第1章 SCADA系统概述 1
1.1 SCADA系统概念 1
1.2 SCADA系统组成 3
1.2.1 下位机系统 4
1.2.2 上位机系统(监控中心) 7
1.2.3 通信网络 9
1.2.4 检测和执行设备 9
1.3 SCADA系统典型结构 10
1.3.1 客户机/服务器结构 11
1.3.2 浏览器/服务器结构 11
1.3.3 两种系统结构比较 12
1.4 典型工业控制系统及其比较 13
1.4.1 工业生产行业特性及其控制系统特点 13
1.4.2 几种典型工业控制系统 14
1.4.3 DCS与SCADA系统比较 17
1.5 SCADA系统的应用 20
1.5.1 SCADA系统应用效果 20
1.5.2 SCADA系统在电力系统中的应用 20
1.5.3 SCADA系统在高铁防灾系统中的应用 21
1.5.4 SCADA系统在楼宇自动化中的应用 21
1.5.5 SCADA系统在油气长距离输送中的应用 23
1.5.6 SCADA系统在其他领域的应用 25
第2章 数据通信与网络技术 26
2.1 SCADA系统中的数据通信 26
2.2 数据通信概述 27
2.2.1 数据通信系统组成 27
2.2.2 数据传输的几个基本概念 28
2.2.3 差错控制 30
2.3 通用串行通信 32
2.3.1 串行通信参数 33
2.3.2 流量控制 34
2.3.3 RS-232C接口特性与串行通信 35
2.3.4 RS-422与RS-485串行接口 37
2.3.5 RS-485网络的主从式通信 38
2.3.6 串口服务器 41
2.4 MODBUS通信协议 46
2.4.1 Modbus 协议概述 46
2.4.2 常用Modbus 协议 47
2.5 现场总线技术 49
2.5.1 现场总线的体系结构与特点 49
2.5.2 几种有影响的现场总线 50
2.6 SCADA系统中的网络技术 54
2.6.1 通信网络概述 54
2.6.2 计算机网络拓扑结构与分类 54
2.6.3 网络传输介质 57
2.6.4 网络体系结构与参考模型 62
2.7 TCP/IP协议 64
2.7.1 TCP协议 65
2.7.2 UDP协议 67
2.7.3 网络层IP协议 69
2.8 工业以太网 71
2.8.1 以太网技术 71
2.8.2 介质访问控制方式 74
2.8.3 工业以太网概述 76
2.8.4 几种典型工业以太网 79
第3章 I/O接口与数据采集技术 86
3.1 SCADA系统I/O接口概述 86
3.2 I/O接口模块 87
3.2.1 数字量模块 87
3.2.2 模拟量模块 90
3.3 基于PC的数据采集技术 91
3.3.1 常用的数据采集方法 91
3.3.2 数据采集中的I/O控制方式 92
3.4 基于PC的数据采集系统编程 95
3.4.1 基于DLL的数据采集 96
3.4.2 基于ActiveX的数据采集程序设计 98
3.4.3 PC总线I/O板卡设备数据采集编程 100
3.5 PLC在数据采集系统中的应用 104
3.5.1 集成PLC与数据采集模块的模拟量数据采集编程 104
3.5.2 用PLC与智能仪表配合进行数据采集编程 106
3.5.3 用PLC进行数据采集编程 109
3.6 基于虚拟仪器的数据采集技术 113
3.6.1 虚拟仪器技术 113
3.6.2 虚拟仪器软件开发平台 114
3.7 基于WEB的远程数据采集与监控 120
3.7.1 基于Web的远程数据采集与监控 121
3.7.2 利用组态软件实现数据的远程访问 122
第4章 工业控制编程语言标准及基于PC的控制技术 125
4.1 IEC 61131-3标准的产生与特点 125
4.1.1 传统的PLC编程语言的不足 125
4.1.2 IEC 61131-3标准的产生 126
4.1.3 IEC 61131-3标准的特点 128
4.2 IEC 61131-3的基本内容 130
4.2.1 语言元素 130
4.2.2 数据类型 136
4.2.3 变量 139
4.3 程序组织单元 145
4.3.1 程序组织单元及其组成 145
4.3.2 功能 147
4.3.3 功能块 148
4.3.4 程序 150
4.4 软件、通信和功能模型 150
4.4.1 软件模型 150
4.4.2 通信模型 153
4.5 IEC 61131-3标准的5种编程语言 155
4.5.1 顺序功能图 155
4.5.2 梯形图语言 156
4.5.3 功能块图 157
4.5.4 结构化文本语言 158
4.5.5 指令表语言 159
4.6 基于IEC 61131-3标准的编程软件 160
4.6.1 MULTIPROG 161
4.6.2 OpenPCS 163
4.6.3 CoDesys 164
4.7 基于PC(PC-BASED)的控制技术及应用 164
4.7.1 基于PC的控制技术产生 164
4.7.2 基于PC的控制技术的发展 165
4.8 PAC在真空制盐过程控制中的应用 170
4.8.1 真空制盐工艺过程与控制要求 170
4.8.2 真空制盐控制系统总体设计 170
4.8.3 真空制盐过程PID控制方案及其实现 171
第5章 工业控制组态软件 175
5.1 人机界面 175
5.2 组态软件的产生及发展 176
5.3 组态软件的功能需求 177
5.4 组态软件系统构成与技术特色 178
5.4.1 组态软件的总体结构及其相似性 178
5.4.2 组态软件的功能部件 180
5.4.3 组态软件技术特色 186
5.5 主要的组态软件介绍 187
5.5.1 iFIX 187
5.5.2 InTouch 189
5.5.3 WinCC 191
5.5.4 罗克韦尔FactoryTalk View Studio 193
5.5.5 组态王 194
5.5.6 WebAccess 196
5.6 组态软件的局限及功能扩展 199
5.6.1 组态软件的功能局限性 199
5.6.2 用DDE扩展组态软件功能 200
5.7 用组态软件开发SCADA系统上位机人机界面 203
5.7.1 组态软件选型 203
5.7.2 用组态软件设计SCADA人机界面 205
5.7.3 SCADA系统中数据报表开发 208
5.7.4 SCADA系统人机界面的调试 209
第6章 工业控制实时数据交换标准 ―OPC规范 210
6.1 OPC的开发背景和历史 210
6.2 OPC的关键技术与体系结构 212
6.2.1 COM与DCOM技术 212
6.2.2 COM主要特性 214
6.2.3 基于OPC的客户机/服务器数据交换模型 215
6.3 OPC分层模型结构与对象接口 216
6.3.1 OPC分层模型结构 216
6.3.2 OPC对象接口 217
6.4 OPC接口与数据访问方法 220
6.4.1 OPC接口 220
6.4.2 OPC数据访问方法 221
6.5 其他OPC规范 223
6.5.1 OPC报警与事件 223
6.5.2 OPC历史数据存取 224
6.5.3 OPC批量服务器 224
6.6 OPC服务器与客户程序设计 224
6.6.1 OPC服务器设计 224
6.6.2 OPC客户程序设计 226
6.6.3 OPC软件工具包 227
6.6.4 互操作性测试 227
6.7 OPC UA规范 227
6.7.1 OPC UA规范提出的背景 227
6.7.2 OPC UA规范内容 230
6.8 OPC规范在TE过程模拟仿真与控制中的应用 234
6.8.1 TE过程模拟仿真与控制系统总体结构 234
6.8.2 基于OPC规范的TE过程模拟仿真与控制系统实现 238
第7章 工业控制系统功能安全与信息安全 246
7.1 功能安全与安全仪表系统 246
7.1.1 功能安全相关知识 246
7.1.2 安全仪表系统 250
7.1.3 安全生命周期 257
7.1.4 安全仪表产品类型 259
7.1.5 安全仪表系统与常规控制系统的不同 261
7.2 安全仪表系统设计与应用 262
7.2.1 安全仪表系统设计原则 262
7.2.2 安全仪表系统设计步骤 263
7.2.3 安全仪表系统工程应用案例 264
7.3 工业控制系统信息安全 268
7.3.1 信息安全 268
7.3.2 工业控制系统信息安全概述 270
7.3.3 工业控制系统信息安全与IT系统信息安全比较 272
7.3.4 工业控制系统体系结构及其脆弱性分析 274
7.4 工业控制系统信息安全标准 277
7.4.1 国际标准和指南 277
7.4.2 我国国家和行业标准 280
7.5 工业控制系统安全防护 280
7.5.1 工业控制系统信息防护措施 280
7.5.2 工业控制系统信息安全防护典型解决方案 282
第8章 SCADA系统设计与开发 286
8.1 SCADA系统设计概述 286
8.2 SCADA系统设计原则 286
8.3 SCADA系统设计与开发步骤 288
8.3.1 SCADA系统需求分析与总体设计 288
8.3.2 SCADA系统类型确定与设备选型 291
8.3.3 SCADA系统应用软件开发 293
8.4 控制策略与PID算法 296
8.4.1 PID控制算法 297
8.4.2 PLC中的PID控制指令 298
8.4.3 PID控制器参数整定 301
8.5 SCADA系统调试与运行 303
8.5.1 离线仿真调试 303
8.5.2 在线调试和运行 305
8.6 SCADA系统可靠性设计 305
8.6.1 供电抗干扰措施 305
8.6.2 接地抗干扰措施 306
8.6.3 软件抗干扰措施 308
8.6.4 空间抗干扰措施 310
第9章 SCADA系统应用案例分析 311
9.1 污染源在线监控SCADA系统设计与实现 312
9.1.1 概述 312
9.1.2 系统结构与特点 312
9.1.3 系统配置及功能 314
9.2 污水处理厂SCADA系统设计与开发 316
9.2.1 概述 316
9.2.2 污水处理厂SCADA系统结构与功能 317
9.2.3 污水厂SCADA系统主要硬件设备选型 320
9.2.4 污水处理厂SCADA系统下位机PLC站控制软件开发 324
9.2.5 基于OPC技术的上、下位机通信系统开发 335
9.2.6 污水处理厂SCADA系统上位机软件开发 337
9.2.7 系统调试与运行 340
9.3 油田抽油机SCADA系统设计与开发 341
9.3.1 油田抽油机SCADA系统组成 341
9.3.2 油田中心控制室软件描述 342
9.3.3 抽油机现场控制器 345
9.3.4 油井自动计量控制器 348
9.4 原油输送管线SCADA系统设计与开发 349
9.4.1 概述 349
9.4.2 OPTO 22 SCADA系统解决方案 350
9.4.3 原油输送管线SCADA系统设计与开发 353
参考文献 359
坦白说,一开始拿到这本《工业控制系统及应用 SCADA系统篇》,我的第一反应是“又是一本讲SCADA的书”,没抱太大希望,觉得无非是把概念罗列一遍。但当我翻开书页,我就被深深吸引住了。作者的叙述方式非常独特,他不像很多技术书籍那样枯燥乏味,而是通过大量的“故事”来阐述 SCADA 系统的方方面面。比如,他会描绘一个典型的 SCADA 系统在化工厂中的应用场景,从仪表信号的采集,到控制室大屏幕上实时跳动的数据,再到操作员如何根据这些数据做出决策,整个过程被描绘得绘声绘色,仿佛就在眼前。书中的分析也非常到位,不仅仅是告诉你“是什么”,更重要的是告诉你“为什么”。举个例子,在讲解 SCADA 系统的 HMI 设计时,作者不是简单地列举了几个设计原则,而是深入分析了用户界面设计如何直接影响操作员的效率和系统的安全性,并给出了许多非常实用的设计建议,比如如何优化报警信息的显示方式,如何设计直观的趋势图等等。我尤其喜欢的是书中关于 SCADA 系统性能优化和维护策略的讨论,作者提到了许多我之前从未想到过的优化方法,比如如何通过调整采样周期来平衡数据精度和系统负载,如何利用数据冗余来提高系统的可靠性。这本书给我最大的感受就是,它不仅仅是一本技术手册,更是一本充满智慧和实战经验的指南,它让我从一个更深层次的角度去理解 SCADA 系统,也让我对未来的工业自动化发展有了更清晰的认识。
评分这本书简直就是我近期工作中的“救命稻草”!我之前对 SCADA 系统的了解仅限于皮毛,知道它能监控一些工业设备,但具体怎么实现,里面有什么门道,一直是一头雾水。拿到这本书后,我简直是废寝忘食地啃。作者的写作风格非常接地气,没有那些晦涩难懂的理论堆砌,而是从实际应用的角度出发,一步一步地带领读者走进 SCADA 的世界。书中最令我印象深刻的是关于 SCADA 系统设计和实施的部分。作者详细介绍了如何根据不同的工业场景,选择合适的 SCADA 软件平台,如何进行系统的集成和配置,以及在实际部署过程中需要注意的关键点。比如,在自动化生产线上,如何设计一套能够实时监控生产效率、设备状态,并能及时报警的 SCADA 系统;在水务系统中,如何实现对水源、水质、管网压力等数据的远程监控和调度。这些内容都非常有针对性,而且作者还分享了许多宝贵的经验和技巧,让我觉得这不仅仅是一本书,更像是一位经验丰富的导师在手把手地教我。特别是关于 SCADA 系统维护和故障排除的章节,里面列举了各种常见的故障现象,并提供了详细的排查步骤和解决方案,这对我日常工作中遇到的难题提供了极大的帮助。总而言之,这本书的实用性超乎我的想象,让我对 SCADA 系统有了系统性的认识,也极大地提升了我处理相关技术问题的信心。
评分作为一名在电力行业摸爬滚打多年的技术人员,我接触 SCADA 系统已经很多年了,见过各种各样的 SCADA 平台和应用。拿到这本书的时候,我本来抱着试试看的态度,想看看这本书能给我带来什么新东西。没想到,这本书的深度和广度都超出了我的预期。作者在 SCADA 系统的通信协议和网络架构方面,给出了非常详尽的分析,特别是对一些老旧协议和新兴协议的比较,以及在不同网络环境下如何实现稳定可靠的通信,都写得相当到位。我尤其关注的是书中关于 SCADA 系统与上位机、 PLC 等设备如何无缝集成的部分,作者通过大量的实例,清晰地展示了不同通信方式(串口、以太网)的应用场景,以及数据交互的原理。另外,书中对 SCADA 系统的历史数据存储和分析功能也有深入的探讨,这对于电力系统的运行维护和趋势预测至关重要。作者提到了多种数据库技术在 SCADA 系统中的应用,以及如何进行数据挖掘和可视化展示,这些内容为我们提升 SCADA 系统的智能化水平提供了很好的参考。书中的内容不仅仅局限于技术原理,还涉及到了 SCADA 系统的标准化、规范化管理,以及与 MIS、 MES 等系统的集成,这使得整本书的视角更加全面和宏观。对于有丰富 SCADA 系统实践经验的人来说,这本书绝对是一本值得细细品读、深入研究的参考资料。
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评分这本书我真是从头到尾捧着读完了,说实话,最开始拿到这本书,我的想法是,这不就是一本介绍SCADA系统架构、基本原理的书嘛,应该会有点枯燥,但是越读越觉得,作者真的是把SCADA系统在工业现场的实际应用,把那些看似抽象的技术概念,讲得生动形象,而且逻辑性特别强。从 SCADA 系统的定义、发展历程,到它的核心组成部分,比如人机界面(HMI)、监控和数据采集(SCADA)服务器、通信网络、数据库等等,作者都给出了非常清晰的阐述,并且穿插了不少现实中的案例。尤其是在讲解 SCADA 的数据采集部分,作者不仅介绍了各种传感器和仪表,还深入探讨了数据传输协议,比如 Modbus、OPC UA 等,这一点对我这个在现场经常会遇到各种设备互联问题的工程师来说,简直是及时雨。我最喜欢的部分是关于 SCADA 系统安全性的章节,在当前工业控制系统面临的各种网络威胁日益严峻的背景下,这本书详细地介绍了 SCADA 系统的安全漏洞,以及如何通过物理隔离、网络防火墙、身份认证、数据加密等多种手段来构建坚固的安全防线,这部分的内容让我在实际工作中有了很多新的思路和解决方案。而且,书中的图文并茂,很多示意图和流程图都画得非常直观,即使是一些复杂的通信拓扑,也能一目了然,大大降低了理解难度。总的来说,这本书不仅适合初学者入门,对于有一定 SCADA 系统基础的读者,也能从中获得不少启发和深化认识。
评分很好,学习很有帮助
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评分好东西,质量好
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