高等院校电子信息与电气学科特色教材：DCS及现场总线技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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肖军 编

图书标签:

• DCS
• 现场总线
• 工业控制
• 自动化
• 电子信息
• 电气工程
• 过程控制
• 传感器
• 通信协议
• 单片机

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302264408

版次：1

商品编码：10862767

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-10-01

用纸：胶版纸

页数：216

字数：359000

编辑推荐

DCS及现场总线技术飞速发展，其应用范围遍及几乎所有工业控制领域。尽管不同时期、不同厂家的DCS及现场总线产品各不相同，应用技术也有差异，它们的基本概念、功能和应用技术具有一定的同一性。本书基于此点，尝试系统介绍DCS及现场总线的相关技术。 本书着重从应用角度出发，力求学以致用，在吸取多年教学经验的基础上，力图形成内容简明、系统性和实用性为一体的通用教材。《DCS及现场总线技术》关注了应用方面的需求．突出阐述了DCS及现场总线技术的基本原理和应用技术。本书在阐述DCS&FCS;的概念、特点和原理的基础上；侧重介绍了DCS的组态技术方法及FCS的应用实例。全书内容简明实用，可操作性强，便于读者自学和深入研究。本书主要作为高等院校电气信息类专业教材。《DCS及现场总线技术》主要介绍了以下内容：

（1） 介绍了计算机控制系统的分类；着重讨论了DCS、FCS和PLC的概念、特点以及其间的差异。

（2） 介绍了DCS的硬件体系、软件体系及其功能，讨论了控制、监控和组态软件的特点及功能，阐述了DCS常用控制算法及控制算法在DCS中的实现及组态方法。

（3） 介绍了DCS数据通信的有关概念、网络体系及协议标准。阐述了数据通信的基本技术及原理；讨论了控制网络和信息网络的区别、互连及发展。

（4） 阐述了现场总线的定义、结构、协议及现场仪表等；介绍了几种典型现场总线技术，分析了各自的协议模型、数据传输、模块及设备描述等技术，探讨了不同类型现场总线在工业控制领域中的应用实例。

内容简介

《高等院校电子信息与电气学科特色教材：DCS及现场总线技术》系统地论述了dcs及现场总线的发展历程、背景和趋势，dcs及现场总线的硬件、软件构成及功能，控制算法及组态，dcs及现场总线涉及的数据通信技术，现场总线协议结构、设备描述和通信特点，并给出了五种典型现场总线的应用案例。
《高等院校电子信息与电气学科特色教材：DCS及现场总线技术》可作为高等院校电气信息类相关专业的本科生与研究生教材，也可作为工业过程控制领域工程技术人员的参考用书。

内页插图

目录

第1章 概述
1.1 计算机控制系统基础
1.2 dcs的总体概念
1.3 fcs的总体概念
1.4 dcs、plc及fcs之间的差异
本章小结
习题

第2章 dcs硬件体系及系统
2.1 dcs的体系结构及功能
2.2 dcs的构成及联系
2.3 dcs的硬件系统
2.4 dcs典型产品结构实例
本章小结
习题

第3章 dcs软件体系及功能
3.1 dcs的软件体系
3.2 dcs的控制层软件
3.3 dcs的监控层软件
3.4 dcs的组态软件
本章小结
习题

第4章 dcs控制算法及组态
4.1 pid控制算法
4.2 复杂控制算法
4.3 顺序控制算法
4.4 dcs控制算法的组态
本章小结
习题

第5章 dcs数据通信及网络
5.1 数据通信的基本概念
5.2 数据通信技术
5.3 dcs的网络通信
5.4 dcs通信网络结构及设备
5.5 典型dcs的通信网络
5.6 控制网络和信息网络
本章小结
习题

第6章 现场总线技术基础
6.1 现场总线概述
6.2 现场总线结构
6.3 现场总线的核心与基础
6.4 现场总线的技术应用
本章小结
习题

第7章 典型现场总线及其应用
7.1 profibus总线
7.2 基金会现场总线
7.3 can总线
7.4 controlnet总线
7.5 devicenet总线
7.6 其他总线技术
本章小结
习题
参考文献

前言/序言

前言

随着计算机技术、网络通信技术、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、软件技术及其他高新技术的应用和发展,集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）随之也得到了飞速发展。各种DCS及现场总线技术相继推出或更新，其应用范围遍及工业控制领域的各个行业。不同时期、不同厂家的DCS及现场总线产品各不相同，其应用的行业和规模也各不相同，相应的应用技术也有差异。但是，DCS及现场总线的基本概念、构成方法、功能和应用技术具有一定的同一性。

本书从应用角度出发，力求学以致用，在吸取了多年DCS及现场总线有关研究工作和教学经验的基础上，力图形成内容简明、系统性和实用性为一体的通用教材。为此，本书在编写过程中，关注实际应用方面的需要，减少了系统产品的介绍，突出阐述了DCS及现场总线技术的基本概念、特点、原理及应用技术。侧重于介绍DCS及现场总线技术的共性和应用方面的内容。

通过本书的学习，读者可系统地了解DCS及现场总线的概念、特点、结构和原理； 熟悉DCS的基本使用和组态方法； 初步掌握现场总线控制系统的应用技术等方面知识。全书内容简明实用，可操作性强，便于读者自学和深入研究。本书主要作为高等院校电气信息类本科教材，适用教学时数为40～48学时； 同时，对有关工程技术人员也具有参考价值。

本书共分7章。第1章介绍计算机控制系统的基本概念和分类，着重讨论DCS、FCS和PLC的总体概念、特点和发展历程，分析这三类计算机控制系统相互间存在的差异； 第2章介绍DCS的硬件体系结构及系统，阐述典型DCS的构成方法、系统设备及功能； 第3章介绍DCS的软件体系，讨论控制层、监控层和组态软件的特点及功能，并着重说明组态软件的应用及发展变化； 第4章阐述DCS常用的控制算法，例举控制算法及方案在DCS中的实现流程，说明组态操作的通用方法； 第5章介绍DCS数据通信的相关概念、网络体系结构及协议标准，阐述数据通信的基本技术及原理，讨论控制网络和信息网络的区别、互连及发展； 第6章详细阐述现场总线的定义、结构、协议及现场总线仪表等概念和内容； 第7章分别介绍几种典型现场总线的技术特点，分析各自的协议模型、数据传输技术、模块和设备描述以及电气连接特性等，探讨不同类型现场总线在工业控制领域中的应用实例。

本书内容已制作成相应的PPT教学课件，并附有习题参考答案，一并放在清华大学出版社的教学资源网上，可供使用本教材的院校教师免费下载。

编写分工为： 第1章由肖军、李书臣编写； 第2、3章由沈清波编写； 第4章由王宏楠编写； 第5章由肖军编写； 第6、7章由胡玲艳编写。全书由肖军教授统稿，并补充和修改了部分内容。本书在编写的过程中，参考了大量学者及同仁编写的相关书籍和文献资料； 辽宁石油化工大学和大连大学的有关老师给予了热情支持和帮助； 辽宁石油化工大学研究生学院的张一教授对全书进行了审定，并提出了宝贵意见； 清华大学出版社的编辑提供了很好帮助。在此一并致以诚挚的谢意！

由于时间仓促和编者水平有限，书中难免存在错误和不当之处，敬请读者批评指正。

编者

2011年9月

DCS及现场总线技术：工业自动化控制系统与通信网络深度解析 本书旨在为高等院校电子信息、电气工程及其相关专业的师生提供一本全面、深入的DCS（集散控制系统）及现场总线技术教材。本书内容紧密围绕工业自动化控制的核心——DCS系统架构、原理、设计、应用以及现代工业通信的主流技术——现场总线，进行系统性的阐述。我们力求通过理论与实践的结合，使读者不仅理解DCS和现场总线的概念，更能掌握其在实际工业生产中的应用方法和技术要领。 第一部分 DCS系统架构与核心原理 本部分将首先介绍工业自动化控制系统的发展历程，阐述DCS系统相较于传统集中控制系统的优势与变革。我们将详细剖析DCS系统的基本构成，包括控制站（控制器）、操作员站（人机界面）、工程师站、历史数据库以及通信网络等关键组件。 DCS系统架构解析： 分层分布式架构： 深入探讨DCS系统的典型分层结构，如现场层、控制层、管理层等，分析每一层的功能定位和协同工作机制。 网络通信体系： 详细介绍DCS系统中各个组件之间信息传输所依赖的通信协议和网络拓扑，为后续现场总线技术的学习奠定基础。 系统集成与互联： 讲解DCS系统如何与MES（制造执行系统）、ERP（企业资源规划）等企业级管理系统进行集成，实现信息流的贯通。 DCS核心控制原理： 基本控制算法： 阐述PID（比例-积分-微分）控制等经典控制算法在DCS系统中的应用，包括其原理、整定方法以及在不同工业过程中的适用性。 顺序控制与逻辑控制： 讲解DCS系统如何实现对生产过程的顺序化操作和逻辑判断，包括接触器逻辑、状态逻辑等。 高级控制策略： 介绍模型预测控制（MPC）、自适应控制等高级控制技术在DCS系统中的应用，以应对更复杂的工艺要求。 故障诊断与安全联锁： 重点阐述DCS系统在保障生产安全方面的重要作用，包括故障检测、报警处理、安全联锁逻辑的实现等。 DCS系统设计与配置： 系统需求分析： 指导读者如何根据具体的工业过程需求，进行DCS系统的初步设计和配置规划。 组态软件与编程： 介绍DCS系统中常用的组态软件及其功能，包括如何进行I/O点配置、控制回路组态、报警设定、趋势显示等。 图形化编程与函数块： 讲解DCS系统支持的图形化编程语言（如功能块图、梯形图、结构化文本等）及其应用，使读者能够快速构建控制逻辑。 第二部分 现场总线技术：工业通信的革命 本部分将聚焦于现代工业自动化领域至关重要的现场总线技术。我们将深入探讨不同类型现场总线的技术特点、通信机制、应用优势以及在实际工业场景中的部署。 现场总线概述与发展： 传统控制网络的历史遗留问题： 分析传统的点对点连接和模拟信号传输方式的局限性，引出现场总线的必要性。 现场总线的定义与核心理念： 阐述现场总线如何实现传感器、执行器与控制系统之间的数字化、智能化通信，以及其“智能化”的内涵。 现场总线的分类与比较： 介绍国际上主流的现场总线标准，如PROFIBUS、PROFINET、CANopen、DeviceNet、Foundation Fieldbus、EtherNet/IP等，从物理层、数据链路层、应用层等不同维度进行详细比较。 主流现场总线技术深度解析： PROFIBUS系列： 详细讲解PROFIBUS-DP（分布式Peripherals）和PROFIBUS-PA（Process Automation）的技术特点、通信模式、电气规范以及在不同工业领域的典型应用。 PROFINET： 阐述PROFINET作为新一代工业以太网，其在实时性、诊断能力、网络安全等方面的优势，以及与PROFIBUS的兼容性。 CANopen与DeviceNet： 分析基于CAN（Controller Area Network）的总线协议，如CANopen和DeviceNet，探讨其在汽车电子、工业设备等领域的广泛应用。 Foundation Fieldbus： 深入研究Foundation Fieldbus（FF）在过程工业自动化中的地位，特别是其在智能仪表集成、数字通信、本质安全等方面的独特优势。 EtherNet/IP： 讲解EtherNet/IP如何将标准的以太网技术与CIP（Common Industrial Protocol）相结合，实现工业控制数据的无缝传输。 现场总线网络的构建与管理： 网络拓扑设计： 指导读者如何根据实际需求选择合适的网络拓扑（如总线型、星型、环形等），并进行合理的节点布局。 总线设备选型与连接： 介绍各类现场总线设备的特点，包括智能传感器、执行器、通信接口模块等，以及它们的正确连接方式。 网络诊断与故障排除： 讲解现场总线网络常见的故障类型，以及如何利用诊断工具进行故障定位和排除，保障网络的稳定运行。 网络安全考虑： 探讨在日益复杂的工业网络环境中，如何构建和维护安全的现场总线网络。 第三部分 DCS与现场总线的集成应用 本部分将重点阐述DCS系统与现场总线技术如何深度融合，形成高效、灵活、智能的工业自动化解决方案。 DCS与现场总线的高效集成： 从集中式到分布式： 分析DCS系统如何通过引入现场总线，将传统的集中式控制逻辑向分布式方向发展，提升系统的灵活性和响应速度。 智能仪表与执行器的集成： 讲解如何利用现场总线将具备高级诊断和自配置功能的智能仪表和执行器无缝集成到DCS系统中，实现数据的高效采集和远程管理。 数据的高效传输与共享： 阐述现场总线如何克服传统信号传输的限制，实现海量数据的数字化、标准化传输，为DCS系统提供更丰富、更可靠的控制信息。 实际应用案例分析： 石化行业的应用： 通过分析石化装置中DCS系统与Foundation Fieldbus、PROFIBUS PA的集成应用，展示其在过程控制、安全联锁、设备监测等方面的优势。 电力行业的应用： 探讨在火力发电厂、水力发电厂等场景下，DCS系统与EtherNet/IP、PROFINET等工业以太网技术的结合，实现对发电设备的监控、保护和优化。 制造业的自动化： 以汽车制造、食品饮料等行业为例，讲解DCS系统如何通过PROFIBUS、CANopen等现场总线与生产线上的机器人、PLC、视觉系统等设备协同工作，实现柔性生产和智能化制造。 楼宇自动化与智能家居： 简要介绍DCS及现场总线技术在非工业领域的拓展应用，如楼宇环境控制、安防监控等。 DCS及现场总线技术的未来发展趋势： 工业物联网（IIoT）与DCS/现场总线： 探讨DCS和现场总线技术如何与云计算、大数据、人工智能等新技术融合，构建面向工业物联网的智能控制系统。 网络化控制与无线技术： 展望网络化控制系统的发展，以及无线现场总线技术在未来工业自动化中的潜在应用。 系统集成与标准化： 分析DCS和现场总线技术在系统集成和标准化方面的挑战与机遇。 本书的编写力求严谨、准确，并结合大量的实例和图示，以期帮助读者建立对DCS及现场总线技术的完整认知。通过学习本书，读者将能够深入理解工业自动化控制系统的原理与实现，并掌握在实际工程中设计、配置和应用DCS及现场总线技术的能力，为未来在工业自动化、智能制造等领域的研究与工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对自动化控制领域充满好奇，特别是DCS这种能实现复杂工业过程集散控制的技术。在阅读《DCS及现场总线技术》的过程中，我仿佛置身于一个繁忙的自动化控制中心。书中对于各种现场总线技术（如Profibus, Foundation Fieldbus, Modbus等）的介绍，让我大开眼界。作者并非简单地罗列这些总线的技术指标，而是深入分析了它们各自的优缺点、适用场景以及在实际应用中的集成难点。我特别欣赏书中关于“互操作性”和“标准化”的讨论，这让我认识到，选择合适的现场总线并非易事，需要综合考虑成本、性能、可靠性以及未来扩展性。书中提供的图表和对比分析，帮助我清晰地辨别了不同总线之间的差异，为我今后在项目设计中做出更明智的选择奠定了基础。这本书就像一位经验丰富的导师，为我揭示了工业自动化领域最核心的通信“语言”。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，学习一门技术，最重要的是能够掌握其精髓，并能灵活运用。这本书在这一点上做得非常出色。它不仅讲解了DCS和现场总线的理论知识，更重要的是，它提供了大量关于系统设计、配置和维护的实践指导。我特别喜欢书中关于“冗余设计”和“故障诊断”的章节，这些内容对于保证工业系统的稳定运行至关重要。作者用通俗易懂的语言，结合生动的图示，详细解释了如何通过合理的冗余配置来提高系统的可靠性，以及在系统发生故障时，如何快速有效地定位问题并进行修复。书中还分享了一些在实际操作中常用的技巧和经验，例如如何进行PLC的编程和调试，如何进行HMI界面的设计等等。这些内容对于我这种希望将理论知识转化为实际操作能力的人来说，简直是量身定制的。

评分☆☆☆☆☆

说实话，市面上关于DCS和现场总线的书籍不少，但大多过于侧重理论，读起来枯燥乏味，很难将知识点与实际工程联系起来。然而，这本《DCS及现场总线技术》却给了我惊喜。在讲解过程中，作者非常注重结合实际工程应用，书中穿插了大量来自不同行业（如电力、石化、制药等）的经典案例分析。我尤其印象深刻的是，书中对某个制药车间DCS系统升级改造的详细过程进行了剖析，从前期需求分析、系统选型，到后期集成部署、调试优化，每一步都娓娓道来，让我对整个工程周期有了清晰的认识。更难得的是，作者还分享了一些在实际项目中可能遇到的常见问题及解决方案，这对于我这种即将步入工程领域的新人来说，无疑是宝贵的经验财富。书中不仅仅是在“教”技术，更是在“授”方法，让我感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在学习如何成为一名合格的工程师。

评分☆☆☆☆☆

从事电气工程相关工作的我，一直对DCS和现场总线技术在现代工业生产中的应用感到好奇。这本《DCS及现场总线技术》在我的阅读过程中，给我带来了深刻的启发。书中对DCS系统在安全控制、联锁逻辑以及报警管理方面的讲解，让我充分认识到其在保障生产安全和提高自动化水平方面的核心作用。作者通过详实的案例，展示了如何通过DCS系统实现对生产过程的实时监控、参数调整和数据分析，从而优化生产效率，降低能耗。我尤其对书中关于“数据采集与处理”和“历史数据分析”的章节印象深刻，这让我明白，DCS系统不仅仅是控制的工具，更是信息化的载体。通过对历史数据的深入挖掘，我们可以发现潜在的改进空间，实现生产过程的持续优化。这本书让我对DCS技术有了更全面、更深刻的理解，也为我在未来的工作中提供了宝贵的思路。

评分☆☆☆☆☆

初拿到这本《DCS及现场总线技术》，我其实是抱着一种忐忑的心情。毕竟，我对工业自动化这块的知识了解得算不上深入，很多专业术语对我来说都如同天书。但翻开第一页，我便被深深吸引住了。作者的开篇没有直接切入枯燥的原理，而是从一个生动的案例讲起，详细描述了某大型化工厂如何通过引入DCS系统，实现了生产过程的精细化管理和效率的飞跃。这个案例不仅通俗易懂，还让我对DCS在实际生产中的重要性有了直观的认识。随后，书中对DCS系统的基本架构、核心组成部分以及各种通信协议进行了深入浅出的讲解。我特别喜欢书中对于“控制器”、“工程师站”、“操作员站”等关键部分的剖析，作者用了很多类比和图示，将原本抽象的概念具象化，让我这个初学者也能轻松理解。书中的内容详略得当，既有理论高度，又不失实践指导意义，让我感觉自己真的在一步步构建起对DCS技术的认知体系。

评分☆☆☆☆☆

3.1

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第6章

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Y计算机控制系统基础

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个

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的

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男

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dcs的构成及联系

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第1章w

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是