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| 編輯推薦： |
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本书内容丰富、系统，完美结合项目实践。写作难度大，只有实力派作者才能驾驭，值得学习参考。
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| 內容簡介： |
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本书系统地介绍了一类主要的工业控制系统监督控制与数据采集（SCADA）系统的组成和特点，对SCADA系统设计与开发中的关键技术，包括OPC规范、I／O接口与数据采集、IEC61131-3编程语言标准、工业控制组态软件、通信与网络技术、控制系统功能安全与信息安全，以及SCADA系统集成等做了详实的介绍，并通过对实际应用案例的剖析来加深读者对内容的理解，帮助掌握SCADA系统的设计、开发与应用维护技能。此外，对SCADA系统开发中的一些典型软、硬件产品及其使用也做了介绍。 本书侧重于SCADA系统应用与开发中的关键与主流技术和系统集成及其应用，注重实用性与新颖性。
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| 關於作者： |
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王华忠，博士，华东理工大学教授。具备丰富的工业控制系统设计与实践经验，编著有多本相关科技图书，曾指导学生两次获得全国大学生自动化系统应用大赛全国一等奖。
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| 目錄：
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目录
第1章SCADA系统概述1
1.1SCADA系统概念1
1.2SCADA系统组成3
1.2.1下位机系统4
1.2.2上位机系统（监控中心）7
1.2.3通信网络9
1.2.4检测和执行设备9
1.3SCADA系统典型结构10
1.3.1客户机／服务器结构11
1.3.2浏览器／服务器结构11
1.3.3两种系统结构比较12
1.4 典型工业控制系统及其比较13
1.4.1工业生产行业特性及其控制系统特点13
1.4.2几种典型工业控制系统14
1.4.3DCS与SCADA系统比较17
1.5SCADA系统的应用20
1.5.1SCADA系统应用效果20
1.5.2SCADA系统在电力系统中的应用20
1.5.3SCADA系统在高铁防灾系统中的应用21
1.5.4SCADA系统在楼宇自动化中的应用21
1.5.5SCADA系统在油气长距离输送中的应用23
1.5.6SCADA系统在其他领域的应用25
第2章数据通信与网络技术26
2.1SCADA系统中的数据通信26
2.2数据通信概述27
2.2.1数据通信系统组成27
2.2.2数据传输的几个基本概念28
2.2.3差错控制30
2.3通用串行通信32
2.3.1串行通信参数33
2.3.2流量控制34
2.3.3RS-232C接口特性与串行通信35
2.3.4RS-422与RS-485串行接口37
2.3.5RS-485网络的主从式通信38
2.3.6串口服务器41
2.4MODBUS通信协议46
2.4.1Modbus 协议概述46
2.4.2常用Modbus 协议47
2.5现场总线技术49
2.5.1现场总线的体系结构与特点49
2.5.2几种有影响的现场总线50
2.6SCADA系统中的网络技术54
2.6.1通信网络概述54
2.6.2计算机网络拓扑结构与分类54
2.6.3网络传输介质57
2.6.4网络体系结构与参考模型62
2.7TCP／IP协议64
2.7.1TCP协议65
2.7.2UDP协议67
2.7.3网络层IP协议69
2.8工业以太网71
2.8.1以太网技术71
2.8.2介质访问控制方式74
2.8.3工业以太网概述76
2.8.4几种典型工业以太网79
第3章I／O接口与数据采集技术86
3.1SCADA系统I／O接口概述86
3.2I／O接口模块87
3.2.1数字量模块87
3.2.2模拟量模块90
3.3基于PC的数据采集技术91
3.3.1常用的数据采集方法91
3.3.2数据采集中的I／O控制方式92
3.4基于PC的数据采集系统编程95
3.4.1基于DLL的数据采集96
3.4.2基于ActiveX的数据采集程序设计98
3.4.3PC总线I／O板卡设备数据采集编程100
3.5PLC在数据采集系统中的应用104
3.5.1集成PLC与数据采集模块的模拟量数据采集编程104
3.5.2用PLC与智能仪表配合进行数据采集编程106
3.5.3用PLC进行数据采集编程109
3.6基于虚拟仪器的数据采集技术113
3.6.1虚拟仪器技术113
3.6.2虚拟仪器软件开发平台114
3.7基于WEB的远程数据采集与监控120
3.7.1基于Web的远程数据采集与监控121
3.7.2利用组态软件实现数据的远程访问122
第4章工业控制编程语言标准及基于PC的控制技术125
4.1IEC 61131-3标准的产生与特点125
4.1.1传统的PLC编程语言的不足125
4.1.2IEC 61131-3标准的产生126
4.1.3IEC 61131-3标准的特点128
4.2IEC 61131-3的基本内容130
4.2.1语言元素130
4.2.2数据类型136
4.2.3变量139
4.3程序组织单元145
4.3.1程序组织单元及其组成145
4.3.2功能147
4.3.3功能块148
4.3.4程序150
4.4软件、通信和功能模型150
4.4.1软件模型150
4.4.2通信模型153
4.5IEC 61131-3标准的5种编程语言155
4.5.1顺序功能图155
4.5.2梯形图语言156
4.5.3功能块图157
4.5.4结构化文本语言158
4.5.5指令表语言159
4.6基于IEC 61131-3标准的编程软件160
4.6.1MULTIPROG161
4.6.2OpenPCS163
4.6.3CoDesys164
4.7基于PC（PC-BASED）的控制技术及应用164
4.7.1基于PC的控制技术产生164
4.7.2基于PC的控制技术的发展165
4.8PAC在真空制盐过程控制中的应用170
4.8.1真空制盐工艺过程与控制要求170
4.8.2真空制盐控制系统总体设计170
4.8.3真空制盐过程PID控制方案及其实现171
第5章工业控制组态软件175
5.1人机界面175
5.2组态软件的产生及发展176
5.3组态软件的功能需求177
5.4组态软件系统构成与技术特色178
5.4.1组态软件的总体结构及其相似性178
5.4.2组态软件的功能部件180
5.4.3组态软件技术特色186
5.5主要的组态软件介绍187
5.5.1iFIX187
5.5.2InTouch189
5.5.3WinCC191
5.5.4罗克韦尔FactoryTalk View Studio193
5.5.5组态王194
5.5.6WebAccess196
5.6组态软件的局限及功能扩展199
5.6.1组态软件的功能局限性199
5.6.2用DDE扩展组态软件功能200
5.7用组态软件开发SCADA系统上位机人机界面203
5.7.1组态软件选型203
5.7.2用组态软件设计SCADA人机界面205
5.7.3SCADA系统中数据报表开发208
5.7.4SCADA系统人机界面的调试209
第6章工业控制实时数据交换标准 OPC规范210
6.1OPC的开发背景和历史210
6.2OPC的关键技术与体系结构212
6.2.1COM与DCOM技术212
6.2.2COM主要特性214
6.2.3基于OPC的客户机／服务器数据交换模型215
6.3OPC分层模型结构与对象接口216
6.3.1OPC分层模型结构216
6.3.2OPC对象接口217
6.4OPC接口与数据访问方法220
6.4.1OPC接口220
6.4.2OPC数据访问方法221
6.5其他OPC规范223
6.5.1OPC报警与事件223
6.5.2OPC历史数据存取224
6.5.3OPC批量服务器224
6.6OPC服务器与客户程序设计224
6.6.1OPC服务器设计224
6.6.2OPC客户程序设计226
6.6.3OPC软件工具包227
6.6.4互操作性测试227
6.7OPC UA规范227
6.7.1OPC UA规范提出的背景227
6.7.2OPC UA规范内容230
6.8OPC规范在TE过程模拟仿真与控制中的应用234
6.8.1TE过程模拟仿真与控制系统总体结构234
6.8.2基于OPC规范的TE过程模拟仿真与控制系统实现238
第7章工业控制系统功能安全与信息安全246
7.1功能安全与安全仪表系统246
7.1.1功能安全相关知识246
7.1.2安全仪表系统250
7.1.3安全生命周期257
7.1.4安全仪表产品类型259
7.1.5安全仪表系统与常规控制系统的不同261
7.2安全仪表系统设计与应用262
7.2.1安全仪表系统设计原则262
7.2.2安全仪表系统设计步骤263
7.2.3安全仪表系统工程应用案例264
7.3工业控制系统信息安全268
7.3.1信息安全268
7.3.2工业控制系统信息安全概述270
7.3.3工业控制系统信息安全与IT系统信息安全比较272
7.3.4工业控制系统体系结构及其脆弱性分析274
7.4工业控制系统信息安全标准277
7.4.1国际标准和指南277
7.4.2我国国家和行业标准280
7.5工业控制系统安全防护280
7.5.1工业控制系统信息防护措施280
7.5.2工业控制系统信息安全防护典型解决方案282
第8章SCADA系统设计与开发286
8.1SCADA系统设计概述286
8.2SCADA系统设计原则286
8.3SCADA系统设计与开发步骤288
8.3.1SCADA系统需求分析与总体设计288
8.3.2SCADA系统类型确定与设备选型291
8.3.3SCADA系统应用软件开发293
8.4控制策略与PID算法296
8.4.1PID控制算法297
8.4.2PLC中的PID控制指令298
8.4.3PID控制器参数整定301
8.5SCADA系统调试与运行303
8.5.1离线仿真调试303
8.5.2在线调试和运行305
8.6SCADA系统可靠性设计305
8.6.1供电抗干扰措施305
8.6.2接地抗干扰措施306
8.6.3软件抗干扰措施308
8.6.4空间抗干扰措施310
第9章SCADA系统应用案例分析311
9.1污染源在线监控SCADA系统设计与实现312
9.1.1概述312
9.1.2系统结构与特点312
9.1.3系统配置及功能314
9.2污水处理厂SCADA系统设计与开发316
9.2.1概述316
9.2.2污水处理厂SCADA系统结构与功能317
9.2.3污水厂SCADA系统主要硬件设备选型320
9.2.4污水处理厂SCADA系统下位机PLC站控制软件开发324
9.2.5基于OPC技术的上、下位机通信系统开发335
9.2.6污水处理厂SCADA系统上位机软件开发337
9.2.7系统调试与运行340
9.3油田抽油机SCADA系统设计与开发341
9.3.1油田抽油机SCADA系统组成341
9.3.2油田中心控制室软件描述342
9.3.3抽油机现场控制器345
9.3.4油井自动计量控制器348
9.4原油输送管线SCADA系统设计与开发349
9.4.1概述349
9.4.2OPTO 22 SCADA系统解决方案350
9.4.3原油输送管线SCADA系统设计与开发353
参考文献359
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| 內容試閱：
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前 言
典型的工业控制系统包括集散控制系统（DCS）和监控与数据采集系统（SCADA）。SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition的简称，翻译成中文就是监督控制与数据采集，有些文献也称为监视控制与数据采集。一般来讲，SCADA系统特指分布式计算机测控系统，主要用于测控点十分分散、分布范围广泛的生产过程或设备的监控，在通常情况下，测控现场是无人或少人值班，如城市排水泵站远程监控系统、城市煤气管网远程监控、电力行业调度自动化等。SCADA系统在硬件上不如DCS或FCS等系统紧凑和专用，但其系统更加开放和多样，组成更加灵活。SCADA系统在控制层面上至少具有两层结构及连接两个控制层的通信网络，这两层结构是处于测控现场的数据采集与控制终端设备（通常称作下位机Slaver Computer）和位于中控室的集中监视、管理及远程监控计算机（上位机Master Computer）。
由于SCADA系统的应用领域极其广泛，而不同应用领域的特点和监控要求又导致SCADA系统解决方案的多样性和行业应用特征属性，从而导致对SCADA系统的认识有所不同。但不论在哪个领域应用，用户对SCADA系统的功能要求是一致的。从其名称可以看出，它包含两个层次的基本功能：数据采集和监督控制。因而，SCADA系统在系统结构、功能、开发工具等方面是有许多共性的，本书正是针对性地介绍SCADA系统中的这些共性内容，特别是近些年来控制领域出现的一些新的技术和规范。
《工业控制系统及应用SCADA系统篇》共有9章，各章主要内容介绍如下。
第1章是SCADA系统概述，主要介绍什么是SCADA系统，系统组成、功能、特点及其应用，对SCADA系统与DCS和PLC也进行了比较，对控制系统功能安全与信息安全做了概述性介绍。
第2章是数据通信与网络技术，主要介绍SCADA系统中常用的通信手段和技术，由于SCADA系统广泛用于测控点较为分散、测控设备分布范围广的领域，因此，实现通信的手段和技术很多，涵盖了目前主流的有线与无线通信。
第3章是I／O接口与数据采集技术，主要介绍了数据采集中有关输入／输出接口知识、SCADA系统中常用的数据采集方法与编程、基于Internet的数据采集等。
第4章是工业控制编程语言标准IEC61131-3及基于PC的控制技术，主要介绍了该标准的产生、特点、基本内容，特别是对公共元素和编程语言做了比较系统的介绍，最后还介绍了几种支持该标准的软件产品。由于基于PC的控制技术普通采用IEC61131-3标准的编程语言，因此，在本章也对这种控制技术做了介绍。
第5章是工业控制组态软件，主要介绍组态软件的产生和发展历史、组态软件的主要功能和组成、主流的组态软件产品及嵌入式组态软件技术，对采用组态软件开发SCADA系统人机界面也做了详细介绍。
第6章是工业控制数据交换标准OPC规范，主要介绍OPC规范的产生、特点、主要内容、OPC的体系结构和OPC服务器与客户程序开发及应用，对OPC UA规范也做了介绍，最后给出了OPC规范在工控系统模拟仿真中的应用案例。
第7章是工业控制系统功能安全与信息安全，除了介绍经典的功能安全特别是安全仪表系统的内容外，还重点介绍了近年来受到极大重视的工控系统信息安全，对其产生的根源、工控系统脆弱性、工控系统安全防护技术等做了详细分析。
第8章是SCADA系统设计与开发，主要介绍SCADA系统开发的原则、步骤、控制策略与PID算法、调试与运行、可靠性设计及抗干扰措施等。
第9章是SCADA系统应用案例分析，介绍了几个富有特色的应用案例。
这9章内容中，第1章内容是SCADA系统概述，第3、4章与SCADA系统下位机关系比较紧密，而第5章与上位机关系紧密，第2、6章属于SCADA系统中的上、下位机通信内容，第7章属于SCADA系统安全相关的内容，这些内容都是属于SCADA系统开发中的关键技术。第8章是关于SCADA系统集成技术；而第9章是案例分析，综合利用了前8章的内容。除了第9章外，在第2章～第7章也都有相应的实例。
本书作者长期从事工业控制系统、工控信息安全相关的教学、科研与工程实践，结合作者在实践中的经验、体会，以及SCADA系统相关技术的发展和大量相关的技术文献，编写了本书。
本书由华东理工大学信息学院王华忠和中国信息安全测评中心陈冬青编著。作者感谢两个单位和同事的支持。感谢北京亚控科技、美国OPTO 22、研华科技、上海宝昌自动化等公司提供的技术资料。在编写过程中还参考了许多线上和线下资料，在此也向有关作者表示感谢。
为便于教学，凡采用本书作为教材的，作者免费提供电子教案，可在华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）查找本书下载。
由于时间和作者的水平所限，本书疏漏在所难免，恳请读者提出批评建议，以便进一步修订。同时欢迎大家交流讨论，作者的E-mail是hzwang@ecust.edu.cn。
编著者
2016年10月
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