分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）及其工程设计（第2版）

前 言
 随着计算机技术、通信技术、测量控制技术、信号处理技术、显示技术、大规模集成电路技术、软件技术、人机接口技术及其他高新技术的发展，分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）也得到了相应发展。分散控制系统（DCS）是实现工业自动化和企业信息化*好的系统平台，自引入我国以来，为提高大型工业生产装置的自动化水平做出了突出贡献，成为当今工业过程控制的主流。由于这门技术的发展和更新很快，所以要求技术人员具有计算机使用能力和不断学习的能力。 
 本书十分重视实际控制工程设计能力的培养，从应用角度出发，力求学以致用，力图形成内容简明、集系统性和实用性于一体的通用教材。为此，本书在编写的过程中，注重实际应用方面的需要，着重介绍DCS的概念、原理、结构、设计与实际应用的基本性和通用性，以及FCS定义等，学生通过课堂学习或自学，也能基本掌握DCS的原理及工程设计的方法。
 本书分为上、下两篇。上篇为基础知识篇（第1～9章），主要介绍DCS的知识体系，以及FCS定义等，循序渐进，讲清系统的基本概念、原理、特点及方法，强调理论联系实际，每章后均附有思考与练习，便于读者掌握所学内容。为了使本书成为一本比较实用的DCS和FCS的快速入门教科书，编写时层次较清晰，实用性强。第1章介绍DCS的基本概念和发展；第2章介绍DCS的通信网络系统；第3章着重讲述DCS的过程控制站的相关知识；第4章介绍运行员操作站的相关知识；第5章介绍工程师站与组态软件的相关知识；第6章介绍DCS性能指标与评价和选择方法等；第7章介绍FCS与DCS的区别及FCS的基本构成；第8章介绍现场总线通信系统；第9章介绍现场总线设备的基本情况。
 下篇为工程应用篇（第10章和第11章）。第10章详细介绍DCS工程设计的一般过程，组态、调试及分散系统的安装与验收，并以电加热炉系统和MACS在空分行业中对氧气的恒压控制为例，详细介绍分散控制系统的工程组态设计；第11章介绍FCS工程设计的一般过程及注意事项，着重通过CAN总线介绍现场总线控制系统应用设计实例。
 本书不仅适合自动化系统、电气、计算机网络、自动控制工程等领域的工程技术人员阅读使用，也可作为高等学校自动化、电气工程及自动化等相关专业的本科高年级学生或研究生的教学用书。
 本书由大连工业大学李占英任主编，黑龙江工程学院初红霞任副主编。第1～4章和附录A由初红霞编写，第5～7章和第10章由李占英编写，第8章和第9章由杜娟（黑龙江工程学院）编写，第 11章由于浩洋（黑龙江工程学院）编写，全书由李占英统稿。另外，参加本书编写的还有管殿柱、李文秋、宋一兵、王献红、管玥、徐亮、初润成。本书在编写过程中得到了大连工业大学、杭州和利时公司等的有关同志从各方面给予的热情支持和帮助，在此表示衷心的感谢。
 由于编者水平和实践经验有限，书中错误之处在所难免，恳请读者批评指正。
 编者

系统介绍分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）的应用及工程设计

李占英，工学博士，大连工业大学副教授，“毕昇杯”全国电子创新设计竞赛获特等奖指导教师，完成多项重量、省级科研课题，具有丰富的科研和教学经验。

上篇 基础知识篇 
第1章 绪论 
1.1 分散控制系统概述 
1.1.1 分散控制系统的概念 
1.1.2 DCS的特点 
1.1.3 DCS的发展历程 
1.2 DCS典型产品及特点 
1.3 DCS的发展趋势 
1.4 现场总线概述 
1.4.1 现场总线的产生 
1.4.2 现场总线的特点 
1.4.3 现场总线的发展趋势 
1.5 第四代DCS 
1.5.1 第四代DCS的体系结构 
1.5.2 第四代DCS的技术特点 
第2章 DCS的通信网络系统 
2.1 网络和数据通信原理 
2.1.1 通信网络系统的基本组成 
2.1.2 基本概念及术语 
2.1.3 工业数据通信 
2.1.4 数据交换方式 
2.1.5 信道 
2.1.6 差错控制 
2.2 数据通信系统结构 
2.2.1 通信系统的结构 
2.2.2 通信网络的拓扑结构 
2.3 DCS中的控制网络标准和协议 
2.3.1 协议的参考模型 
2.3.2 物理层协议 
2.3.3 链路层协议 
2.3.4 网络层协议 
2.3.5 传输层和会话层协议 
2.3.6 高层协议 
2.3.7 网络设备 
第3章 DCS的过程控制站 
3.1 DCS的体系结构 
3.2 过程控制站的结构 
3.3 基本控制单元 
3.3.1 基本控制单元硬件 
3.3.2 基本控制单元软件 
3.3.3 基本控制单元的可靠性措施 
3.4 和利时MACS的K系列 
3.4.1 系统结构 
3.4.2 主要硬件特性 
第4章 运行员操作站 
4.1 运行员操作站的结构 
4.2 MMI的基本功能 
4.3 记录与报表 
4.4 历史数据库检索及处理 
4.5 其他类型的人机接口 
4.6 人机接口的发展介绍 
第5章 工程师站与组态软件 
5.1 工程师站在DCS中的作用 
5.2 工程师站的组成 
5.3 工程师站在DCS中所处的地位 
5.4 系统组态 
5.4.1 组态软件 
5.4.2 系统组态与其他设计方法的区别 
5.4.3 过程控制站的组态 
5.4.4 运行员操作站的组态 
5.4.5 组态的在线调试 
5.5 MACS的应用组态流程 
第6章 DCS的性能指标与评价 
6.1 DCS性能指标简要介绍 
6.2 DCS的评价准则 
6.2.1 可靠性与经济性评价 
6.2.2 技术性能评价 
6.2.3 使用性能评价 
6.2.4 控制系统软件可靠性及评价 
6.3 DCS的选择原则 
第7章 现场总线控制系统 
7.1 现场总线及FCS的定义 
7.2 DCS、PLC与FCS 
7.3 几种典型的现场总线 
7.3.1 PROFIBUS现场总线 
7.3.2 CAN总线 
7.3.3 基金会现场总线 
7.3.4　LonWorks总线 
7.4 FCS的构成 
7.5 FCS的设计方法 
7.6 FCS的组态 
7.7 FCS的调试与维护 
第8章 现场总线通信系统 
8.1 现场总线通信系统概述 
8.1.1 现场总线通信系统与ISO/OSI参考模型的关系 
8.1.2 PROFIBUS现场总线通信系统的主要组成部分 
8.2 PROFIBUS物理层 
8.2.1 PROFIBUS-DP的RS-485传输 
8.2.2 PROFIBUS-DP的光纤传输 
8.3 PROFIBUS数据链路层 
8.3.1 PROFIBUS介质访问控制 
8.3.2 PROFIBUS报文格式 
8.3.3 PROFIBUS地址编码方法 
8.3.4 PROFIBUS数据链路层提供的服务 
8.4 PROFIBUS应用层 
8.5 PROFIBUS用户层 
8.5.1 PROFIBUS-DP用户层概述 
8.5.2 DDLM功能 
8.5.3 用户接口 
8.5.4 PROFIBUS-DP行规 
第9章 现场总线设备 
9.1 现场总线设备的分类与特点 
9.1.1 现场总线设备的分类 
9.1.2 现场总线设备的特点 
9.2 现场总线差压变送器 
9.2.1 概述 
9.2.2 工作原理 
9.3 现场总线温度变送器 
9.3.1 工作原理 
9.3.2 温度检测元件 
9.4 现场总线阀门定位器 
9.5 现场总线电动执行器 
9.6 现场总线-气压转换器 
9.7 电流-现场总线转换器 
9.7.1 工作原理 
9.7.2 安装和校验 
9.8 现场总线-电流转换器 
9.9 现场总线接口类设备 
9.9.1 工作原理 
9.9.2 安装与维护 
9.9.3 其他总线接口设备 
9.10 现场总线电源类设备 
9.11 现场总线附件类设备 
下篇 工程应用篇 
第10章 DCS的工程设计 
10.1 DCS的应用设计与实施的一般过程 
10.2 DCS总体设计 
10.2.1 可行性研究设计及总体设计 
10.2.2 DCS初步设计 
10.2.3 施工图详细设计 
10.3 DCS的工程化设计 
10.4 DCS的组态与调试 
10.5 DCS的安装与验收 
10.6 电加热锅炉温度控制工程案例 
10.6.1 系统概述 
10.6.2 系统的初步设计 
10.6.3 电加热锅炉控制方案的确定 
10.7 HOLLiAS MACS在空分行业中对氧气的恒压 
第11章 FCS的工程设计 
11.1 FCS的工程设计原则 
11.2 FCS的工程设计方法 
11.3 FCS控制系统的设计过程 
11.3.1 总体方案设计 
11.3.2 控制系统的初步设计 
11.4 FCS工程控制系统应用举例 
11.4.1 设计概述 
11.4.2 系统网络拓扑结构及参数配置 
11.4.3 系统硬件设计 
11.4.4 系统软件设计 
11.4.5 系统抗干扰措施 
附录A 新一代DCS的体系结构和技术特点 
A.1 促进新一代DCS形成的原因 
A.2 新一代DCS的体系结构 
A.3 新一代DCS的主要功能和技术特征 
参考文献