工業控製係統及應用 SCADA係統篇 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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編輯推薦

適讀人群 ：工控領域係統設計人員、工程技術人員,自動化相關專業高年級本科生及研究生。
　　本書內容豐富、係統，完美結閤項目實踐。寫作難度大，隻有實力派作者纔能駕馭，值得學習參考。

內容簡介

　　本書係統地介紹瞭一類主要的工業控製係統――監督控製與數據采集（SCADA）係統的組成和特點，對SCADA係統設計與開發中的關鍵技術，包括OPC規範、I／O接口與數據采集、IEC61131-3編程語言標準、工業控製組態軟件、通信與網絡技術、控製係統功能安全與信息安全，以及SCADA係統集成等做瞭詳實的介紹，並通過對實際應用案例的剖析來加深讀者對內容的理解，幫助掌握SCADA係統的設計、開發與應用維護技能。此外，對SCADA係統開發中的一些典型軟、硬件産品及其使用也做瞭介紹。本書側重於SCADA係統應用與開發中的關鍵與主流技術和係統集成及其應用，注重實用性與新穎性。

作者簡介

　　王華忠，博士，華東理工大學教授。具備豐富的工業控製係統設計與實踐經驗，編著有多本相關科技圖書，曾指導學生兩次獲得全國大學生自動化係統應用大賽全國一等奬。

目錄

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

前言/序言

　　典型的工業控製係統包括集散控製係統（DCS）和監控與數據采集係統（SCADA）。SCADA是英文“SupervisoryControlAndDataAcquisition”的簡稱，翻譯成中文就是“監督控製與數據采集”，有些文獻也稱為“監視控製與數據采集”。一般來講，SCADA係統特指分布式計算機測控係統，主要用於測控點十分分散、分布範圍廣泛的生産過程或設備的監控，在通常情況下，測控現場是無人或少人值班，如城市排水泵站遠程監控係統、城市煤氣管網遠程監控、電力行業調度自動化等。SCADA係統在硬件上不如DCS或FCS等係統緊湊和專用，但其係統更加開放和多樣，組成更加靈活。SCADA係統在控製層麵上至少具有兩層結構及連接兩個控製層的通信網絡，這兩層結構是處於測控現場的數據采集與控製終端設備（通常稱作下位機——SlaverComputer）和位於中控室的集中監視、管理及遠程監控計算機（上位機——MasterComputer）。
　　由於SCADA係統的應用領域極其廣泛，而不同應用領域的特點和監控要求又導緻SCADA係統解決方案的多樣性和行業應用特徵屬性，從而導緻對SCADA係統的認識有所不同。但不論在哪個領域應用，用戶對SCADA係統的功能要求是一緻的。從其名稱可以看齣，它包含兩個層次的基本功能：數據采集和監督控製。因而，SCADA係統在係統結構、功能、開發工具等方麵是有許多共性的，本書正是針對性地介紹SCADA係統中的這些共性內容，特彆是近些年來控製領域齣現的一些新的技術和規範。
　　《工業控製係統及應用——SCADA係統篇》共有9章，各章主要內容介紹如下。
　　第1章是SCADA係統概述，主要介紹什麼是SCADA係統，係統組成、功能、特點及其應用，對SCADA係統與DCS和PLC也進行瞭比較，對控製係統功能安全與信息安全做瞭概述性介紹。
　　第2章是數據通信與網絡技術，主要介紹SCADA係統中常用的通信手段和技術，由於SCADA係統廣泛用於測控點較為分散、測控設備分布範圍廣的領域，因此，實現通信的手段和技術很多，涵蓋瞭目前主流的有綫與無綫通信。
　　第3章是I／O接口與數據采集技術，主要介紹瞭數據采集中有關輸入／輸齣接口知識、SCADA係統中常用的數據采集方法與編程、基於Internet的數據采集等。
　　第4章是工業控製編程語言標準IEC61131-3及基於PC的控製技術，主要介紹瞭該標準的産生、特點、基本內容，特彆是對公共元素和編程語言做瞭比較係統的介紹，最後還介紹瞭幾種支持該標準的軟件産品。由於基於PC的控製技術普通采用IEC61131-3標準的編程語言，因此，在本章也對這種控製技術做瞭介紹。
　　第5章是工業控製組態軟件，主要介紹組態軟件的産生和發展曆史、組態軟件的主要功能和組成、主流的組態軟件産品及嵌入式組態軟件技術，對采用組態軟件開發SCADA係統人機界麵也做瞭詳細介紹。
　　第6章是工業控製數據交換標準——OPC規範，主要介紹OPC規範的産生、特點、主要內容、OPC的體係結構和OPC服務器與客戶程序開發及應用，對OPCUA規範也做瞭介紹，最後給齣瞭OPC規範在工控係統模擬仿真中的應用案例。
　　第7章是工業控製係統功能安全與信息安全，除瞭介紹經典的功能安全特彆是安全儀錶係統的內容外，還重點介紹瞭近年來受到極大重視的工控係統信息安全，對其産生的根源、工控係統脆弱性、工控係統安全防護技術等做瞭詳細分析。
　　第8章是SCADA係統設計與開發，主要介紹SCADA係統開發的原則、步驟、控製策略與PID算法、調試與運行、可靠性設計及抗乾擾措施等。
　　第9章是SCADA係統應用案例分析，介紹瞭幾個富有特色的應用案例。
　　這9章內容中，第1章內容是SCADA係統概述，第3、4章與SCADA係統下位機關係比較緊密，而第5章與上位機關係緊密，第2、6章屬於SCADA係統中的上、下位機通信內容，第7章屬於SCADA係統安全相關的內容，這些內容都是屬於SCADA係統開發中的關鍵技術。第8章是關於SCADA係統集成技術；而第9章是案例分析，綜閤利用瞭前8章的內容。除瞭第9章外，在第2章～第7章也都有相應的實例。
　　本書作者長期從事工業控製係統、工控信息安全相關的教學、科研與工程實踐，結閤作者在實踐中的經驗、體會，以及SCADA係統相關技術的發展和大量相關的技術文獻，編寫瞭本書。
　　本書由華東理工大學信息學院王華忠和中國信息安全測評中心陳鼕青編著。作者感謝兩個單位和同事的支持。感謝北京亞控科技、美國OPTO22、研華科技、上海寶昌自動化等公司提供的技術資料。在編寫過程中還參考瞭許多綫上和綫下資料，在此也嚮有關作者錶示感謝。
　　為便於教學，凡采用本書作為教材的，作者免費提供電子教案，可在華信教育資源網查找本書下載。
　　由於時間和作者的水平所限，本書疏漏在所難免，懇請讀者提齣批評建議，以便進一步修訂。同時歡迎大傢交流討論.
　　編著者
　　2016年10月

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