工业控制系统及应用SCADA系统篇第2版 王华忠 电子工业

图书标准信息

• 作者 王华忠
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2023-07
• 版次 1
• ISBN 9787121458323
• 定价 79.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 400页
• 字数 656千字

【内容简介】

本书系统地阐述了工业控制系统——监督控制与数据采集（SCADA）系统的技术问题，包括系统组成、特点、应用及与集散控制系统等其他控制系统的比较。对SCADA系统设计与开发中的关键技术，包括工业数据采集技术、通信与网络技术、SCADA系统应用软件开发、经典OPC与OPC UA标准、功能安全与工业控制系统信息安全等都结合应用实例进行了详实的分析和论述，并通过对不同行业领域典型SCADA系统工程案例的剖析来加深读者对内容的理解，帮助读者掌握SCADA系统的分析、设计、开发与调试技能。此外，对SCADA系统开发中的一些典型软硬件产品及其使用方法也做了介绍。本书侧重SCADA系统应用与开发中的关键技术和系统集成及其应用，注重内容的系统性、准确性、实用性与新颖性。本书的程序都已通过仿真或实物调试，可以指导读者进行类似的工程开发。本书可作为自动化、电气工程及其自动化、测控技术及仪器、物联网工程等相关专业本科生、研究生的教材，也可作为相关工程技术人员的参考书。

【作者简介】

王华忠，博士，华东理工大学教授。具备丰富的工业控制系统设计与实践经验，编著有多本相关科技图书，曾指导学生两次获得全国大学生自动化系统应用大赛全国一等奖。

【目录】

目录

第1章  工业控制系统与SCADA系统概述1

1.1  工业生产中的工业控制系统1

1.1.1  工业生产行业分类及其对应的工业控制系统1

1.1.2  离散制造业控制系统与流程工业控制系统3

1.1.3  典型工业控制系统与设备介绍6

1.2  SCADA系统概述11

1.2.1  SCADA系统及其典型特征11

1.2.2  SCADA系统的发展趋势13

1.2.3  两类典型工业控制系统——SCADA系统与DCS的比较14

1.2.4  工业互联网及其与SCADA系统的比较18

1.3  SCADA系统组成与典型结构20

1.3.1  下位机系统21

1.3.2  上位机系统26

1.3.3  通信网络27

1.3.4  检测仪表和执行器28

1.3.5  SCADA系统典型结构29

1.4  SCADA系统的应用31

1.4.1  SCADA系统在电力行业的应用31

1.4.2  SCADA系统在高铁防灾系统中的应用32

1.4.3  SCADA系统在楼宇自动化中的应用34

1.4.4  SCADA系统在油气长距离输送中的应用35

1.4.5  SCADA系统在其他领域的应用38

1.4.6  SCADA系统的应用效果39

第2章  数据通信与网络技术40

2.1  数据通信概述40

2.1.1  SCADA系统的数据通信40

2.1.2  数据通信系统的组成41

2.1.3  数据传输的几个基本概念42

2.1.4  数据通信中的差错控制45

2.2  通用串行通信46

2.2.1  串行通信参数47

2.2.2  RS-232接口特性及其串行通信47

2.2.3  RS-422串行通信与RS-485串行通信49

2.2.4  串行通信应用实例51

2.3  Modbus通信协议56

2.3.1  Modbus协议概述56

2.3.2  常用Modbus协议及报文解析57

2.3.3  Modbus通信仿真工具61

2.4  SCADA系统中的网络技术62

2.4.1  通信网络概述62

2.4.2  计算机网络拓扑结构与分类63

2.4.3  网络传输介质65

2.4.4  介质访问控制方式68

2.4.5  网络体系结构与参考模型70

2.4.6  SCADA等工业控制系统典型网络结构74

2.5  TCP与UDP及其在SCADA系统中的应用77

2.5.1  TCP77

2.5.2  UDP81

2.5.3  基于TCP的Socket通信及其在SCADA数据通信中的应用82

2.5.4  SCADA系统中的TCP与UDP通信85

2.6  现场总线与工业以太网91

2.6.1  现场总线的体系结构与特点91

2.6.2  几种典型的现场总线92

2.6.3  工业以太网94

2.6.4  工业网关104

第3章  工业数据采集技术与应用108

3.1  工业数据采集基础108

3.1.1  工业数据采集系统组成与结构、I/O接口功能与分类108

3.1.2  采样定律与数据采集卡的性能指标110

3.1.3  SCADA系统中的数据采集113

3.1.4  常用的数据采集技术115

3.2  数据采集系统的I/O接口模块117

3.2.1  数字量接口模块117

3.2.2  模拟量接口模块120

3.2.3  多功能接口模块123

3.3  基于PC的数据采集124

3.3.1  数据采集中的I/O控制方式124

3.3.2  基于PC的板卡类设备集中数据采集126

3.3.3  基于OPC DA的分布式数据采集130

3.3.4  基于PC的Modbus TCP网络分布式数据采集135

3.4  PLC与数据采集设备串行通信协同数据采集137

3.4.1  PLC与智能模块协同数据采集技术137

3.4.2  西门子S7-1200与研华ADAM-4117模块协同数据采集138

3.4.3  FX5UC与Modbus从站仿真软件模拟数据采集140

3.4.4  FX5UC与智能仪表协同数据采集142

3.5  PLC与数据采集设备基于Modbus TCP协同数据采集146

3.5.1  基于以太网的协同数据采集146

3.5.2  FX5UC与研华ADAM-6017以太网模块协同数据采集147

3.5.3  S7-1200与研华ADAM-6024以太网模块协同数据采集151

3.6  基于物联网MQTT通信的数据采集155

3.6.1  物联网通信协议MQTT155

3.6.2  MQTT在工业数据采集中的应用161

第4章  SCADA系统应用软件编程与组态163

4.1  SCADA系统应用软件163

4.1.1  下位机（控制器）应用软件163

4.1.2  人机界面软件164

4.2  SCADA系统下位机编程规范IEC61131-3165

4.2.1  传统的控制器编程语言的不足165

4.2.2  IEC61131-3标准的产生与特点166

4.2.3  IEC61131-3标准的基本内容168

4.2.4  IEC61131-3标准的程序组织单元177

4.2.5  IEC61131-3标准的软件模型181

4.3  IEC61131-3标准编程语言及应用183

4.3.1  IEC61131-3标准编程语言概述183

4.3.2  梯形图语言及其应用184

4.3.3  顺序功能图及其应用190

4.3.4  功能块图语言及其应用195

4.3.5  结构化文本语言及其应用197

4.3.6  连续功能图语言及其应用201

4.4  SCADA系统上位机组态软件202

4.4.1  上位机组态软件的产生及发展202

4.4.2  上位机组态软件的功能需求204

4.4.3  组态软件的总体结构及其相似性205

4.4.4  组态软件的功能部件206

4.4.5  组态软件技术特色212

4.5  主要的组态软件介绍213

4.5.1  组态软件产品概述213

4.5.2  施耐德的InTouch组态软件214

4.5.3  西门子的SIMATIC WinCC和WinCC OA216

4.5.4  亚控科技组态王软件218

4.6  用组态软件开发SCADA系统上位机人机界面220

4.6.1  组态软件选型220

4.6.2  组态软件设计SCADA人机界面的原则与步骤221

4.6.3  SCADA系统人机界面的调试225

4.7  组态王软件开发人机界面实例分析226

4.7.1  设备添加与构建数据词典226

4.7.2  图形界面设计228

4.7.3  趋势曲线功能设计235

4.7.4  报警和事件等功能设计236

4.7.5  报表功能238

4.7.6  系统配置238

4.7.7  运行和调试240

第5章  经典OPC与OPC UA标准及其应用242

5.1  经典OPC标准概述242

5.1.1  OPC的开发背景和历史242

5.1.2  工业控制系统采用OPC标准的好处244

5.2  经典OPC接口与数据访问方法245

5.2.1  OPC分层模型结构245

5.2.2  OPC接口247

5.2.3  OPC数据访问方法247

5.2.4  OPC DA服务器使用示例250

5.3  OPC UA标准及其应用253

5.3.1  OPC UA标准提出的背景及其特点253

5.3.2  OPC UA标准主要内容255

5.3.3  OPC UA应用示例259

5.3.4  S7-1500控制器OPC UA服务器的配置与测试264

5.4  基于经典OPC通信的CSTR过程工业控制系统数字化仿真267

5.4.1  CSTR及其数学模型267

5.4.2  数字化仿真系统方案269

5.4.3  数字化仿真系统开发273

第6章  安全仪表系统与工业控制系统信息安全278

6.1  功能安全基础278

6.1.1  功能安全相关的基本概念与标准278

6.1.2  风险评估与风险降低279

6.1.3  安全完整性等级282

6.1.4  安全生命周期283

6.2  安全仪表系统285

6.2.1  安全仪表系统基础285

6.2.2  安全仪表产品290

6.2.3  安全仪表系统与常规控制系统292

6.3  安全仪表系统设计与应用293

6.3.1  安全仪表系统设计原则293

6.3.2  安全仪表系统设计步骤294

6.3.3  安全仪表系统工程应用案例295

6.4  工业控制系统信息安全298

6.4.1  信息安全298

6.4.2  工业控制系统信息安全概述299

6.4.3  工业控制系统信息安全与传统IT系统信息安全比较301

6.4.4  工业控制系统体系结构及其脆弱性分析303

6.4.5  工业控制系统的信息安全标准306

6.5  工业控制系统安全防护307

6.5.1  工业控制系统典型结构及其安全防护技术307

6.5.2  主要自动化公司的信息安全解决方案312

第7章  SCADA系统设计与开发319

7.1  SCADA系统设计概述319

7.2  SCADA系统设计原则319

7.3  SCADA系统设计与开发步骤321

7.3.1  SCADA系统需求分析与总体设计322

7.3.2  SCADA系统类型确定与设备选型324

7.3.3  SCADA系统应用软件开发326

7.4  SCADA系统调试与运行329

7.4.1  离线仿真调试329

7.4.2  工厂验收、现场验收、现场综合测试与验收330

7.5  SCADA系统可靠性设计331

7.5.1  供电抗干扰措施331

7.5.2  接地抗干扰措施332

7.5.3  软件抗干扰措施334

7.5.4  空间抗干扰措施335

第8章  SCADA系统应用案例分析336

8.1  引言336

8.2  大型污水处理厂SCADA系统案例337

8.2.1  污水处理工艺与主要处理单元及设备337

8.2.2  污水处理厂工业控制系统总体设计338

8.2.3  污水处理工业控制系统程序设计342

8.2.4  系统调试与运行347

8.3  基于MOX公司自动化产品的企业能源集控SCADA系统350

8.3.1  MOX公司的SCADA解决方案350

8.3.2  某企业能源集控调度SCADA系统351

8.3.3  能源集控调度系统投运359

8.4  原油长距离输送管线SCADA系统设计与开发362

8.4.1  案例概述362

8.4.2  OPTO 22 SCADA系统解决方案362

8.4.3  原油输送管线SCADA系统设计与开发363

8.5  冶金企业电力调度自动化系统的设计与开发367

8.5.1  案例概述367

8.5.2  电力调度自动化系统网络结构与功能设计368

8.5.3  电力调度自动化系统软件功能设计372

8.5.4  电力调度自动化系统软件开发与系统配置374

8.5.5  电力调度自动化系统投运386

参考文献389