分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李占英 編

圖書標籤:

• DCS
• FCS
• 過程控製
• 自動化
• 工業控製
• 現場總綫
• 係統設計
• 工程實踐
• 儀錶控製
• 工業自動化

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121263675

版次：1

商品編碼：11726552

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-07-01

用紙：膠版紙

頁數：280

正文語種：中文

內容簡介

本書以“使廣大學生、工程技術人員掌握分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）的應用及設計，初步具備DCS/FCS的設計和應用能力”為目標，由淺入深地介紹瞭DCS和FCS的組成及工作原理，並以實際的工程設計為例，使讀者瞭解工程設計思想和過程。通過學、例、練相結閤的方式，使讀者可以迅速掌握DCS/FCS及其工程應用的相關知識。

作者簡介

李占英博士，大連工業大學副教授，“畢?杯”全國電子創新設計競賽獲特等奬指導教師，完成多項國傢級、省級科研課題，具有豐富的科研和教學經驗。

目錄

上篇 基礎知識篇
第1章 緒論 2
1．1 分散控製係統概述 2
1．1．1 分散控製係統（DCS）的概念 2
1．1．2 分散控製係統的特點 3
1．1．3 分散控製係統的發展曆程 5
1．2 DCS典型産品及特點 9
1．3 分散控製係統的發展趨勢 12
1．4 現場總綫概述 15
1．4．1 現場總綫的産生 15
1．4．2 現場總綫的特點 16
1．4．3 現場總綫的發展趨勢 17
1．5 思考題 17
第2章 DCS的通信網絡係統 18
2．1 網絡和數據通信原理 18
2．1．1 通信網絡係統的基本組成 18
2．1．2 基本概念及術語 19
2．1．3 工業數據通信 21
2．1．4 數據交換方式 22
2．1．5 信道 23
2．1．6 差錯控製 26
2．2 數據通信係統結構 30
2．2．1 通信係統的結構 31
2．2．2 通信網絡的拓撲結構 32
2．3 DCS中的控製網絡標準和協議 33
2．3．1 協議的參考模型 33
2．3．2 物理層協議 34
2．3．3 鏈路層協議 35
2．3．4 網絡層協議 36
2．3．5 傳輸層和會話層協議 37
2．3．6 高層協議 38
2．3．7 網絡設備 39
2．4 本章小結 42
2．5 思考題 43
第3章 DCS的過程控製站 44
3．1 DCS的體係結構 44
3．2 過程控製站的結構 50
3．3 基本控製單元 53
3．3．1 基本控製單元硬件 54
3．3．2 基本控製單元軟件 81
3．3．3 基本控製單元的可靠性措施 92
3．4 本章小結 96
3．5 思考題 97
第4章 運行員操作站 98
4．1 運行員操作站的結構 98
4．2 MMI基本功能 101
4．3 記錄與報錶 110
4．4 曆史數據庫檢索及處理 111
4．5 其他類型的人機接口 111
4．6 人機接口的發展介紹 112
4．7 本章小結 113
4．8 思考題 113
第5章 工程師站與組態軟件 114
5．1 工程師站在DCS中的作用 114
5．2 工程師站的組成 117
5．3 工程師站在DCS中所處的地位 117
5．4 係統組態 118
5．4．1 組態軟件 118
5．4．2 係統組態與其他設計方法的區彆 120
5．4．3 過程控製站的組態 120
5．4．4 運行員操作站的組態 124
5．4．5 組態的在綫調試 126
5．5 MACS的應用組態流程 127
5．6 本章小結 129
5．7 思考題 130
第6章 DCS的性能指標與評價 131
6．1 分散控製係統的性能指標簡要介紹 131
6．2 分散型控製係統的評價準則 133
6．2．1 可靠性與經濟性評價 134
6．2．2 技術性能評價 139
6．2．3 使用性能評價 141
6．2．4 控製係統軟件可靠性及評價 142
6．3 DCS的選擇原則 145
6．4 本章小結 146
6．5 思考題 146
第7章 現場總綫控製係統 147
7．1 現場總綫及現場總綫控製係統的定義 147
7．2 DCS、PLC與FCS 148
7．3 幾種典型的現場總綫 149
7．3．1 Profibus現場總綫 149
7．3．2 CAN總綫 151
7．3．3 基金會現場總綫 152
7．3．4　LonWorks總綫 155
7．4 現場總綫控製係統的構成 157
7．5 設計現場總綫控製係統的方法 159
7．6 現場總綫控製係統的組態 161
7．7 現場總綫控製係統的調試與維護 163
7．8 本章小結 164
7．9 思考題 164
第8章 現場總綫通信係統 165
8．1 現場總綫通信係統概述 165
8．1．1 現場總綫通信係統與ISO/OSI參考模型的關係 165
8．1．2 Profibus現場總綫通信係統的主要組成部分 167
8．2 Profibus物理層 167
8．2．1 Profibus-DP的RS-485傳輸 168
8．2．2 Profibus-DP的光縴傳輸 170
8．3 Profibus數據鏈路層 171
8．3．1 Profibus介質訪問控製 171
8．3．2 Profibus報文格式 172
8．3．3 Profibus地址編碼方式 174
8．3．4 Profibus數據鏈路層提供的服務 175
8．4 Profibus應用層 176
8．5 Profibus用戶層 178
8．5．1 Profibus-DP用戶層概述 178
8．5．2 DDLM功能 179
8．5．3 用戶接口 180
8．5．4 Profibus-DP行規 181
8．6 本章小結 181
8．7 思考題 182
第9章 現場總綫設備 183
9．1 現場總綫設備的分類與特點 183
9．1．1 現場總綫設備的分類 183
9．1．2 現場總綫設備的特點 184
9．2 現場總綫差壓變送器 185
9．2．1 概述 185
9．2．2 工作原理 186
9．3 現場總綫溫度變送器 188
9．3．1 概述 188
9．3．2 工作原理 188
9．3．3 溫度檢測元件 189
9．4 現場總綫閥門定位器 191
9．4．1 概述 191
9．4．2 工作原理 191
9．5 現場總綫電動執行器 193
9．5．1 概述 193
9．5．2 工作原理 193
9．6 現場總綫-氣壓轉換器 194
9．6．1 概述 194
9．6．2 工作原理 194
9．7 電流-現場總綫轉換器 196
9．7．1 概述 196
9．7．2 工作原理 196
9．7．3 安裝和校驗 197
9．8 現場總綫-電流轉換器 198
9．8．1 概述 198
9．8．2 工作原理 198
9．9 現場總綫接口類設備 199
9．9．1 概述 199
9．9．2 工作原理 200
9．9．3 安裝與維護 201
9．9．4 其他總綫接口設備 202
9．10 現場總綫電源類設備 203
9．10．1 概述 203
9．10．2 工作原理 204
9．11 現場總綫附件類設備 205
9．12 本章小結 206
9．13 思考題 207
下篇 工程應用篇
第10章 DCS的工程設計 210
10．1 DCS的應用設計與實施的一般過程 210
10．2 DCS總體設計 211
10．2．1 可行性研究設計及總體設計 211
10．2．2 DCS初步設計 211
10．2．3 施工圖詳細設計 214
10．3 DCS係統的工程化設計 217
10．4 DCS的組態與調試 219
10．5 分散型控製係統的安裝與驗收 219
10．6 電加熱鍋爐溫度控製工程案例 220
10．6．1 係統概述 220
10．6．2 係統的初步設計 220
10．6．3 電加熱鍋爐控製方案的確定 222
10．7 MACS在空分行業中對氧氣的恒壓控製 229
10．8 本章小結 234
10．9 思考題 234
第11章 FCS的工程設計 235
11．1 FCS的工程設計原則 235
11．2 FCS的工程設計方法 236
11．3 FCS控製係統的設計過程 237
11．3．1 總體方案設計 238
11．3．2 控製係統的初步設計 240
11．4 FCS的工程控製係統的應用舉例 240
11．4．1 設計概述 240
11．4．2 係統網絡拓撲結構及參數配置 241
11．4．3 係統硬件設計 244
11．4．4 係統軟件設計 249
11．4．5 係統抗乾擾措施 254
11．5 本章小結 256
11．6 思考題 256
附錄A 新一代DCS的體係結構和技術特點 258
A．1 促進新一代DCS形成的原因 258
A．2 新一代DCS的體係結構 259
A．3 新一代DCS的主要功能和技術特徵 262
參考文獻 270

前言/序言

數字化浪潮下的工業脈搏：智能製造的關鍵基石 在當今飛速發展的科技時代，工業生産正經曆著一場深刻的變革。從流水綫上精準協作的機器人，到後颱數據分析驅動的決策優化，數字化、智能化已不再是遙遠的願景，而是驅動現代工業發展的核心引擎。在這場變革的浪潮中，一種強大的技術力量正在悄然重塑著工業控製的格局，它以極高的效率、可靠性和靈活性，為製造業的智能化升級注入瞭澎湃動力，這便是以先進控製係統為代錶的工業自動化解決方案。 一、 工業自動化的演進：從集中到分布式，再到網絡化 迴溯工業自動化的發展曆程，我們可以清晰地看到一條從集中式控製嚮分布式、網絡化控製演進的軌跡。早期，傳統的集中式控製係統（CCS）是主流。在一個龐大的控製中心，集中的PLC（可編程邏輯控製器）或微機負責處理來自現場的所有信號，並發齣控製指令。這種模式在結構上相對簡單，易於理解和維護，但其固有的缺陷也日益凸顯： 單點故障風險高： 任何一個核心控製單元的故障都可能導緻整個生産綫的癱瘓，一旦發生問題，修復過程往往漫長而復雜。 布綫復雜且成本高昂： 大量的模擬信號和數字信號需要從遍布工廠的傳感器和執行器傳輸到中央控製室，這不僅耗費瞭大量的綫纜資源，更增加瞭安裝和維護的難度。 靈活性和擴展性差： 生産綫的改造和升級需要對中央控製係統進行大規模的調整，難以適應快速變化的市場需求。 信息共享受限： 現場數據難以實時、高效地傳遞到其他部門或更高層級的管理係統，限製瞭生産過程的透明度和整體優化。 隨著技術的發展，分布式控製係統（DCS）應運而生，成為工業自動化領域的重要裏程碑。DCS打破瞭傳統集中控製的束縛，將控製功能分散到各個區域或生産單元，形成一個由多個獨立但相互協作的控製站點組成的網絡。這種分布式架構帶來瞭顯著的優勢： 提高係統的可靠性和容錯性： 單個控製站點的故障不會影響整個係統的運行，大大降低瞭因設備故障導緻的生産中斷風險。 簡化布綫，降低成本： 控製功能下移，信號傳輸距離縮短，減少瞭長距離布綫帶來的問題。 提升係統的靈活性和可擴展性： 新增或改造生産單元時，隻需在局部增加或調整控製站點，無需對整個係統進行大動乾戈。 促進信息集成： DCS能夠實現區域內甚至跨區域的信息共享，為實現更高級彆的生産管理和決策提供瞭可能。 DCS的齣現極大地提升瞭工業生産的自動化水平和運行效率，尤其在大型、復雜流程工業領域，如石油化工、電力、製藥等，DCS展現齣瞭其無可比擬的優勢。然而，伴隨著信息化的深入推進，對更廣泛、更深入的互聯互通的需求也日益迫切。傳統DCS在現場設備層麵的通信能力，以及與上層信息係統（如MES、ERP）的集成深度，仍然存在進一步優化的空間。 二、 現場總綫控製係統（FCS）的崛起：定義工業通信的新標準 正是在這樣的背景下，以現場總綫技術為核心的現場總綫控製係統（FCS）應勢而生，它代錶著工業自動化控製嚮更高級、更智能化的方嚮邁齣瞭關鍵一步。現場總綫技術的核心在於，它將原本在集中式或分布式控製係統中用於傳輸模擬信號和數字信號的點對點通信方式，轉變為一種多點、串行、數字化的總綫通信方式。 簡單來說，傳統的控製係統就像一個電話網絡，每個傳感器和執行器都有一條獨立的電話綫連接到“電話局”（控製器）。而現場總綫則像一個高速公路網絡，所有的傳感器、執行器和控製器都連接到這條“公路”上，通過一種標準化的“語言”（通信協議）進行雙嚮、實時的信息交換。 FCS的齣現，徹底改變瞭工業現場的連接方式，其顛覆性的創新體現在以下幾個方麵： 1. 數字信號的全麵應用： FCS取消瞭大量模擬信號的傳輸，將所有現場設備都升級為具有數字通信能力的智能儀錶和執行器。這意味著信號在傳輸過程中不再受模擬信號容易受乾擾、精度下降等問題的睏擾，能夠實現更精確、更可靠的測量和控製。 2. 一體化的數據傳輸： 通過現場總綫，傳感器不僅能夠傳輸測量值，還可以同時傳輸設備的運行狀態、診斷信息、校準數據、配置參數等豐富的診斷和維護信息。這極大地提高瞭設備的可見性，為預測性維護和故障診斷提供瞭強大的支持。 3. 網絡化、開放化的通信架構： FCS采用標準化的通信協議（如PROFIBUS, Foundation Fieldbus, CC-Link等），打破瞭不同廠商設備之間的通信壁壘。這使得用戶能夠自由選擇不同廠商的設備，構建更加靈活、開放的係統，並易於與上層信息係統進行集成。 4. “智能”下移的控製理念： FCS將部分控製功能從傳統的中央控製器下移到現場設備本身，實現瞭“分布式智能”。這意味著現場設備可以根據總綫上傳輸的指令，執行更復雜的控製邏輯，減少瞭對中央控製器的依賴，提高瞭係統的響應速度和魯棒性。 5. 顯著的工程設計和維護優勢： 簡化布綫，大幅降低安裝成本： 傳統的“一點一根綫”的布綫方式被“一根總綫連接多個設備”所取代，綫纜數量銳減，安裝復雜度大大降低，人工和材料成本也隨之節省。 標準化安裝和配置： 現場總綫設備采用標準化的接口和協議，安裝和配置過程更加簡單快捷，減少瞭人為錯誤。 集中式診斷和維護： 通過總綫，可以集中監控所有現場設備的狀態，實現遠程診斷和維護，大大縮短瞭故障排除時間，降低瞭維護成本。 易於升級和擴展： 在總綫上增加新的設備或修改控製策略，操作更加便捷，係統的可擴展性得到極大提升。 三、 FCS與DCS的融閤與協同：構建更強大的工業神經係統 值得強調的是，FCS並非是對DCS的完全取代，而是一種技術上的演進和集成。在許多現代化的DCS係統中，現場總綫技術已經被廣泛集成，成為DCS不可或缺的一部分。一個先進的DCS係統，其底層往往會采用現場總綫技術來連接和管理大量的現場設備。 可以將DCS理解為一個更高級彆的“大腦”和“神經中樞”，負責整個生産過程的宏觀調度、高級控製策略的製定、生産計劃的執行以及與企業其他管理係統的集成。而FCS則構成瞭這個“大腦”的“神經網絡”，負責將海量的現場信息高效、準確地傳遞給“大腦”，並執行“大腦”下達的指令。 這種DCS與FCS的有機融閤，共同構建瞭一個強大、高效、智能的工業控製係統，為實現以下目標提供瞭堅實的基礎： 全麵數字化工廠： 實現從現場傳感器到企業管理層級的端到端數字化，打通信息孤島。 精益生産： 通過實時數據分析，優化生産流程，提高生産效率，降低能源消耗和浪費。 智能化決策： 基於精準的數據，實現更科學、更及時的生産決策，提升市場響應能力。 預測性維護： 實時監控設備狀態，預測潛在故障，提前進行維護，避免非計劃停機。 本質安全： 更準確的測量和控製，以及更豐富的診斷信息，有助於提高生産過程的安全性。 四、 結語：擁抱變革，賦能未來 在數字化轉型浪潮席捲全球的今天，先進的控製係統，特彆是以現場總綫技術為代錶的FCS，已成為工業企業提升競爭力、實現智能化製造的關鍵賦能者。它們不僅是工業自動化技術的進步，更是對傳統生産模式的顛覆和重塑。理解和掌握這些先進的控製係統，擁抱其帶來的變革，是每一個渴望在未來工業競爭中立於不敗之地的企業和個人必須邁齣的堅實步伐。它們是支撐現代工業脈搏跳動的強大力量，是驅動智能製造走嚮現實的堅實基石。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計》這個書名時，我的腦海中立刻浮現齣工業自動化領域那些錯綜復雜的控製綫路和龐大的係統架構。作為一名行業新人，我迫切地希望找到一本能夠清晰地解釋DCS和FCS基本原理的書籍，並希望它能詳細介紹實際工程設計過程中的每一個步驟。我特彆關注的是“現場總綫”這個概念，它究竟是如何實現現場設備與控製係統之間高效、可靠通信的？書中是否會深入解析不同現場總綫標準（如PROFIBUS, Foundation Fieldbus, Modbus等）的特點和區彆？此外，“工程設計”部分是否會包含係統冗餘配置、安全聯鎖設計、故障診斷與處理等關鍵議題？我希望這本書能像一位經驗豐富的導師，循序漸進地引導我認識和掌握這些復雜的概念，並能提供一些實際的項目經驗和技巧，幫助我更好地理解這些技術在不同工業場景中的應用，例如流程工業、電力係統或者製造業。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題讓我對分布式控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計這幾個關鍵領域産生瞭濃厚的興趣。我一直在尋找一本能夠深入淺齣地講解這些技術的書籍，尤其是在當今工業自動化日益普及的背景下，理解DCS和FCS的原理、架構以及它們在實際工程中的應用至關重要。這本書的命名似乎涵蓋瞭我所期望的知識點，從基礎概念到具體的工程實踐，我希望它能提供一個全麵的視角。我特彆關注的是“工程設計”這個部分，這意味著它不僅僅會停留在理論層麵，更會涉及實際項目的設計、實施、調試和維護的流程。作為一名對自動化技術充滿熱情的研究者，我希望這本書能夠為我提供紮實的理論基礎和豐富的實踐指導，幫助我更好地理解和掌握先進的控製係統技術，並在未來的工作中加以運用。同時，我也期待這本書能夠對不同類型的DCS和FCS進行對比分析，突齣它們各自的優缺點以及適用場景，從而幫助我做齣更明智的技術選擇。

評分☆☆☆☆☆

最近有幸接觸到一本關於《分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計》的書籍，標題就足夠吸引人。作為一名在自動化領域摸爬滾打多年的工程師，我深知DCS和FCS在現代工業生産中的核心地位。從最初簡單的PLC控製，到如今復雜的分布式和現場總綫架構，技術的進步著實令人驚嘆。這本書的齣現，仿佛為我打開瞭一扇新的大門，讓我能夠更係統地梳理和理解這些技術的發展脈絡。我尤其關注書中可能對“工程設計”部分的深入探討，這往往是理論與實踐之間最關鍵的橋梁。希望它能詳細闡述如何從項目的需求齣發，進行係統選型、硬件配置、軟件組態、網絡設計，乃至最終的係統集成和調試。對於一些復雜的工藝流程，如何利用DCS和FCS實現高效、可靠的控製，書中是否能提供一些經典的案例和設計思路，將是衡量其價值的重要標準。我對這本書充滿瞭期待，希望能從中獲得寶貴的知識和經驗，進一步提升我在工程設計方麵的能力。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的標題《分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計》來看，它似乎是一個非常適閤想要深入瞭解工業自動化控製係統領域的讀者。我一直在尋找一本能夠提供關於DCS和FCS全麵知識的書籍，並且重點關注它們的工程設計方麵。我期待書中能夠詳細介紹DCS和FCS的體係結構、功能特點，以及它們在現代工業生産中的具體應用。我尤其關注“工程設計”這一部分，因為這涉及到如何將理論知識轉化為實際項目，包括係統的規劃、選型、組態、集成和調試等關鍵環節。我希望這本書能夠提供一些實用的方法和技巧，幫助我理解如何根據不同的工業過程需求，設計齣高效、可靠、安全的控製係統。如果書中能夠包含一些實際案例分析，那就更好瞭，能夠讓我更直觀地理解這些技術的應用價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名稱《分散控製係統（DCS）和現場總綫控製係統（FCS）及其工程設計》吸引瞭我的注意，因為它觸及瞭工業自動化領域中兩個非常核心且相互關聯的技術。我一直對DCS的分布式架構如何實現更靈活、更可靠的控製很感興趣，同時也對FCS如何通過總綫技術實現設備之間的直接通信感到好奇。更重要的是，標題中“工程設計”的字眼，錶明這本書不僅僅會講解理論，還會深入到實際的項目實施層麵。我希望能從書中瞭解到DCS和FCS在不同工業領域的應用案例，比如它們如何應用於石油化工、電力、冶金等行業。此外，對於工程設計部分，我期待能夠看到關於係統集成、網絡配置、安全策略、診斷維護等方麵的詳細闡述。我希望這本書能夠提供一種係統化的學習路徑，幫助我理解從係統概念到實際落地的全過程，成為我學習和工作中不可或缺的參考。

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喜歡書，希望能吃透。

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書沒問題，內容沒大用