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1.1 自动控制的开端与发展1

1.1.1 自动控制沿革1

第1章　过程控制简史1

1.1.2 工业革命与自动控制的兴起2

1.1.3　控制论与微分方程2

1.1.4　稳定性理论2

1.1.6 频域分析3

1.1.7 世界大战与经典控制3

1.1.5 系统科学3

1.1.8 空间／计算机时代和现代控制4

1.1.9 数字控制与滤波理论4

1.1.10 经典控制与现代控制5

1.2　过程控制的形成6

1.2.1 过程与过程控制7

1.3　过程控制的发展8

1.3.1 前经典时期的过程控制（1900～1939）8

1.3.2 经典时期的过程控制（1940～1959）10

1.4.1 直接数字控制11

1.4　现代过程控制系统11

1.4.2 数字控制的发展壮大12

1.4.3 进入数字化及信息化时代13

第2章　过程控制系统体系16

2.1　传统过程控制系统体系16

2.1.1 现场级16

2.1.2 控制级16

2.1.3　操作及过程管理级16

2.2.1 微处理器与过程控制17

2.2　发展了的过程控制系统体系17

2.2.2 智能仪表及现场总线仪表18

2.2.3　数字控制器19

2.2.4　计算机HMI及管理系统22

2.2.5 工业控制及管理网络24

第3章　过程控制系统的结构要素26

3.1　过程现场级结构要素26

3.1.1 现场检测元件与变送器26

3.1.2 压力测量26

3.1.3 液位测量29

3.1.4 温度测量30

3.1.5 流量测量33

3.1.6 大机组监测仪表43

3.1.7 分析仪表45

3.1.8 智能变送器与现场总线仪表55

3.1.9　软传感器56

3.1.10 调节阀56

3.1.11 电动仪表的安全防爆59

3.2　监视、控制级结构要素60

3.2.1　模拟调节器60

3.2.2　单元组合仪表60

3.2.5　现场监视站61

3.2.6　PLC与ESD站61

3.2.3 单、多回路数字调节器61

3.2.4　DCS控制站61

3.3　操作、管理级结构要素62

3.3.1　PC机操作站62

3.3.2　小型机组态、管理站62

3.4　网络与通信62

3.4.1 早期通信方式63

3.4.2 网络基础63

3.4.3 网络参考模型与通信栈65

3.4.4 通信模型67

3.4.5　数据传输方式68

3.4.6　信息在旅途69

3.4.7 过程控制常用的数据链路层协议70

3.4.8 应用工业以太网72

3.5　支持软件要素74

3.5.1 系统软件74

3.5.2 编程语言80

3.5.3　基本应用软件80

3.5.4　HMI软件81

3.5.5 组态软件82

3.6　高层软件82

3.6.1　先进控制软件82

3.6.2　PID参数自整定软件82

3.6.3　CIMS、CIPS和MES83

3.6.4　ERP83

第4章 集散型控制系统DCS84

4.1　DCS概述84

4.1.2 工程师站85

4.1.1 现场控制站85

4.1.3 操作员站86

4.1.4 系统服务器86

4.1.5 系统网络86

4.1.6 高层管理网络86

4.1.7　其他功能站87

4.2　主控制器（MCU）87

4.2.1　MCU的基本组成87

4.3.1　AI设备的基本原理88

4.3　模拟量输入设备（AI）88

4.2.3　MCU的技术指标及试验方法88

4.2.2　MCU的冗余配置88

4.3.2　AI设备的技术指标及试验方法89

4.4　模拟量输出设备（AO）94

4.4.1　AO设备的基本原理94

4.4.2 AO设备的技术指标及试验方法94

4.5　开关量输入设备（DI）95

4.5.1　DI设备的基本原理95

4.5.2　DI设备的技术指标及试验方法95

4.7.1　DO设备的基本原理96

4.7　开关量输出设备（DO）96

4.6 SOE输入设备（SOE）96

4.6.1 SOE设备的基本原理96

4.6.2 SOE设备的技术指标及试验方法96

4.7.2　DO设备的技术指标及试验方法97

4.8　脉冲量输入设备（PI）97

4.8.1　PI设备的基本原理97

4.8.2　PI设备的技术指标97

4.9 电源设备97

4.9.1 AC/DC转换器97

4.9.4 电源的有关指标98

4.9.2　UPS98

4.9.3　双路AC供电98

4.10　组态维护与人机接口设备99

4.10.1 显示设备99

4.10.2 人机界面的输入设备100

4.10.3 操作员站和工程师站主机100

4.10.4 系统服务器100

4.11.1 可靠性基本概念和术语101

4.10.5　打印机101

4.11　硬件系统的可靠性与环境适应性101

4.11.2　环境适应性105

4.11.3 电磁兼容性和抗干扰技术109

4.11.4 防雷击113

第5章　DCS软件116

5.1　DCS主要功能的描述116

5.1.1　DCS最主要的功能——回路控制功能116

5.1.2　DCS的先进控制功能116

5.2　DCS控制站软件117

5.2.1　DCS控制站软件的功能及其工作过程117

5.1.3　DCS的顺序控制和逻辑控制功能117

5.1.4　DCS的其他功能117

5.2.2 控制站实时数据组织和任务管理119

5.2.3　控制站的信号输入／输出处理软件121

5.2.4　控制器的功能执行软件126

5.3　人机界面（HMI）软件135

5.3.1 人机界面软件体系135

5.3.2　操作系统135

5.3.3　DCS操作员站功能136

5.4　DCS管理服务器软件139

5.4.1　I/O服务器的功能140

5.4.2　报警服务器的功能140

5.4.3　事件服务器的功能141

5.4.4 历史服务器的功能142

5.4.5 计算服务器的功能142

5.5　系统自诊断和故障切换142

5.6.1 图形页面组态功能设计143

5.6　工程师站组态软件143

5.6.2　数据库组态145

5.6.3　报表组态功能145

5.6.4　控制算法组态146

5.7　先进控制及高层应用软件146

第6章　PLC及ESD控制系统149

6.1 PLC的历史背景149

6.2　PLC的工作原理150

6.2.1 扫描150

6.3　PLC的结构与系统151

6.2.3 中断控制方式151

6.2.2 时钟控制方式151

6.4　PLC智能组件153

6.5　PLC输入／输出组件153

6.5.1　PLC输入模件153

6.5.2　PLC输出模件154

6.6　PLC电源155

6.7 PLC通信155

6.8.2　编程器的构成及功能156

6.8.1　PLC编程器的发展156

6.8　PLC编程器及其他外围设备156

6.9　PLC编程157

6.9.1　PLC编程语言157

6.9.2　编程的基本概念157

6.9.3　应用编程161

6.10　IEC 61131标准161

6.10.1　概述161

6.10.2　语言特点162

6.10.3 语言类型162

6.10.4　指令表165

6.10.5　结构化文本167

6.10.6　功能块图168

6.10.7 顺序功能图169

6.11　PLC的冗余技术172

6.11.1 双重化系统的功能和运行172

6.11.2 同步运行期间I/O信号的处理173

6.12　传统过程安全保护系统173

6.12.1　沿革173

6.12.2 安全与可用性要求174

6.12.3　安全操作特性和失效分析175

6.12.4　基于硬接线的系统176

6.12.5 用PLC构建的ESD系统177

6.13　安全仪表系统与功能安全178

6.13.1 功能安全180

6.13.2　安全系统性能参数180

6.13.3 安全系统可靠性技术182

6.13.4　容错方式的演进184

6.14.2　Tricon TMR结构187

6.14.1 Tricon安全控制系统187

6.14　基于比较表决的TMR安全控制系统187

6.15 基于自诊断的QMR安全控制系统189

6.15.1 QMR结构的性能189

6.15.2 容错QMR系统的自诊断189

第7章　现场总线控制系统193

7.1　现场总线的定义193

7.1.1 设备总线和传感器总线193

7.1.2 现场总线网络的开放性194

7.2　现场总线标准之争尘埃落定195

7.1.3 现场总线割据的形成195

7.3　现场总线基础197

7.3.1 现场总线通信模型层次197

7.3.2　现场总线术语197

7.3.3　现场总线相关设备199

7.3.4 现场总线的选择199

7.4　工业以太网e网到底？200

7.5　DCS前途多变201

7.7.1　基金会现场总线与OSI模型202

7.7　基金会现场总线技术概述202

7.6　走近基金会现场总线202

7.7.2　物理层203

7.7.3 高速以太网205

7.7.4　通信栈205

7.7.5　用户层212

7.8　网络管理和系统管理220

7.8.1 网络管理220

7.8.2 系统管理220

7.9　现场总线技术规范224

7.9.2　FF通信模型类别225

7.9.1 设备描述225

7.9.3　设备描述编译器226

7.9.4　设备描述服务226

7.10　基金会现场总线设备的互操作性227

7.11　HSE高速以太网及其通信栈227

7.11.1 通信栈结构和网络拓扑228

7.11.2　基金会现场总线的冗余技术229

7.11.3 基于PC的基金会现场总线控制系统229

7.12.3 应用工程组态230

7.12.2 离线组态230

7.12　系统组态230

7.12.1 系统设计230

7.13　现场应用调试231

7.14　基金会现场总线的安全技术231

7.15　ProfiBus232

7.15.1　ProfiBus拓扑结构233

7.15.2　ProfiBus协议结构233

7.16　ControlNet234

8.2　SCADA系统的结构236

8.2.1　传统SCADA系统的结构236

8.1　SCADA的起源及意义236

第8章 SCADA236

8.2.2 现代SCADA系统的结构238

8.3　SCADA系统配置和接口240

8.3.1　SCADA系统配置240

8.3.2　SCADA软件和设备接口241

8.4　SCADA功能及应用开发242

8.4.1　基本功能性242

8.4.2　系统功能243

8.4.3　通用SCADA功能245

8.4.4　SCADA系统应用开发248

8.5　SCADA与DCS的区别249

8.6　SCADA的发展251

第9章　OPC技术252

9.1　OPC技术的定义252

9.1.1　COM和DCOM252

9.1.2　OPC基金会253

9.1.3　OPC规范253

9.1.4　OPC的作用254

9.2　OPC对象与接口255

9.3　OPC客户／服务器模式简介258

9.4　OPC DA260

9.4.1 实时数据访问260

9.4.2 数据访问方式260

9.4.3　过程数据的组成261

9.5　OPC AE261

9.5.1 事件的类型261

9.5.2　事件的通知261

9.5.4 与OPC数据访问服务器的关系262

9.5.3　对象和接口262

9.6.1　操作过程案例263

9.6.2　现有设备情况263

9.7　OPC HDA263

9.6　OPC应用说明263

9.8　OPC DX264

9.9　OPC XML266

9.10　现场总线与OPC267

10.1.1 过程控制工程的含义269

10.1.2 过程控制工程的目的、任务和内容269

10.1　过程控制工程的含义及内容269

第10章　过程控制工程269

10.1.3 过程控制工程计算机控制系统发展现状与趋势270

10.2　应用控制系统分析271

10.2.1 应用控制系统分类271

10.2.2 化工行业生产过程的特点272

10.2.3 化工生产过程对象的控制要求和特点273

10.2.4 计算机集成制造系统274

10.3.1 单回路控制系统275

10.3　过程控制系统分析、控制方案设计和工程应用275

10.3.2 串级控制系统280

10.3.3 比值控制系统281

10.3.4 均匀控制系统283

10.3.5　前馈控制系统284

10.3.6　选择性控制系统287

10.3.7　分程控制系统290

10.3.8　先进控制系统291

10.4　应用控制系统的评价与优化293

10.6　过程控制应用水平的分析294

10.5　过程控制应用工程的实施与管理294

参考文献296

附录一 ABB公司产品介绍297

附录二　Foxboro与IPS300

附录三　北京和利时产品介绍304

附录四 欧姆龙与IAB308

附录五 Wonderware产品介绍312

附录六 横河电机DCS技术介绍315

附录七 浙大中控产品介绍318

附录八　霍尼韦尔公司产品介绍322