目錄

第1章 工業(yè)控制系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)概述 1
1.1 工業(yè)生產中的工業(yè)控制系統(tǒng) 1
1.1.1 工業(yè)生產行業(yè)分類及其對應的工業(yè)控制系統(tǒng) 1
1.1.2 離散制造業(yè)控制系統(tǒng)與流程工業(yè)控制系統(tǒng) 3
1.1.3 典型工業(yè)控制系統(tǒng)與設備介紹 6
1.2 SCADA系統(tǒng)概述 11
1.2.1 SCADA系統(tǒng)及其典型特征 11
1.2.2 SCADA系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 13
1.2.3 兩類典型工業(yè)控制系統(tǒng)——SCADA系統(tǒng)與DCS的比較 14
1.2.4 工業(yè)互聯(lián)網及其與SCADA系統(tǒng)的比較 18
1.3 SCADA系統(tǒng)組成與典型結構 20
1.3.1 下位機系統(tǒng) 21
1.3.2 上位機系統(tǒng) 26
1.3.3 通信網絡 27
1.3.4 檢測儀表和執(zhí)行器 28
1.3.5 SCADA系統(tǒng)典型結構 29
1.4 SCADA系統(tǒng)的應用 31
1.4.1 SCADA系統(tǒng)在電力行業(yè)的應用 31
1.4.2 SCADA系統(tǒng)在高鐵防災系統(tǒng)中的應用 32
1.4.3 SCADA系統(tǒng)在樓宇自動化中的應用 34
1.4.4 SCADA系統(tǒng)在油氣長距離輸送中的應用 35
1.4.5 SCADA系統(tǒng)在其他領域的應用 38
1.4.6 SCADA系統(tǒng)的應用效果 39
第2章 數據通信與網絡技術 40
2.1 數據通信概述 40
2.1.1 SCADA系統(tǒng)的數據通信 40
2.1.2 數據通信系統(tǒng)的組成 41
2.1.3 數據傳輸的幾個基本概念 42
2.1.4 數據通信中的差錯控制 45
2.2 通用串行通信 46
2.2.1 串行通信參數 47
2.2.2 RS-232接口特性及其串行通信 47
2.2.3 RS-422串行通信與RS-485串行通信 49
2.2.4 串行通信應用實例 51
2.3 Modbus通信協(xié)議 56
2.3.1 Modbus協(xié)議概述 56
2.3.2 常用Modbus協(xié)議及報文解析 57
2.3.3 Modbus通信仿真工具 61
2.4 SCADA系統(tǒng)中的網絡技術 62
2.4.1 通信網絡概述 62
2.4.2 計算機網絡拓撲結構與分類 63
2.4.3 網絡傳輸介質 65
2.4.4 介質訪問控制方式 68
2.4.5 網絡體系結構與參考模型 70
2.4.6 SCADA等工業(yè)控制系統(tǒng)典型網絡結構 74
2.5 TCP與UDP及其在SCADA系統(tǒng)中的應用 77
2.5.1 TCP 77
2.5.2 UDP 81
2.5.3 基于TCP的Socket通信及其在SCADA數據通信中的應用 82
2.5.4 SCADA系統(tǒng)中的TCP與UDP通信 85
2.6 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網 91
2.6.1 現(xiàn)場總線的體系結構與特點 91
2.6.2 幾種典型的現(xiàn)場總線 92
2.6.3 工業(yè)以太網 94
2.6.4 工業(yè)網關 104
第3章 工業(yè)數據采集技術與應用 108
3.1 工業(yè)數據采集基礎 108
3.1.1 工業(yè)數據采集系統(tǒng)組成與結構、I/O接口功能與分類 108
3.1.2 采樣定律與數據采集卡的性能指標 110
3.1.3 SCADA系統(tǒng)中的數據采集 113
3.1.4 常用的數據采集技術 115
3.2 數據采集系統(tǒng)的I/O接口模塊 117
3.2.1 數字量接口模塊 117
3.2.2 模擬量接口模塊 120
3.2.3 多功能接口模塊 123
3.3 基于PC的數據采集 124
3.3.1 數據采集中的I/O控制方式 124
3.3.2 基于PC的板卡類設備集中數據采集 126
3.3.3 基于OPC DA的分布式數據采集 130
3.3.4 基于PC的Modbus TCP網絡分布式數據采集 135
3.4 PLC與數據采集設備串行通信協(xié)同數據采集 137
3.4.1 PLC與智能模塊協(xié)同數據采集技術 137
3.4.2 西門子S7-1200與研華ADAM-4117模塊協(xié)同數據采集 138
3.4.3 FX5UC與Modbus從站仿真軟件模擬數據采集 140
3.4.4 FX5UC與智能儀表協(xié)同數據采集 142
3.5 PLC與數據采集設備基于Modbus TCP協(xié)同數據采集 146
3.5.1 基于以太網的協(xié)同數據采集 146
3.5.2 FX5UC與研華ADAM-6017以太網模塊協(xié)同數據采集 147
3.5.3 S7-1200與研華ADAM-6024以太網模塊協(xié)同數據采集 151
3.6 基于物聯(lián)網MQTT通信的數據采集 155
3.6.1 物聯(lián)網通信協(xié)議MQTT 155
3.6.2 MQTT在工業(yè)數據采集中的應用 161
第4章 SCADA系統(tǒng)應用軟件編程與組態(tài) 163
4.1 SCADA系統(tǒng)應用軟件 163
4.1.1 下位機（控制器）應用軟件 163
4.1.2 人機界面軟件 164
4.2 SCADA系統(tǒng)下位機編程規(guī)范IEC61131-3 165
4.2.1 傳統(tǒng)的控制器編程語言的不足 165
4.2.2 IEC61131-3標準的產生與特點 166
4.2.3 IEC61131-3標準的基本內容 168
4.2.4 IEC61131-3標準的程序組織單元 177
4.2.5 IEC61131-3標準的軟件模型 181
4.3 IEC61131-3標準編程語言及應用 183
4.3.1 IEC61131-3標準編程語言概述 183
4.3.2 梯形圖語言及其應用 184
4.3.3 順序功能圖及其應用 190
4.3.4 功能塊圖語言及其應用 195
4.3.5 結構化文本語言及其應用 197
4.3.6 連續(xù)功能圖語言及其應用 201
4.4 SCADA系統(tǒng)上位機組態(tài)軟件 202
4.4.1 上位機組態(tài)軟件的產生及發(fā)展 202
4.4.2 上位機組態(tài)軟件的功能需求 204
4.4.3 組態(tài)軟件的總體結構及其相似性 205
4.4.4 組態(tài)軟件的功能部件 206
4.4.5 組態(tài)軟件技術特色 212
4.5 主要的組態(tài)軟件介紹 213
4.5.1 組態(tài)軟件產品概述 213
4.5.2 施耐德的InTouch組態(tài)軟件 214
4.5.3 西門子的SIMATIC WinCC和WinCC OA 216
4.5.4 亞控科技組態(tài)王軟件 218
4.6 用組態(tài)軟件開發(fā)SCADA系統(tǒng)上位機人機界面 220
4.6.1 組態(tài)軟件選型 220
4.6.2 組態(tài)軟件設計SCADA人機界面的原則與步驟 221
4.6.3 SCADA系統(tǒng)人機界面的調試 225
4.7 組態(tài)王軟件開發(fā)人機界面實例分析 226
4.7.1 設備添加與構建數據詞典 226
4.7.2 圖形界面設計 228
4.7.3 趨勢曲線功能設計 235
4.7.4 報警和事件等功能設計 236
4.7.5 報表功能 238
4.7.6 系統(tǒng)配置 238
4.7.7 運行和調試 240
第5章 經典OPC與OPC UA標準及其應用 242
5.1 經典OPC標準概述 242
5.1.1 OPC的開發(fā)背景和歷史 242
5.1.2 工業(yè)控制系統(tǒng)采用OPC標準的好處 244
5.2 經典OPC接口與數據訪問方法 245
5.2.1 OPC分層模型結構 245
5.2.2 OPC接口 247
5.2.3 OPC數據訪問方法 247
5.2.4 OPC DA服務器使用示例 250
5.3 OPC UA標準及其應用 253
5.3.1 OPC UA標準提出的背景及其特點 253
5.3.2 OPC UA標準主要內容 255
5.3.3 OPC UA應用示例 259
5.3.4 S7-1500控制器OPC UA服務器的配置與測試 264
5.4 基于經典OPC通信的CSTR過程工業(yè)控制系統(tǒng)數字化仿真 267
5.4.1 CSTR及其數學模型 267
5.4.2 數字化仿真系統(tǒng)方案 269
5.4.3 數字化仿真系統(tǒng)開發(fā) 273
第6章 安全儀表系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全 278
6.1 功能安全基礎 278
6.1.1 功能安全相關的基本概念與標準 278
6.1.2 風險評估與風險降低 279
6.1.3 安全完整性等級 282
6.1.4 安全生命周期 283
6.2 安全儀表系統(tǒng) 285
6.2.1 安全儀表系統(tǒng)基礎 285
6.2.2 安全儀表產品 290
6.2.3 安全儀表系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng) 292
6.3 安全儀表系統(tǒng)設計與應用 293
6.3.1 安全儀表系統(tǒng)設計原則 293
6.3.2 安全儀表系統(tǒng)設計步驟 294
6.3.3 安全儀表系統(tǒng)工程應用案例 295
6.4 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全 298
6.4.1 信息安全 298
6.4.2 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全概述 299
6.4.3 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全與傳統(tǒng)IT系統(tǒng)信息安全比較 301
6.4.4 工業(yè)控制系統(tǒng)體系結構及其脆弱性分析 303
6.4.5 工業(yè)控制系統(tǒng)的信息安全標準 306
6.5 工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護 307
6.5.1 工業(yè)控制系統(tǒng)典型結構及其安全防護技術 307
6.5.2 主要自動化公司的信息安全解決方案 312
第7章 SCADA系統(tǒng)設計與開發(fā) 319
7.1 SCADA系統(tǒng)設計概述 319
7.2 SCADA系統(tǒng)設計原則 319
7.3 SCADA系統(tǒng)設計與開發(fā)步驟 321
7.3.1 SCADA系統(tǒng)需求分析與總體設計 322
7.3.2 SCADA系統(tǒng)類型確定與設備選型 324
7.3.3 SCADA系統(tǒng)應用軟件開發(fā) 326
7.4 SCADA系統(tǒng)調試與運行 329
7.4.1 離線仿真調試 329
7.4.2 工廠驗收、現(xiàn)場驗收、現(xiàn)場綜合測試與驗收 330
7.5 SCADA系統(tǒng)可靠性設計 331
7.5.1 供電抗干擾措施 331
7.5.2 接地抗干擾措施 332
7.5.3 軟件抗干擾措施 334
7.5.4 空間抗干擾措施 335
第8章 SCADA系統(tǒng)應用案例分析 336
8.1 引言 336
8.2 大型污水處理廠SCADA系統(tǒng)案例 337
8.2.1 污水處理工藝與主要處理單元及設備 337
8.2.2 污水處理廠工業(yè)控制系統(tǒng)總體設計 338
8.2.3 污水處理工業(yè)控制系統(tǒng)程序設計 342
8.2.4 系統(tǒng)調試與運行 347
8.3 基于MOX公司自動化產品的企業(yè)能源集控SCADA系統(tǒng) 350
8.3.1 MOX公司的SCADA解決方案 350
8.3.2 某企業(yè)能源集控調度SCADA系統(tǒng) 351
8.3.3 能源集控調度系統(tǒng)投運 359
8.4 原油長距離輸送管線SCADA系統(tǒng)設計與開發(fā) 362
8.4.1 案例概述 362
8.4.2 OPTO 22 SCADA系統(tǒng)解決方案 362
8.4.3 原油輸送管線SCADA系統(tǒng)設計與開發(fā) 363
8.5 冶金企業(yè)電力調度自動化系統(tǒng)的設計與開發(fā) 367
8.5.1 案例概述 367
8.5.2 電力調度自動化系統(tǒng)網絡結構與功能設計 368
8.5.3 電力調度自動化系統(tǒng)軟件功能設計 372
8.5.4 電力調度自動化系統(tǒng)軟件開發(fā)與系統(tǒng)配置 374
8.5.5 電力調度自動化系統(tǒng)投運 386
參考文獻 389