第1章概述1

1.1集散控制繫統基本概念1

1.1.1集散控制繫統的發展歷史1

1.1.2集散控制繫統的基本結構3

1.2集散控制繫統特點4

1.2.1集散控制繫統定義4

1.2.2集散控制繫統特點6

1.3集散控制繫統的展望9

1.3.1信息化和扁平化9

1.3.2網絡化12

1.3.3現場總線和無線網絡17

1.3.4功能安全20

1.3.5虛擬化技術和雲計算21

1.3.6標準化24

1.3.7軟件定義25

思考題31



第2章集散控制繫統構成32

2.1集散控制繫統的體繫結構32

2.1.1集散控制繫統的各層功能32

2.1.2集散控制繫統基本構成33

2.1.3集散控制繫統的結構特征35

2.1.4現場總線控制繫統基本構成36

2.2集散控制繫統的構成示例40

2.2.1Experion PKS繫統40

2.2.2Foxboro Evo過程自動化繫統51

2.2.3Delta V繫統57

2.2.4AbilityIT繫統64

2.2.5ECS-700繫統68

2.3集散控制繫統的構成特點73

2.3.1分散過程控制裝置構成的特點73

2.3.2操作管理裝置構成的特點76

2.3.3通信繫統構成的特點77

思考題81



第3章集散控制繫統性能評估82

3.1可靠性82

3.1.1可靠性和可靠性指標82

3.1.2可靠性計算83

3.1.3可維修性85

3.1.4提高可靠性的措施87

3.2易操作性89

3.2.1操作透明度89

3.2.2易操作性90

3.2.3容錯技術91

3.3可組態性92

3.3.1組態92

3.3.2組態語言96

3.3.3標準編程語言98

3.4集散控制繫統的其他性能指標100

3.4.1可擴展性100

3.4.2實時性102

3.4.3環境適應性105

3.4.4開放性107

3.4.5經濟性108

3.4.6安全性110

思考題116



第4章集散控制繫統的控制算法和控制組態117

4.1集散控制繫統的數據處理117

4.1.1數據處理過程117

4.1.2非線性補償處理120

4.1.3儀表繫數的處理121

4.2集散控制繫統的控制算法121

4.2.1數字PID控制算法121

4.2.2集散控制繫統中的先進控制繫統及其實現125

4.2.3集散控制繫統中順序邏輯控制和批量控制的實現140

4.2.4集散控制繫統中優化控制的實現152

4.3現場總線控制繫統的模塊154

4.3.1模塊類型和參數154

4.3.2現場總線設備的功能模塊157

4.3.3現場總線功能模塊組態應用示例170

思考題172



第5章集散控制繫統的工程設計174

5.1圖形符號和文字符號174

5.1.1功能圖描述符號174

5.1.2分散控制、共用顯示、邏輯和計算機繫統的設計符號176

5.1.3過程顯示圖形符號和文字符號180

5.1.4設計符號的應用示例180

5.1.5現場總線設備連接圖185

5.2集散控制繫統的工程設計187

5.2.1工程設計中有關專業之間的相互關繫187

5.2.2工程組態189

5.2.3控制室的設計195

5.2.4電源繫統設計197

5.2.5接地和防雷繫統的設計197

5.2.6電磁兼容性和抗電磁干擾的設計199

5.2.7功能安全設計201

5.3繫統升級和遷移204

5.3.1提高集散控制繫統的應用水平204

5.3.2集散控制繫統的升級209

5.3.3集散控制繫統的遷移210

思考題211



第6章集散控制繫統的人機界面212

6.1人機界面基本概念212

6.1.1人機交互212

6.1.2人機界面實施方法215

6.1.3集散控制繫統中的人機界面218

6.2集散控制繫統的操作221

6.2.1顯示屏操作方式222

6.2.2集散控制繫統的監控229

6.2.3集散控制繫統的控制組態236

6.2.4維護和繫統畫面243

6.2.5畫面動畫效果245

6.3數據庫247

6.3.1數據庫基礎知識247

6.3.2關繫數據庫248

6.3.3實時數據庫252

6.3.4面向對像的數據庫256

6.4信息管理258

6.4.1智能設備管理繫統258

6.4.2制造運營管理和企業資源計劃262

思考題270



第7章集散控制繫統的數據通信271

7.1數據通信基本概念271

7.1.1計算機網絡271

7.1.2數據通信271

7.1.3通信媒體共享技術273

7.1.4數據交換技術273

7.1.5差錯控制和流量控制273

7.1.6擴頻技術274

7.2集散控制繫統的網絡標準275

7.2.1國際標準化組織ISO制定的國際標準OSI參考模型275

7.2.2MAP制造自動化協議276

7.2.3現場總線標準277

7.2.4OPC UA標準279

7.3集散控制繫統中應用的網絡協議282

7.3.1EIA RS-232和RS-485標準接口282

7.3.2工業以太網283

7.3.3現場總線通信協議284

7.3.4無線通信協議285

7.3.5實時以太網288

7.4工業互聯網技術292

7.4.1工業4.0292

7.4.2工業互聯網297

思考題311



第8章集散控制繫統應用示例312

8.1EPKS集散控制繫統的工業應用312

8.1.1EPKS繫統在蠟油加氫裝置的應用312

8.1.2先進控制在延遲焦化裝置的應用313

8.2Foxboro Evo集散控制繫統的工業應用315

8.2.1Foxboro I/A S繫統在汽油調合優化控制繫統的應用315

8.2.2Foxboro I/A S繫統在煉油廠蒸餾裝置中的應用316

8.3DeltaV集散控制繫統的工業應用317

8.3.1DeltaV繫統在丙烯酸及酯裝置的應用317

8.3.2DeltaV繫統在聚氯乙烯生產中的應用319

8.4Ability集散控制繫統的工業應用320

8.4.1Ability集散控制繫統在水泥生產中的應用320

8.4.2Ability集散控制繫統在離子膜燒堿生產裝置中的應用322

8.5ECS-700集散控制繫統的工業應用323

8.5.1ECS-700集散控制繫統在高透成型紙生產中的應用323

8.5.2ECS-700集散控制繫統在空分裝置中的應用325



參考文獻327

本書1995年版出版，2002年第二版出版，2009年第三版出版，本教材已多次重印，印數達數萬，得到廣大讀者的關注與認可。2009年第三版教材被*定為普通高等教育“十一五”規劃教材。

本教材第三版出版以來，雖然集散控制繫統基本架構沒有很大改變，但根據集散控制繫統的分散控制、集中管理的特點，近年來在向下和向上兩個方向都有很大發展，為此重新修訂教材。近年來隨著現場總線控制繫統的應用，無線移動通信技術獲得飛速發展，先後發布ISA SP100、WirelessHART、WIA-PA及OneWireless等無線網絡的標準，其中，WIA-PA是我國開發的具有自主知識產權的用於工業過程自動化的無線網絡。隨著現場總線控制繫統的應用，讀者希望有更多的現場總線功能模塊的介紹。

隨著企業管理功能的增強，移動通信、大數據和雲計算、虛擬化技術和工業互聯網等技術的發展，對集散控制繫統也有不小影響。尤其是2015年我國提出《國家智能制造標準體繫建設指南》，一些集散控制繫統供應商也相繼推出各自的工業互聯網平臺，將集散控制繫統的大量數據作為工業互聯網的基本數據，用於大數據分析、雲計算、虛擬化技術等應用。德國提出工業4.0後，讀者也希望能夠了解更多的有關我國和其他國家的有關應對措施。為便於廣大讀者了解集散控制繫統近年的進展，本版的內容除保持前面各版的特點外，對原教材中的內容做了較大修改和增刪。主要修改和增刪的內容如下。

① 增加現場總線控制繫統功能模塊、現場總線通信和無線通信等方面的內容。

② 增加集散控制繫統與現場總線控制繫統結合的新型集散控制繫統產品的構成示例。

③ 根據ISA SP95，對PCS、MOM和ERP及企業管理繫統等內容進行介紹。

④ 介紹OPC UA及OPC UA TSN的有關架構和體繫等內容。OPC UA將是連接第三方應用的重要軟件，而TSN是OT和IT融合的時間敏感網絡。

⑤ 面向過程的程序設計語言已經向面向對像程序設計語言進展，因此增加面向對像程序設計語言的有關內容，如封裝、類和方法、接口、多態和繼承等。

⑥ 隨著網絡應用的開放和擴展，對網絡通信繫統提出網絡安全和信息安全的要求，為此，介紹了網絡信息安全等內容，如信息安全等級、網絡安全體繫架構等。針對儀表安全繫統的應用，增加了功能安全等內容。

⑦ 刪除不常用的網絡協議，增加了實時以太網（提出時間確定性概念、介紹五類常用實時性現場總線網絡等）、無線通信、時間敏感網絡TSN、工業互聯網等內容，同時，對雲計算（包括IaaS、PaaS、SaaS）、邊緣計算、虛擬化技術、大數據分析、軟件定義等熱點問題進行介紹。

⑧ 介紹德國RAMI4.0、美國NIST的SMS、日本IVI和我國IMSA的國家智能制造標準體繫等，並討論各自特點。

⑨ 人機交互技術在集散控制繫統中得到廣泛應用，為此，刪除了儀表盤顯示的內容，對人機交互繫統的WIMP技術、實時數據庫、面向對像的數據庫等內容進行介紹，並增加了信息管理的有關內容。

 針對工業互聯網的發展，介紹了工業互聯網體繫架構、雲計算、工業互聯網功能架構、關鍵技術、虛擬化技術、工業大數據、大數據技術參考架構等，並介紹了五個集散控制繫統供應商提供的工業互聯網平臺應用示例等。

為便於熟悉教材的有關內容，本書提供習題和思考題。根據教師的反饋意見，本版為使用本教材的教師提供約470頁的PPT課件，特別是提供了有關圖表。PPT課件可在化學工業出版社教學資源網www.cipedu.com.cn上免費下載。

本書共分8章。第1章概述討論集散控制繫統的特點，以及它的過去、現在和發展趨勢。第2章討論集散控制繫統的構成，介紹五種典型集散控制繫統產品的構成，並分析分散過程控制裝置、操作和管理裝置和通信繫統的基本構成。第3章介紹集散控制繫統的性能評估。第4章分析集散控制繫統的控制算法和控制組態，並提供了不同控制繫統的應用示例。第5章介紹集散控制繫統的工程設計，討論集散控制繫統選型和評估問題。第6章介紹集散控制繫統的人機界面和集散控制繫統的操作。第7章討論集散控制繫統的數據通信，包括數據通信的基本概念、網絡標準、網絡通信協議、工業互聯網等。第8章是集散控制繫統在工業控制領域的應用示例。

本教材由黃海燕、餘昭旭、何衍慶編著。本教材的編寫工作得到華東理工大學信息科學與工程學院、科洋科技股份有限公司等單位的積極支持和幫助，錢鋒、周人、王慧鋒、侍洪波、孫自強、王華忠、餘新華、施赟雅、蔣臻、阮曉辰、黃士玥、孫士超、周漪、王吉英、宋怡菁等給予熱情指導和關懷。彭瑜、石明根、武麗英、何尊青、俞金壽、吳勤勤、黃道、顧幸生、張雪申、邱宣振、吳堅剛、王強、瀋建平、盧煥青、李進、瀋偉願、戴自祥、顧玨、江琦、嚴偉達、李燕、陳慶、李成傑、石慧、龍卷海、陳佳等提供了大量資料和關心幫助。此外，何乙平、王朋、陳積玉、洪光明、湯荔娟、範秀蘭、陳天成、馮保羅、杭一飛、楊潔、王為國等也提供了不少幫助。本書的出版還得到化學工業出版社的大力支持和幫助，謹在此一並表示衷心感謝和誠摯謝意。在編寫過程中，參考了有關專業書籍和產品說明書，在此向有關作者和單位表示衷心感謝。也對使用和閱讀本教材的教師、學生和有關技術人員及提供反饋意見的有關人員表示衷心感謝。

由於編著者水平所限，不足之處在所難免，懇請前輩和廣大讀者不吝指正。



編著者