本书以“使广大学生、工程技术人员掌握分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）的应用及设计，初步具备DCS/FCS的设计和应用能力”为目标，由浅入深地介绍了DCS和FCS的组成及工作原理，并以实际的工程设计为例，使读者了解工程设计思想和过程。通过学、例、练相结合的方式，使读者可以迅速掌握DCS/FCS及其工程应用的相关知识。

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最好的系统平台，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，着重介绍分散控制系统的概念、原理、结构、设计与实际应用的基本性和通用性，学生通过课堂学习或自学本书也能基本掌握分散控制系统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），主要介绍分散控制系统的知识体系，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，每章后均附有思考题，便于读者掌握所学内容。为了使本书成为一本比较实用的分散控制系统的快速入门教科书，编写时层次较清晰，实用性强。第1章介绍分散控制系统的基本概念和发展。第2章介绍分散控制系统的网络通信。第3章着重讲述分散控制系统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章介绍分散控制系统的评价与选择方法等。第7章介绍现场总线系统与DCS系统的区别及现场总线系统的基本构成。第8章介绍现场总线通信系统。第9章介绍现场总线的基本设备情况。 下篇为工程应用篇（第10章和第11章），第10章详细介绍DCS系统设计的一般过程，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，详细介绍了分散控制系统的工程组态设计。第11章介绍FCS系统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或研究生的教学用书。 本书由大连工业大学李占英主编，初红霞任副主编。第1～3章和附录A由初红霞编写，第4章由王君祥（黑龙江工程学院）编写，第5～7章和第10章由李占英编写，第8章和第9章由杜鹃（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、谈世哲、付本国、赵景波和管玥。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。 限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

上篇 基础知识篇 第1章 绪论 2 1.1 分散控制系统概述 2 1.1.1 分散控制系统（DCS）的概念 2 1.1.2 分散控制系统的特点 3 1.1.3 分散控制系统的发展历程 5 1.2 DCS典型产品及特点 9 1.3 分散控制系统的发展趋势 12 1.4 现场总线概述 15 1.4.1 现场总线的产生 15 1.4.2 现场总线的特点 16 1.4.3 现场总线的发展趋势 17 1.5 思考题 17 第2章 DCS的通信网络系统 18 2.1 网络和数据通信原理 18 2.1.1 通信网络系统的基本组成 18 2.1.2 基本概念及术语 19 2.1.3 工业数据通信 21 2.1.4 数据交换方式 22 2.1.5 信道 23 2.1.6 差错控制 26 2.2 数据通信系统结构 30 2.2.1 通信系统的结构 31 2.2.2 通信网络的拓扑结构 32 2.3 DCS中的控制网络标准和协议 33 2.3.1 协议的参考模型 33 2.3.2 物理层协议 34 2.3.3 链路层协议 35 2.3.4 网络层协议 36 2.3.5 传输层和会话层协议 37 2.3.6 高层协议 38 2.3.7 网络设备 39 2.4 本章小结 42 2.5 思考题 43 第3章 DCS的过程控制站 44 3.1 DCS的体系结构 44 3.2 过程控制站的结构 50 3.3 基本控制单元 53 3.3.1 基本控制单元硬件 54 3.3.2 基本控制单元软件 81 3.3.3 基本控制单元的可靠性措施 92 3.4 本章小结 96 3.5 思考题 97 第4章 运行员操作站 98 4.1 运行员操作站的结构 98 4.2 MMI基本功能 101 4.3 记录与报表 110 4.4 历史数据库检索及处理 111 4.5 其他类型的人机接口 111 4.6 人机接口的发展介绍 112 4.7 本章小结 113 4.8 思考题 113 第5章 工程师站与组态软件 114 5.1 工程师站在DCS中的作用 114 5.2 工程师站的组成 117 5.3 工程师站在DCS中所处的地位 117 5.4 系统组态 118 5.4.1 组态软件 118 5.4.2 系统组态与其他设计方法的区别 120 5.4.3 过程控制站的组态 120 5.4.4 运行员操作站的组态 124 5.4.5 组态的在线调试 126 5.5 MACS的应用组态流程 127 5.6 本章小结 129 5.7 思考题 130 第6章 DCS的性能指标与评价 131 6.1 分散控制系统的性能指标简要介绍 131 6.2 分散型控制系统的评价准则 133 6.2.1 可靠性与经济性评价 134 6.2.2 技术性能评价 139 6.2.3 使用性能评价 141 6.2.4 控制系统软件可靠性及评价 142 6.3 DCS的选择原则 145 6.4 本章小结 146 6.5 思考题 146 第7章 现场总线控制系统 147 7.1 现场总线及现场总线控制系统的定义 147 7.2 DCS、PLC与FCS 148 7.3 几种典型的现场总线 149 7.3.1 Profibus现场总线 149 7.3.2 CAN总线 151 7.3.3 基金会现场总线 152 7.3.4　LonWorks总线 155 7.4 现场总线控制系统的构成 157 7.5 设计现场总线控制系统的方法 159 7.6 现场总线控制系统的组态 161 7.7 现场总线控制系统的调试与维护 163 7.8 本章小结 164 7.9 思考题 164 第8章 现场总线通信系统 165 8.1 现场总线通信系统概述 165 8.1.1 现场总线通信系统与ISO/OSI参考模型的关系 165 8.1.2 Profibus现场总线通信系统的主要组成部分 167 8.2 Profibus物理层 167 8.2.1 Profibus-DP的RS-485传输 168 8.2.2 Profibus-DP的光纤传输 170 8.3 Profibus数据链路层 171 8.3.1 Profibus介质访问控制 171 8.3.2 Profibus报文格式 172 8.3.3 Profibus地址编码方式 174 8.3.4 Profibus数据链路层提供的服务 175 8.4 Profibus应用层 176 8.5 Profibus用户层 178 8.5.1 Profibus-DP用户层概述 178 8.5.2 DDLM功能 179 8.5.3 用户接口 180 8.5.4 Profibus-DP行规 181 8.6 本章小结 181 8.7 思考题 182 第9章 现场总线设备 183 9.1 现场总线设备的分类与特点 183 9.1.1 现场总线设备的分类 183 9.1.2 现场总线设备的特点 184 9.2 现场总线差压变送器 185 9.2.1 概述 185 9.2.2 工作原理 186 9.3 现场总线温度变送器 188 9.3.1 概述 188 9.3.2 工作原理 188 9.3.3 温度检测元件 189 9.4 现场总线阀门定位器 191 9.4.1 概述 191 9.4.2 工作原理 191 9.5 现场总线电动执行器 193 9.5.1 概述 193 9.5.2 工作原理 193 9.6 现场总线-气压转换器 194 9.6.1 概述 194 9.6.2 工作原理 194 9.7 电流-现场总线转换器 196 9.7.1 概述 196 9.7.2 工作原理 196 9.7.3 安装和校验 197 9.8 现场总线-电流转换器 198 9.8.1 概述 198 9.8.2 工作原理 198 9.9 现场总线接口类设备 199 9.9.1 概述 199 9.9.2 工作原理 200 9.9.3 安装与维护 201 9.9.4 其他总线接口设备 202 9.10 现场总线电源类设备 203 9.10.1 概述 203 9.10.2 工作原理 204 9.11 现场总线附件类设备 205 9.12 本章小结 206 9.13 思考题 207 下篇 工程应用篇 第10章 DCS的工程设计 210 10.1 DCS的应用设计与实施的一般过程 210 10.2 DCS总体设计 211 10.2.1 可行性研究设计及总体设计 211 10.2.2 DCS初步设计 211 10.2.3 施工图详细设计 214 10.3 DCS系统的工程化设计 217 10.4 DCS的组态与调试 219 10.5 分散型控制系统的安装与验收 219 10.6 电加热锅炉温度控制工程案例 220 10.6.1 系统概述 220 10.6.2 系统的初步设计 220 10.6.3 电加热锅炉控制方案的确定 222 10.7 MACS在空分行业中对氧气的恒压控制 229 10.8 本章小结 234 10.9 思考题 234 第11章 FCS的工程设计 235 11.1 FCS的工程设计原则 235 11.2 FCS的工程设计方法 236 11.3 FCS控制系统的设计过程 237 11.3.1 总体方案设计 238 11.3.2 控制系统的初步设计 240 11.4 FCS的工程控制系统的应用举例 240 11.4.1 设计概述 240 11.4.2 系统网络拓扑结构及参数配置 241 11.4.3 系统硬件设计 244 11.4.4 系统软件设计 249 11.4.5 系统抗干扰措施 254 11.5 本章小结 256 11.6 思考题 256 附录A 新一代DCS的体系结构和技术特点 258 A.1 促进新一代DCS形成的原因 258 A.2 新一代DCS的体系结构 259 A.3 新一代DCS的主要功能和技术特征 262 参考文献 270