
下篇 工程应用篇
第10章 DCS的工程设计 210
10．1 DCS的应用设计与实施的一般过程 210
10．2 DCS总体设计 211
10．2．1 可行性研究设计及总体设计 211
10．2．2 DCS初步设计 211
10．2．3 施工图详细设计 214
10．3 DCS系统的工程化设计 217
10．4 DCS的组态与调试 219
10．5 分散型控制系统的安装与验收 219
10．6 电加热锅炉温度控制工程案例 220
10．6．1 系统概述 220
10．6．2 系统的初步设计 220
10．6．3 电加热锅炉控制方案的确定 222
10．7 MACS在空分行业中对氧气的恒压控制 229
10．8 本章小结 234
10．9 思考题 234
第11章 FCS的工程设计 235
11．1 FCS的工程设计原则 235
11．2 FCS的工程设计方法 236
11．3 FCS控制系统的设计过程 237
11．3．1 总体方案设计 238
11．3．2 控制系统的初步设计 240
11．4 FCS的工程控制系统的应用举例 240
11．4．1 设计概述 240
11．4．2 系统网络拓扑结构及参数配置 241
11．4．3 系统硬件设计 244
11．4．4 系统软件设计 249
11．4．5 系统抗干扰措施 254
11．5 本章小结 256
11．6 思考题 256
附录A 新一代DCS的体系结构和技术特点 258
A．1 促进新一代DCS形成的原因 258
A．2 新一代DCS的体系结构 259
A．3 新一代DCS的主要功能和技术特征 262
参考文献 270

前言/序言

数字化浪潮下的工业脉搏：智能制造的关键基石 在当今飞速发展的科技时代，工业生产正经历着一场深刻的变革。从流水线上精准协作的机器人，到后台数据分析驱动的决策优化，数字化、智能化已不再是遥远的愿景，而是驱动现代工业发展的核心引擎。在这场变革的浪潮中，一种强大的技术力量正在悄然重塑着工业控制的格局，它以极高的效率、可靠性和灵活性，为制造业的智能化升级注入了澎湃动力，这便是以先进控制系统为代表的工业自动化解决方案。 一、 工业自动化的演进：从集中到分布式，再到网络化 回溯工业自动化的发展历程，我们可以清晰地看到一条从集中式控制向分布式、网络化控制演进的轨迹。早期，传统的集中式控制系统（CCS）是主流。在一个庞大的控制中心，集中的PLC（可编程逻辑控制器）或微机负责处理来自现场的所有信号，并发出控制指令。这种模式在结构上相对简单，易于理解和维护，但其固有的缺陷也日益凸显： 单点故障风险高： 任何一个核心控制单元的故障都可能导致整个生产线的瘫痪，一旦发生问题，修复过程往往漫长而复杂。 布线复杂且成本高昂： 大量的模拟信号和数字信号需要从遍布工厂的传感器和执行器传输到中央控制室，这不仅耗费了大量的线缆资源，更增加了安装和维护的难度。 灵活性和扩展性差： 生产线的改造和升级需要对中央控制系统进行大规模的调整，难以适应快速变化的市场需求。 信息共享受限： 现场数据难以实时、高效地传递到其他部门或更高层级的管理系统，限制了生产过程的透明度和整体优化。 随着技术的发展，分布式控制系统（DCS）应运而生，成为工业自动化领域的重要里程碑。DCS打破了传统集中控制的束缚，将控制功能分散到各个区域或生产单元，形成一个由多个独立但相互协作的控制站点组成的网络。这种分布式架构带来了显著的优势： 提高系统的可靠性和容错性： 单个控制站点的故障不会影响整个系统的运行，大大降低了因设备故障导致的生产中断风险。 简化布线，降低成本： 控制功能下移，信号传输距离缩短，减少了长距离布线带来的问题。 提升系统的灵活性和可扩展性： 新增或改造生产单元时，只需在局部增加或调整控制站点，无需对整个系统进行大动干戈。 促进信息集成： DCS能够实现区域内甚至跨区域的信息共享，为实现更高级别的生产管理和决策提供了可能。 DCS的出现极大地提升了工业生产的自动化水平和运行效率，尤其在大型、复杂流程工业领域，如石油化工、电力、制药等，DCS展现出了其无可比拟的优势。然而，伴随着信息化的深入推进，对更广泛、更深入的互联互通的需求也日益迫切。传统DCS在现场设备层面的通信能力，以及与上层信息系统（如MES、ERP）的集成深度，仍然存在进一步优化的空间。 二、 现场总线控制系统（FCS）的崛起：定义工业通信的新标准 正是在这样的背景下，以现场总线技术为核心的现场总线控制系统（FCS）应势而生，它代表着工业自动化控制向更高级、更智能化的方向迈出了关键一步。现场总线技术的核心在于，它将原本在集中式或分布式控制系统中用于传输模拟信号和数字信号的点对点通信方式，转变为一种多点、串行、数字化的总线通信方式。 简单来说，传统的控制系统就像一个电话网络，每个传感器和执行器都有一条独立的电话线连接到“电话局”（控制器）。而现场总线则像一个高速公路网络，所有的传感器、执行器和控制器都连接到这条“公路”上，通过一种标准化的“语言”（通信协议）进行双向、实时的信息交换。 FCS的出现，彻底改变了工业现场的连接方式，其颠覆性的创新体现在以下几个方面： 1. 数字信号的全面应用： FCS取消了大量模拟信号的传输，将所有现场设备都升级为具有数字通信能力的智能仪表和执行器。这意味着信号在传输过程中不再受模拟信号容易受干扰、精度下降等问题的困扰，能够实现更精确、更可靠的测量和控制。 2. 一体化的数据传输： 通过现场总线，传感器不仅能够传输测量值，还可以同时传输设备的运行状态、诊断信息、校准数据、配置参数等丰富的诊断和维护信息。这极大地提高了设备的可见性，为预测性维护和故障诊断提供了强大的支持。 3. 网络化、开放化的通信架构： FCS采用标准化的通信协议（如PROFIBUS, Foundation Fieldbus, CC-Link等），打破了不同厂商设备之间的通信壁垒。这使得用户能够自由选择不同厂商的设备，构建更加灵活、开放的系统，并易于与上层信息系统进行集成。 4. “智能”下移的控制理念： FCS将部分控制功能从传统的中央控制器下移到现场设备本身，实现了“分布式智能”。这意味着现场设备可以根据总线上传输的指令，执行更复杂的控制逻辑，减少了对中央控制器的依赖，提高了系统的响应速度和鲁棒性。 5. 显著的工程设计和维护优势： 简化布线，大幅降低安装成本： 传统的“一点一根线”的布线方式被“一根总线连接多个设备”所取代，线缆数量锐减，安装复杂度大大降低，人工和材料成本也随之节省。 标准化安装和配置： 现场总线设备采用标准化的接口和协议，安装和配置过程更加简单快捷，减少了人为错误。 集中式诊断和维护： 通过总线，可以集中监控所有现场设备的状态，实现远程诊断和维护，大大缩短了故障排除时间，降低了维护成本。 易于升级和扩展： 在总线上增加新的设备或修改控制策略，操作更加便捷，系统的可扩展性得到极大提升。 三、 FCS与DCS的融合与协同：构建更强大的工业神经系统 值得强调的是，FCS并非是对DCS的完全取代，而是一种技术上的演进和集成。在许多现代化的DCS系统中，现场总线技术已经被广泛集成，成为DCS不可或缺的一部分。一个先进的DCS系统，其底层往往会采用现场总线技术来连接和管理大量的现场设备。 可以将DCS理解为一个更高级别的“大脑”和“神经中枢”，负责整个生产过程的宏观调度、高级控制策略的制定、生产计划的执行以及与企业其他管理系统的集成。而FCS则构成了这个“大脑”的“神经网络”，负责将海量的现场信息高效、准确地传递给“大脑”，并执行“大脑”下达的指令。 这种DCS与FCS的有机融合，共同构建了一个强大、高效、智能的工业控制系统，为实现以下目标提供了坚实的基础： 全面数字化工厂： 实现从现场传感器到企业管理层级的端到端数字化，打通信息孤岛。 精益生产： 通过实时数据分析，优化生产流程，提高生产效率，降低能源消耗和浪费。 智能化决策： 基于精准的数据，实现更科学、更及时的生产决策，提升市场响应能力。 预测性维护： 实时监控设备状态，预测潜在故障，提前进行维护，避免非计划停机。 本质安全： 更准确的测量和控制，以及更丰富的诊断信息，有助于提高生产过程的安全性。 四、 结语：拥抱变革，赋能未来 在数字化转型浪潮席卷全球的今天，先进的控制系统，特别是以现场总线技术为代表的FCS，已成为工业企业提升竞争力、实现智能化制造的关键赋能者。它们不仅是工业自动化技术的进步，更是对传统生产模式的颠覆和重塑。理解和掌握这些先进的控制系统，拥抱其带来的变革，是每一个渴望在未来工业竞争中立于不败之地的企业和个人必须迈出的坚实步伐。它们是支撑现代工业脉搏跳动的强大力量，是驱动智能制造走向现实的坚实基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题让我对分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计这几个关键领域产生了浓厚的兴趣。我一直在寻找一本能够深入浅出地讲解这些技术的书籍，尤其是在当今工业自动化日益普及的背景下，理解DCS和FCS的原理、架构以及它们在实际工程中的应用至关重要。这本书的命名似乎涵盖了我所期望的知识点，从基础概念到具体的工程实践，我希望它能提供一个全面的视角。我特别关注的是“工程设计”这个部分，这意味着它不仅仅会停留在理论层面，更会涉及实际项目的设计、实施、调试和维护的流程。作为一名对自动化技术充满热情的研究者，我希望这本书能够为我提供扎实的理论基础和丰富的实践指导，帮助我更好地理解和掌握先进的控制系统技术，并在未来的工作中加以运用。同时，我也期待这本书能够对不同类型的DCS和FCS进行对比分析，突出它们各自的优缺点以及适用场景，从而帮助我做出更明智的技术选择。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸接触到一本关于《分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计》的书籍，标题就足够吸引人。作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师，我深知DCS和FCS在现代工业生产中的核心地位。从最初简单的PLC控制，到如今复杂的分布式和现场总线架构，技术的进步着实令人惊叹。这本书的出现，仿佛为我打开了一扇新的大门，让我能够更系统地梳理和理解这些技术的发展脉络。我尤其关注书中可能对“工程设计”部分的深入探讨，这往往是理论与实践之间最关键的桥梁。希望它能详细阐述如何从项目的需求出发，进行系统选型、硬件配置、软件组态、网络设计，乃至最终的系统集成和调试。对于一些复杂的工艺流程，如何利用DCS和FCS实现高效、可靠的控制，书中是否能提供一些经典的案例和设计思路，将是衡量其价值的重要标准。我对这本书充满了期待，希望能从中获得宝贵的知识和经验，进一步提升我在工程设计方面的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名称《分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计》吸引了我的注意，因为它触及了工业自动化领域中两个非常核心且相互关联的技术。我一直对DCS的分布式架构如何实现更灵活、更可靠的控制很感兴趣，同时也对FCS如何通过总线技术实现设备之间的直接通信感到好奇。更重要的是，标题中“工程设计”的字眼，表明这本书不仅仅会讲解理论，还会深入到实际的项目实施层面。我希望能从书中了解到DCS和FCS在不同工业领域的应用案例，比如它们如何应用于石油化工、电力、冶金等行业。此外，对于工程设计部分，我期待能够看到关于系统集成、网络配置、安全策略、诊断维护等方面的详细阐述。我希望这本书能够提供一种系统化的学习路径，帮助我理解从系统概念到实际落地的全过程，成为我学习和工作中不可或缺的参考。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计》这个书名时，我的脑海中立刻浮现出工业自动化领域那些错综复杂的控制线路和庞大的系统架构。作为一名行业新人，我迫切地希望找到一本能够清晰地解释DCS和FCS基本原理的书籍，并希望它能详细介绍实际工程设计过程中的每一个步骤。我特别关注的是“现场总线”这个概念，它究竟是如何实现现场设备与控制系统之间高效、可靠通信的？书中是否会深入解析不同现场总线标准（如PROFIBUS, Foundation Fieldbus, Modbus等）的特点和区别？此外，“工程设计”部分是否会包含系统冗余配置、安全联锁设计、故障诊断与处理等关键议题？我希望这本书能像一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我认识和掌握这些复杂的概念，并能提供一些实际的项目经验和技巧，帮助我更好地理解这些技术在不同工业场景中的应用，例如流程工业、电力系统或者制造业。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的标题《分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计》来看，它似乎是一个非常适合想要深入了解工业自动化控制系统领域的读者。我一直在寻找一本能够提供关于DCS和FCS全面知识的书籍，并且重点关注它们的工程设计方面。我期待书中能够详细介绍DCS和FCS的体系结构、功能特点，以及它们在现代工业生产中的具体应用。我尤其关注“工程设计”这一部分，因为这涉及到如何将理论知识转化为实际项目，包括系统的规划、选型、组态、集成和调试等关键环节。我希望这本书能够提供一些实用的方法和技巧，帮助我理解如何根据不同的工业过程需求，设计出高效、可靠、安全的控制系统。如果书中能够包含一些实际案例分析，那就更好了，能够让我更直观地理解这些技术的应用价值。

评分☆☆☆☆☆

内容还行！

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东西很好......

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喜欢书，希望能吃透。

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学习书很全面不错

评分☆☆☆☆☆

不错的购物哈哈哈哈哈哈

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学习书很全面不错

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已收到，还没看呢。

评分☆☆☆☆☆

一直在京东买书