工業(yè)控制系統(tǒng)及應(yīng)用：SCADA系統(tǒng)篇

目 錄
第1章 SCADA系統(tǒng)概述1
1.1 SCADA系統(tǒng)概念1
1.2 SCADA系統(tǒng)組成3
1.2.1 下位機系統(tǒng)4
1.2.2 上位機系統(tǒng)（監(jiān)控中心）7
1.2.3 通信網(wǎng)絡(luò)9
1.2.4 檢測和執(zhí)行設(shè)備9
1.3 SCADA系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)10
1.3.1 客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)11
1.3.2 瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)11
1.3.3 兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較12
1.4 典型工業(yè)控制系統(tǒng)及其比較13
1.4.1 工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)特性及其控制系統(tǒng)特點13
1.4.2 幾種典型工業(yè)控制系統(tǒng)14
1.4.3 DCS與SCADA系統(tǒng)比較17
1.5 SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用20
1.5.1 SCADA系統(tǒng)應(yīng)用效果20
1.5.2 SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用20
1.5.3 SCADA系統(tǒng)在高鐵防災(zāi)系統(tǒng)中的應(yīng)用21
1.5.4 SCADA系統(tǒng)在樓宇自動化中的應(yīng)用21
1.5.5 SCADA系統(tǒng)在油氣長距離輸送中的應(yīng)用23
1.5.6 SCADA系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用25
第2章 數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)26
2.1 SCADA系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信26
2.2 數(shù)據(jù)通信概述27
2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成27
2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸讉€基本概念28
2.2.3 差錯控制30
2.3 通用串行通信32
2.3.1 串行通信參數(shù)33
2.3.2 流量控制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(wǎng)絡(luò)的主從式通信38
2.3.6 串口服務(wù)器41
2.4 MODBUS通信協(xié)議46
2.4.1 Modbus 協(xié)議概述46
2.4.2 常用Modbus 協(xié)議47
2.5 現(xiàn)場總線技術(shù)49
2.5.1 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與特點49
2.5.2 幾種有影響的現(xiàn)場總線50
2.6 SCADA系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)54
2.6.1 通信網(wǎng)絡(luò)概述54
2.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)與分類54
2.6.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)57
2.6.4 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型62
2.7 TCP／IP協(xié)議64
2.7.1 TCP協(xié)議65
2.7.2 UDP協(xié)議67
2.7.3 網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議69
2.8 工業(yè)以太網(wǎng)71
2.8.1 以太網(wǎng)技術(shù)71
2.8.2 介質(zhì)訪問控制方式74
2.8.3 工業(yè)以太網(wǎng)概述76
2.8.4 幾種典型工業(yè)以太網(wǎng)79
第3章 I／O接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)86
3.1 SCADA系統(tǒng)I／O接口概述86
3.2 I／O接口模塊87
3.2.1 數(shù)字量模塊87
3.2.2 模擬量模塊90
3.3 基于PC的數(shù)據(jù)采集技術(shù)91
3.3.1 常用的數(shù)據(jù)采集方法91
3.3.2 數(shù)據(jù)采集中的I／O控制方式92
3.4 基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)編程95
3.4.1 基于DLL的數(shù)據(jù)采集96
3.4.2 基于ActiveX的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計98
3.4.3 PC總線I／O板卡設(shè)備數(shù)據(jù)采集編程100
3.5 PLC在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用104
3.5.1 集成PLC與數(shù)據(jù)采集模塊的模擬量數(shù)據(jù)采集編程104
3.5.2 用PLC與智能儀表配合進行數(shù)據(jù)采集編程106
3.5.3 用PLC進行數(shù)據(jù)采集編程109
3.6 基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù)113
3.6.1 虛擬儀器技術(shù)113
3.6.2 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺114
3.7 基于WEB的遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控120
3.7.1 基于Web的遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控121
3.7.2 利用組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問122
第4章 工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)及基于PC的控制技術(shù)125
4.1 IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生與特點125
4.1.1 傳統(tǒng)的PLC編程語言的不足125
4.1.2 IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生126
4.1.3 IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的特點128
4.2 IEC 61131-3的基本內(nèi)容130
4.2.1 語言元素130
4.2.2 數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)化文本語言158
4.5.5 指令表語言159
4.6 基于IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件160
4.6.1 MULTIPROG161
4.6.2 OpenPCS163
4.6.3 CoDesys164
4.7 基于PC（PC-BASED）的控制技術(shù)及應(yīng)用164
4.7.1 基于PC的控制技術(shù)產(chǎn)生164
4.7.2 基于PC的控制技術(shù)的發(fā)展165
4.8 PAC在真空制鹽過程控制中的應(yīng)用170
4.8.1 真空制鹽工藝過程與控制要求170
4.8.2 真空制鹽控制系統(tǒng)總體設(shè)計170
4.8.3 真空制鹽過程PID控制方案及其實現(xiàn)171
第5章 工業(yè)控制組態(tài)軟件175
5.1 人機界面175
5.2 組態(tài)軟件的產(chǎn)生及發(fā)展176
5.3 組態(tài)軟件的功能需求177
5.4 組態(tài)軟件系統(tǒng)構(gòu)成與技術(shù)特色178
5.4.1 組態(tài)軟件的總體結(jié)構(gòu)及其相似性178
5.4.2 組態(tài)軟件的功能部件180
5.4.3 組態(tài)軟件技術(shù)特色186
5.5 主要的組態(tài)軟件介紹187
5.5.1 iFIX187
5.5.2 InTouch189
5.5.3 WinCC191
5.5.4 羅克韋爾FactoryTalk View Studio193
5.5.5 組態(tài)王194
5.5.6 WebAccess196
5.6 組態(tài)軟件的局限及功能擴展199
5.6.1 組態(tài)軟件的功能局限性199
5.6.2 用DDE擴展組態(tài)軟件功能200
5.7 用組態(tài)軟件開發(fā)SCADA系統(tǒng)上位機人機界面203
5.7.1 組態(tài)軟件選型203
5.7.2 用組態(tài)軟件設(shè)計SCADA人機界面205
5.7.3 SCADA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)報表開發(fā)208
5.7.4 SCADA系統(tǒng)人機界面的調(diào)試209
第6章 工業(yè)控制實時數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) —OPC規(guī)范210
6.1 OPC的開發(fā)背景和歷史210
6.2 OPC的關(guān)鍵技術(shù)與體系結(jié)構(gòu)212
6.2.1 COM與DCOM技術(shù)212
6.2.2 COM主要特性214
6.2.3 基于OPC的客戶機／服務(wù)器數(shù)據(jù)交換模型215
6.3 OPC分層模型結(jié)構(gòu)與對象接口216
6.3.1 OPC分層模型結(jié)構(gòu)216
6.3.2 OPC對象接口217
6.4 OPC接口與數(shù)據(jù)訪問方法220
6.4.1 OPC接口220
6.4.2 OPC數(shù)據(jù)訪問方法221
6.5 其他OPC規(guī)范223
6.5.1 OPC報警與事件223
6.5.2 OPC歷史數(shù)據(jù)存取224
6.5.3 OPC批量服務(wù)器224
6.6 OPC服務(wù)器與客戶程序設(shè)計224
6.6.1 OPC服務(wù)器設(shè)計224
6.6.2 OPC客戶程序設(shè)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(guī)范227
6.7.1 OPC UA規(guī)范提出的背景227
6.7.2 OPC UA規(guī)范內(nèi)容230
6.8 OPC規(guī)范在TE過程模擬仿真與控制中的應(yīng)用234
6.8.1 TE過程模擬仿真與控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)234
6.8.2 基于OPC規(guī)范的TE過程模擬仿真與控制系統(tǒng)實現(xiàn)238
第7章 工業(yè)控制系統(tǒng)功能安全與信息安全246
7.1 功能安全與安全儀表系統(tǒng)246
7.1.1 功能安全相關(guān)知識246
7.1.2 安全儀表系統(tǒng)250
7.1.3 安全生命周期257
7.1.4 安全儀表產(chǎn)品類型259
7.1.5 安全儀表系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng)的不同261
7.2 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用262
7.2.1 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計原則262
7.2.2 安全儀表系統(tǒng)設(shè)計步驟263
7.2.3 安全儀表系統(tǒng)工程應(yīng)用案例264
7.3 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全268
7.3.1 信息安全268
7.3.2 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全概述270
7.3.3 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全與IT系統(tǒng)信息安全比較272
7.3.4 工業(yè)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其脆弱性分析274
7.4 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全標(biāo)準(zhǔn)277
7.4.1 國際標(biāo)準(zhǔn)和指南277
7.4.2 我國國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)280
7.5 工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護280
7.5.1 工業(yè)控制系統(tǒng)信息防護措施280
7.5.2 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護典型解決方案282
第8章 SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)286
8.1 SCADA系統(tǒng)設(shè)計概述286
8.2 SCADA系統(tǒng)設(shè)計原則286
8.3 SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)步驟288
8.3.1 SCADA系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計288
8.3.2 SCADA系統(tǒng)類型確定與設(shè)備選型291
8.3.3 SCADA系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)293
8.4 控制策略與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控制器參數(shù)整定301
8.5 SCADA系統(tǒng)調(diào)試與運行303
8.5.1 離線仿真調(diào)試303
8.5.2 在線調(diào)試和運行305
8.6 SCADA系統(tǒng)可靠性設(shè)計305
8.6.1 供電抗干擾措施305
8.6.2 接地抗干擾措施306
8.6.3 軟件抗干擾措施308
8.6.4 空間抗干擾措施310
第9章 SCADA系統(tǒng)應(yīng)用案例分析311
9.1 污染源在線監(jiān)控SCADA系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)312
9.1.1 概述312
9.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點312
9.1.3 系統(tǒng)配置及功能314
9.2 污水處理廠SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)316
9.2.1 概述316
9.2.2 污水處理廠SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能317
9.2.3 污水廠SCADA系統(tǒng)主要硬件設(shè)備選型320
9.2.4 污水處理廠SCADA系統(tǒng)下位機PLC站控制軟件開發(fā)324
9.2.5 基于OPC技術(shù)的上、下位機通信系統(tǒng)開發(fā)335
9.2.6 污水處理廠SCADA系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)337
9.2.7 系統(tǒng)調(diào)試與運行340
9.3 油田抽油機SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)341
9.3.1 油田抽油機SCADA系統(tǒng)組成341
9.3.2 油田中心控制室軟件描述342
9.3.3 抽油機現(xiàn)場控制器345
9.3.4 油井自動計量控制器348
9.4 原油輸送管線SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)349
9.4.1 概述349
9.4.2 OPTO 22 SCADA系統(tǒng)解決方案350
9.4.3 原油輸送管線SCADA系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)353
參考文獻359