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

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。

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

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