第1章 SCADA係統概述 1
1.1 SCADA係統概念 1
1.2 SCADA係統組成 3
1.2.1 下位機係統 4
1.2.2 上位機係統(監控中心) 7
1.2.3 通信網絡 9
1.2.4 檢測和執行設備 9
1.3 SCADA係統典型結構 10
1.3.1 客戶機/服務器結構 11
1.3.2 瀏覽器/服務器結構 11
1.3.3 兩種係統結構比較 12
1.4 典型工業控製係統及其比較 13
1.4.1 工業生産行業特性及其控製係統特點 13
1.4.2 幾種典型工業控製係統 14
1.4.3 DCS與SCADA係統比較 17
1.5 SCADA係統的應用 20
1.5.1 SCADA係統應用效果 20
1.5.2 SCADA係統在電力係統中的應用 20
1.5.3 SCADA係統在高鐵防災係統中的應用 21
1.5.4 SCADA係統在樓宇自動化中的應用 21
1.5.5 SCADA係統在油氣長距離輸送中的應用 23
1.5.6 SCADA係統在其他領域的應用 25
第2章 數據通信與網絡技術 26
2.1 SCADA係統中的數據通信 26
2.2 數據通信概述 27
2.2.1 數據通信係統組成 27
2.2.2 數據傳輸的幾個基本概念 28
2.2.3 差錯控製 30
2.3 通用串行通信 32
2.3.1 串行通信參數 33
2.3.2 流量控製 34
2.3.3 RS-232C接口特性與串行通信 35
2.3.4 RS-422與RS-485串行接口 37
2.3.5 RS-485網絡的主從式通信 38
2.3.6 串口服務器 41
2.4 MODBUS通信協議 46
2.4.1 Modbus 協議概述 46
2.4.2 常用Modbus 協議 47
2.5 現場總綫技術 49
2.5.1 現場總綫的體係結構與特點 49
2.5.2 幾種有影響的現場總綫 50
2.6 SCADA係統中的網絡技術 54
2.6.1 通信網絡概述 54
2.6.2 計算機網絡拓撲結構與分類 54
2.6.3 網絡傳輸介質 57
2.6.4 網絡體係結構與參考模型 62
2.7 TCP/IP協議 64
2.7.1 TCP協議 65
2.7.2 UDP協議 67
2.7.3 網絡層IP協議 69
2.8 工業以太網 71
2.8.1 以太網技術 71
2.8.2 介質訪問控製方式 74
2.8.3 工業以太網概述 76
2.8.4 幾種典型工業以太網 79
第3章 I/O接口與數據采集技術 86
3.1 SCADA係統I/O接口概述 86
3.2 I/O接口模塊 87
3.2.1 數字量模塊 87
3.2.2 模擬量模塊 90
3.3 基於PC的數據采集技術 91
3.3.1 常用的數據采集方法 91
3.3.2 數據采集中的I/O控製方式 92
3.4 基於PC的數據采集係統編程 95
3.4.1 基於DLL的數據采集 96
3.4.2 基於ActiveX的數據采集程序設計 98
3.4.3 PC總綫I/O闆卡設備數據采集編程 100
3.5 PLC在數據采集係統中的應用 104
3.5.1 集成PLC與數據采集模塊的模擬量數據采集編程 104
3.5.2 用PLC與智能儀錶配閤進行數據采集編程 106
3.5.3 用PLC進行數據采集編程 109
3.6 基於虛擬儀器的數據采集技術 113
3.6.1 虛擬儀器技術 113
3.6.2 虛擬儀器軟件開發平颱 114
3.7 基於WEB的遠程數據采集與監控 120
3.7.1 基於Web的遠程數據采集與監控 121
3.7.2 利用組態軟件實現數據的遠程訪問 122
第4章 工業控製編程語言標準及基於PC的控製技術 125
4.1 IEC 61131-3標準的産生與特點 125
4.1.1 傳統的PLC編程語言的不足 125
4.1.2 IEC 61131-3標準的産生 126
4.1.3 IEC 61131-3標準的特點 128
4.2 IEC 61131-3的基本內容 130
4.2.1 語言元素 130
4.2.2 數據類型 136
4.2.3 變量 139
4.3 程序組織單元 145
4.3.1 程序組織單元及其組成 145
4.3.2 功能 147
4.3.3 功能塊 148
4.3.4 程序 150
4.4 軟件、通信和功能模型 150
4.4.1 軟件模型 150
4.4.2 通信模型 153
4.5 IEC 61131-3標準的5種編程語言 155
4.5.1 順序功能圖 155
4.5.2 梯形圖語言 156
4.5.3 功能塊圖 157
4.5.4 結構化文本語言 158
4.5.5 指令錶語言 159
4.6 基於IEC 61131-3標準的編程軟件 160
4.6.1 MULTIPROG 161
4.6.2 OpenPCS 163
4.6.3 CoDesys 164
4.7 基於PC(PC-BASED)的控製技術及應用 164
4.7.1 基於PC的控製技術産生 164
4.7.2 基於PC的控製技術的發展 165
4.8 PAC在真空製鹽過程控製中的應用 170
4.8.1 真空製鹽工藝過程與控製要求 170
4.8.2 真空製鹽控製係統總體設計 170
4.8.3 真空製鹽過程PID控製方案及其實現 171
第5章 工業控製組態軟件 175
5.1 人機界麵 175
5.2 組態軟件的産生及發展 176
5.3 組態軟件的功能需求 177
5.4 組態軟件係統構成與技術特色 178
5.4.1 組態軟件的總體結構及其相似性 178
5.4.2 組態軟件的功能部件 180
5.4.3 組態軟件技術特色 186
5.5 主要的組態軟件介紹 187
5.5.1 iFIX 187
5.5.2 InTouch 189
5.5.3 WinCC 191
5.5.4 羅剋韋爾FactoryTalk View Studio 193
5.5.5 組態王 194
5.5.6 WebAccess 196
5.6 組態軟件的局限及功能擴展 199
5.6.1 組態軟件的功能局限性 199
5.6.2 用DDE擴展組態軟件功能 200
5.7 用組態軟件開發SCADA係統上位機人機界麵 203
5.7.1 組態軟件選型 203
5.7.2 用組態軟件設計SCADA人機界麵 205
5.7.3 SCADA係統中數據報錶開發 208
5.7.4 SCADA係統人機界麵的調試 209
第6章 工業控製實時數據交換標準 ―OPC規範 210
6.1 OPC的開發背景和曆史 210
6.2 OPC的關鍵技術與體係結構 212
6.2.1 COM與DCOM技術 212
6.2.2 COM主要特性 214
6.2.3 基於OPC的客戶機/服務器數據交換模型 215
6.3 OPC分層模型結構與對象接口 216
6.3.1 OPC分層模型結構 216
6.3.2 OPC對象接口 217
6.4 OPC接口與數據訪問方法 220
6.4.1 OPC接口 220
6.4.2 OPC數據訪問方法 221
6.5 其他OPC規範 223
6.5.1 OPC報警與事件 223
6.5.2 OPC曆史數據存取 224
6.5.3 OPC批量服務器 224
6.6 OPC服務器與客戶程序設計 224
6.6.1 OPC服務器設計 224
6.6.2 OPC客戶程序設計 226
6.6.3 OPC軟件工具包 227
6.6.4 互操作性測試 227
6.7 OPC UA規範 227
6.7.1 OPC UA規範提齣的背景 227
6.7.2 OPC UA規範內容 230
6.8 OPC規範在TE過程模擬仿真與控製中的應用 234
6.8.1 TE過程模擬仿真與控製係統總體結構 234
6.8.2 基於OPC規範的TE過程模擬仿真與控製係統實現 238
第7章 工業控製係統功能安全與信息安全 246
7.1 功能安全與安全儀錶係統 246
7.1.1 功能安全相關知識 246
7.1.2 安全儀錶係統 250
7.1.3 安全生命周期 257
7.1.4 安全儀錶産品類型 259
7.1.5 安全儀錶係統與常規控製係統的不同 261
7.2 安全儀錶係統設計與應用 262
7.2.1 安全儀錶係統設計原則 262
7.2.2 安全儀錶係統設計步驟 263
7.2.3 安全儀錶係統工程應用案例 264
7.3 工業控製係統信息安全 268
7.3.1 信息安全 268
7.3.2 工業控製係統信息安全概述 270
7.3.3 工業控製係統信息安全與IT係統信息安全比較 272
7.3.4 工業控製係統體係結構及其脆弱性分析 274
7.4 工業控製係統信息安全標準 277
7.4.1 國際標準和指南 277
7.4.2 我國國傢和行業標準 280
7.5 工業控製係統安全防護 280
7.5.1 工業控製係統信息防護措施 280
7.5.2 工業控製係統信息安全防護典型解決方案 282
第8章 SCADA係統設計與開發 286
8.1 SCADA係統設計概述 286
8.2 SCADA係統設計原則 286
8.3 SCADA係統設計與開發步驟 288
8.3.1 SCADA係統需求分析與總體設計 288
8.3.2 SCADA係統類型確定與設備選型 291
8.3.3 SCADA係統應用軟件開發 293
8.4 控製策略與PID算法 296
8.4.1 PID控製算法 297
8.4.2 PLC中的PID控製指令 298
8.4.3 PID控製器參數整定 301
8.5 SCADA係統調試與運行 303
8.5.1 離綫仿真調試 303
8.5.2 在綫調試和運行 305
8.6 SCADA係統可靠性設計 305
8.6.1 供電抗乾擾措施 305
8.6.2 接地抗乾擾措施 306
8.6.3 軟件抗乾擾措施 308
8.6.4 空間抗乾擾措施 310
第9章 SCADA係統應用案例分析 311
9.1 汙染源在綫監控SCADA係統設計與實現 312
9.1.1 概述 312
9.1.2 係統結構與特點 312
9.1.3 係統配置及功能 314
9.2 汙水處理廠SCADA係統設計與開發 316
9.2.1 概述 316
9.2.2 汙水處理廠SCADA係統結構與功能 317
9.2.3 汙水廠SCADA係統主要硬件設備選型 320
9.2.4 汙水處理廠SCADA係統下位機PLC站控製軟件開發 324
9.2.5 基於OPC技術的上、下位機通信係統開發 335
9.2.6 汙水處理廠SCADA係統上位機軟件開發 337
9.2.7 係統調試與運行 340
9.3 油田抽油機SCADA係統設計與開發 341
9.3.1 油田抽油機SCADA係統組成 341
9.3.2 油田中心控製室軟件描述 342
9.3.3 抽油機現場控製器 345
9.3.4 油井自動計量控製器 348
9.4 原油輸送管綫SCADA係統設計與開發 349
9.4.1 概述 349
9.4.2 OPTO 22 SCADA係統解決方案 350
9.4.3 原油輸送管綫SCADA係統設計與開發 353
參考文獻 359
作為一名在電力行業摸爬滾打多年的技術人員,我接觸 SCADA 係統已經很多年瞭,見過各種各樣的 SCADA 平颱和應用。拿到這本書的時候,我本來抱著試試看的態度,想看看這本書能給我帶來什麼新東西。沒想到,這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。作者在 SCADA 係統的通信協議和網絡架構方麵,給齣瞭非常詳盡的分析,特彆是對一些老舊協議和新興協議的比較,以及在不同網絡環境下如何實現穩定可靠的通信,都寫得相當到位。我尤其關注的是書中關於 SCADA 係統與上位機、 PLC 等設備如何無縫集成的部分,作者通過大量的實例,清晰地展示瞭不同通信方式(串口、以太網)的應用場景,以及數據交互的原理。另外,書中對 SCADA 係統的曆史數據存儲和分析功能也有深入的探討,這對於電力係統的運行維護和趨勢預測至關重要。作者提到瞭多種數據庫技術在 SCADA 係統中的應用,以及如何進行數據挖掘和可視化展示,這些內容為我們提升 SCADA 係統的智能化水平提供瞭很好的參考。書中的內容不僅僅局限於技術原理,還涉及到瞭 SCADA 係統的標準化、規範化管理,以及與 MIS、 MES 等係統的集成,這使得整本書的視角更加全麵和宏觀。對於有豐富 SCADA 係統實踐經驗的人來說,這本書絕對是一本值得細細品讀、深入研究的參考資料。
評分我最近在負責一個項目的 SCADA 係統升級改造,壓力特彆大,因為涉及到方方麵麵,而且我也是第一次接觸這麼大規模的 SCADA 項目。在朋友的推薦下,我拿到瞭這本《工業控製係統及應用 SCADA係統篇》。說實話,這本書對我的幫助實在是太大瞭,簡直是及時雨。作者在 SCADA 係統的軟件架構和開發方麵,給齣瞭非常詳盡的講解,特彆是關於各種 SCADA 軟件平颱的功能特點、優劣勢分析,以及如何在不同的應用場景下進行選型,都寫得非常專業。我之前一直對 SCADA 軟件的二次開發感到頭疼,不知道從何下手,而這本書詳細介紹瞭 SCADA 軟件的 API 接口、腳本編程、數據庫訪問等技術,讓我對如何進行定製化開發有瞭清晰的思路。而且,書中還專門講解瞭 SCADA 係統與 MES、 ERP 等企業管理係統集成的問題,這一點對於我正在進行的跨係統數據整閤工作來說,簡直是量身定做的指導。作者通過實際案例,詳細闡述瞭數據交換的模式、接口協議以及常見的集成挑戰,並提供瞭相應的解決方案。另外,書中關於 SCADA 係統的性能評估和容量規劃的內容,也對我準確評估係統需求、閤理配置硬件資源起到瞭關鍵作用。這本書的特點是,它既有宏觀的係統架構分析,又有微觀的技術細節講解,而且內容都緊密結閤實際應用,非常有指導意義。對於像我一樣在 SCADA 係統建設一綫的人員來說,這本書絕對是不可或缺的寶貴財富。
評分這本書我真是從頭到尾捧著讀完瞭,說實話,最開始拿到這本書,我的想法是,這不就是一本介紹SCADA係統架構、基本原理的書嘛,應該會有點枯燥,但是越讀越覺得,作者真的是把SCADA係統在工業現場的實際應用,把那些看似抽象的技術概念,講得生動形象,而且邏輯性特彆強。從 SCADA 係統的定義、發展曆程,到它的核心組成部分,比如人機界麵(HMI)、監控和數據采集(SCADA)服務器、通信網絡、數據庫等等,作者都給齣瞭非常清晰的闡述,並且穿插瞭不少現實中的案例。尤其是在講解 SCADA 的數據采集部分,作者不僅介紹瞭各種傳感器和儀錶,還深入探討瞭數據傳輸協議,比如 Modbus、OPC UA 等,這一點對我這個在現場經常會遇到各種設備互聯問題的工程師來說,簡直是及時雨。我最喜歡的部分是關於 SCADA 係統安全性的章節,在當前工業控製係統麵臨的各種網絡威脅日益嚴峻的背景下,這本書詳細地介紹瞭 SCADA 係統的安全漏洞,以及如何通過物理隔離、網絡防火牆、身份認證、數據加密等多種手段來構建堅固的安全防綫,這部分的內容讓我在實際工作中有瞭很多新的思路和解決方案。而且,書中的圖文並茂,很多示意圖和流程圖都畫得非常直觀,即使是一些復雜的通信拓撲,也能一目瞭然,大大降低瞭理解難度。總的來說,這本書不僅適閤初學者入門,對於有一定 SCADA 係統基礎的讀者,也能從中獲得不少啓發和深化認識。
評分坦白說,一開始拿到這本《工業控製係統及應用 SCADA係統篇》,我的第一反應是“又是一本講SCADA的書”,沒抱太大希望,覺得無非是把概念羅列一遍。但當我翻開書頁,我就被深深吸引住瞭。作者的敘述方式非常獨特,他不像很多技術書籍那樣枯燥乏味,而是通過大量的“故事”來闡述 SCADA 係統的方方麵麵。比如,他會描繪一個典型的 SCADA 係統在化工廠中的應用場景,從儀錶信號的采集,到控製室大屏幕上實時跳動的數據,再到操作員如何根據這些數據做齣決策,整個過程被描繪得繪聲繪色,仿佛就在眼前。書中的分析也非常到位,不僅僅是告訴你“是什麼”,更重要的是告訴你“為什麼”。舉個例子,在講解 SCADA 係統的 HMI 設計時,作者不是簡單地列舉瞭幾個設計原則,而是深入分析瞭用戶界麵設計如何直接影響操作員的效率和係統的安全性,並給齣瞭許多非常實用的設計建議,比如如何優化報警信息的顯示方式,如何設計直觀的趨勢圖等等。我尤其喜歡的是書中關於 SCADA 係統性能優化和維護策略的討論,作者提到瞭許多我之前從未想到過的優化方法,比如如何通過調整采樣周期來平衡數據精度和係統負載,如何利用數據冗餘來提高係統的可靠性。這本書給我最大的感受就是,它不僅僅是一本技術手冊,更是一本充滿智慧和實戰經驗的指南,它讓我從一個更深層次的角度去理解 SCADA 係統,也讓我對未來的工業自動化發展有瞭更清晰的認識。
評分這本書簡直就是我近期工作中的“救命稻草”!我之前對 SCADA 係統的瞭解僅限於皮毛,知道它能監控一些工業設備,但具體怎麼實現,裏麵有什麼門道,一直是一頭霧水。拿到這本書後,我簡直是廢寢忘食地啃。作者的寫作風格非常接地氣,沒有那些晦澀難懂的理論堆砌,而是從實際應用的角度齣發,一步一步地帶領讀者走進 SCADA 的世界。書中最令我印象深刻的是關於 SCADA 係統設計和實施的部分。作者詳細介紹瞭如何根據不同的工業場景,選擇閤適的 SCADA 軟件平颱,如何進行係統的集成和配置,以及在實際部署過程中需要注意的關鍵點。比如,在自動化生産綫上,如何設計一套能夠實時監控生産效率、設備狀態,並能及時報警的 SCADA 係統;在水務係統中,如何實現對水源、水質、管網壓力等數據的遠程監控和調度。這些內容都非常有針對性,而且作者還分享瞭許多寶貴的經驗和技巧,讓我覺得這不僅僅是一本書,更像是一位經驗豐富的導師在手把手地教我。特彆是關於 SCADA 係統維護和故障排除的章節,裏麵列舉瞭各種常見的故障現象,並提供瞭詳細的排查步驟和解決方案,這對我日常工作中遇到的難題提供瞭極大的幫助。總而言之,這本書的實用性超乎我的想象,讓我對 SCADA 係統有瞭係統性的認識,也極大地提升瞭我處理相關技術問題的信心。
評分贊
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