监控与数据采集（SCADA）系统及其应用

第1章 SCADA系统概述 （1）

1.1 SCADA系统概念 （1）

1.2 SCADA系统组成 （2）

1.2.1 下位机系统 （2）

1.2.2 上位机系统（监控中心） （5）

1.2.3 通信网络 （7）

1.2.4 检测和执行设备 （8）

1.3 SCADA系统典型架构 （9）

1.3.1 客户机／服务器结构 （9）

1.3.2 浏览器／服务器结构 （10）

1.3.3 两种系统结构比较 （11）

1.4 SCADA、PLC与DCS （11）

1.5 SCADA系统的应用 （14）

1.6 SCADA系统国际标准 （15）

第2章 数据通信与网络技术 （16）

2.1 SCADA系统中的数据通信 （16）

2.2 数据通信概述 （17）

2.2.1 数据通信系统组成 （17）

2.2.2 数据传输的几个基本概念 （18）

2.2.3 差错控制 （20）

2.3 通用串行通信 （22）

2.3.1 串行通信参数 （23）

2.3.2 流量控制 （24）

2.3.3 RS-232C接口特性与串行通信 （25）

2.3.4 RS-422与RS-485串行接口 （27）

2.3.5 RS-485网络的主从式通信 （28）

2.3.6 串口服务器 （31）

2.4 Modbus通信协议 （36）

2.4.1 Modbus协议概述 （36）

2.4.2 常用Modbus协议 （37）

2.5 现场总线技术 （39）

2.5.1 现场总线的体系结构与特点 （39）

2.5.2 几种有影响的现场总线 （40）

2.6 SCADA系统中的网络技术 （44）

2.6.1 通信网络概述 （44）

2.6.2 计算机网络拓扑结构与分类 （45）

2.6.3 网络传输介质 （47）

2.6.4 介质访问控制方式 （52）

2.6.5 网络体系结构与参考模型 （55）

2.7 Internet上的协议 （57）

2.7.1 TCP协议 （58）

2.7.2 UDP协议 （60）

2.7.3 网络层IP协议 （62）

2.8 以太网与工业以太网 （64）

2.8.1 以太网 （64）

2.8.2 以太网的物理层和数据链路层规范 （65）

2.8.3 工业以太网 （65）

2.9 SCADA系统中无线通信技术 （69）

2.9.1 SCADA系统常用无线通信技术 （69）

2.9.2 短程无线通信技术 （71）

2.9.3 数传电台及其应用 （75）

2.9.4 GPRS无线通信技术及其应用 （80）

第3章 I／O接口与数据采集技术 （85）

3.1 SCADA系统I／O接口概述 （85）

3.2 过程I／O接口 （86）

3.2.1 模拟量输入通道 （86）

3.2.2 模拟量输出通道 （92）

3.2.3 开关量输入／输出通道 （95）

3.3 基于PC的数据采集技术 （96）

3.3.1 常用的数据采集方法 （96）

3.3.2 数据采集中的I／O控制方式 （98）

3.4 基于PC的数据采集系统编程 （100）

3.4.1 基于DLL的数据采集 （101）

3.4.2 基于ActiveX的数据采集程序设计 （103）

3.4.3 PC总线I／O板卡设备数据采集编程 （106）

3.5 基于PLC的数据采集系统编程 （109）

3.5.1 用PLC与数据采集模块进行模拟量采集编程 （109）

3.5.2 用PLC与智能仪表配合进行数据采集编程 （111）

3.5.3 用PLC进行数据采集编程 （114）

3.6 基于虚拟仪器的数据采集技术 （118）

3.6.1 虚拟仪器技术 （118）

3.6.2 虚拟仪器软件开发平台 （119）

3.7 基于Web的远程数据采集与监控 （125）

3.7.1 基于Web的远程数据采集与监控 （126）

3.7.2 利用组态软件实现数据的远程访问 （127）

3.7.3 利用ASP实现数据的远程访问 （129）

第4章 工业控制数据交换标准——OPC规范 （131）

4.1 OPC的开发背景和历史 （131）

4.2 OPC的关键技术与体系结构 （133）

4.2.1 COM与DCOM技术 （133）

4.2.2 COM主要特性 （135）

4.2.3 基于OPC的客户机／服务器数据交换模型 （136）

4.3 OPC分层模型结构与对象接口 （137）

4.3.1 OPC 分层模型结构 （137）

4.3.2 OPC对象接口 （138）

4.4 OPC接口与数据访问方法 （140）

4.4.1 OPC接口 （140）

4.4.2 OPC数据访问方法 （141）

4.5 其他OPC规范 （144）

4.5.1 OPC报警与事件 （144）

4.5.2 OPC历史数据存取 （144）

4.5.3 OPC批量服务器 （145）

4.6 OPC服务器与客户程序设计 （145）

4.6.1 OPC服务器设计 （145）

4.6.2 OPC 客户程序设计 （147）

4.6.3 OPC软件工具包 （147）

4.6.4 互操作性测试 （148）

4.7 组态软件网络OPC功能使用说明 （148）

4.7.1 配置充当OPC服务器的机器 （148）

4.7.2 组态软件作为OPC客户端与OPC服务器连接 （150）

第5章 工业控制组态软件 （154）

5.1 组态软件的产生及发展 （154）

5.2 组态软件的功能需求 （155）

5.3 组态软件系统构成与技术特色 （156）

5.3.1 组态软件的总体结构及其相似性 （156）

5.3.2 组态软件的功能部件 （158）

5.3.3 组态软件技术特色 （164）

5.3.4 组态软件的发展趋势 （166）

5.4 主要的组态软件介绍 （168）

5.4.1 iFIx （168）

5.4.2 InTouch （170）

5.4.3 WinCC （172）

5.4.4 组态王 （174）

5.4.5 WebAccess （176）

5.5 嵌入式组态软件 （180）

5.5.1 嵌入式组态软件的产生 （180）

5.5.2 嵌入式组态软件的功能与特点 （181）

5.5.3 嵌入式组态软件的构成 （181）

5.6 组态软件的局限及功能扩展 （182）

5.6.1 组态软件的功能局限性 （182）

5.6.2 用DDE扩展组态软件功能 （184）

5.7 用组态软件开发SCADA系统上位机人机界面 （186）

5.7.1 组态软件选型 （186）

5.7.2 用组态软件设计SCADA人机界面 （188）

5.7.3 SCADA系统中数据报表开发 （191）

5.7.4 SCADA系统人机界面的调试 （192）

第6章 工业控制编程语言标准 IEC 61131-3 （193）

6.1 IEC 61131-3标准的产生与特点 （193）

6.1.1 传统的PLC编程语言的不足 （193）

6.1.2 IEC 61131-3标准的产生 （194）

6.1.3 IEC 61131－3标准的特点 （196）

6.2 IEC 61131-3的基本内容 （197）

6.2.1 语言元素 （198）

6.2.2 数据类型 （204）

6.2.3 变量 （207）

6.3 程序组织单元 （213）

6.3.1 程序组织单元及其组成 （213）

6.3.2 功能 （215）

6.3.3 功能块 （217）

6.3.4 程序 （218）

6.4 软件、通信和功能模型 （219）

6.4.1 软件模型 （219）

6.4.2 通信模型 （221）

6.5 IEC 61131-3标准的5种编程语言 （223）

6.5.1 顺序功能图 （223）

6.5.2 梯形图语言 （225）

6.5.3 功能块图 （226）

6.5.4 结构化文本语言 （226）

6.5.5 指令表语言 （228）

6.6 基于IEC 61131-3标准的编程软件 （228）

6.6.1 MULTIPROG （229）

6.6.2 OpenPCS （231）

6.6.3 CoDesys （232）

第7章 基于PC的控制技术 （233）

7.1 基于PC（PC-Based）的控制技术概述 （233）

7.1.1 基于PC的控制技术产生 （233）

7.1.2 基于PC控制中的操作系统 （234）

7.2 软PLC控制技术 （236）

7.2.1 软PLC控制系统架构 （236）

7.2.2 几种类型的工业PC （237）

7.2.3 软PLC工业控制系统设计 （238）

7.2.4 软PLC软件 KingACT （240）

7.3 基于PC的控制技术的发展 （243）

7.3.1 传统基于PC的控制技术的局限性 （243）

7.3.2 可编程自动化控制器（PAC） （244）

7.4 西门子基于PC控制解决方案 （246）

7.4.1 SIMATIC WinAC——基于PC的自动化控制产品系列 （246）

7.4.2 西门子基于PC的自动化的优点 （247）

7.5 用ISaGRAF开发嵌入式控制器应用程序 （249）

7.5.1 ISaGRAF简介 （249）

7.5.2 用ISaGRAF开发嵌入式控制器程序 （251）

7.6 PAC在真空制盐过程控制中的应用 （260）

7.6.1 真空制盐工艺过程与控制要求 （260）

7.6.2 真空制盐控制系统总体设计 （260）

7.6.3 真空制盐过程PID控制方案及其实现 （261）

第8章 SCADA系统设计与开发 （265）

8.1 SCADA系统设计概述 （265）

8.2 SCADA系统设计原则 （265）

8.3 SCADA系统设计与开发步骤 （267）

8.3.1 SCADA系统需求分析与总体设计 （267）

8.3.2 SCADA系统类型确定与设备选型 （270）

8.3.3 SCADA系统应用软件开发 （272）

8.4 控制策略与PID算法 （275）

8.4.1 PID控制算法 （275）

8.4.2 PLC中的PID控制指令 （277）

8.4.3 PID控制器参数整定 （280）

8.5 SCADA系统调试与运行 （282）

8.5.1 离线仿真调试 （282）

8.5.2 在线调试和运行 （283）

8.6 SCADA系统可靠性设计 （284）

8.6.1 供电抗干扰措施 （284）

8.6.2 接地抗干扰措施 （285）

8.6.3 软件抗干扰措施 （287）

8.6.4 空间抗干扰措施 （288）

第9章 SCADA系统应用案例分析 （290）

9.1 污染源在线监控SCADA系统设计与实现 （291）

9.1.1 概述 （291）

9.1.2 系统结构与特点 （291）

9.1.3 系统配置及功能 （293）

9.2 污水处理厂SCADA系统设计与开发 （295）

9.2.1 概述 （295）

9.2.2 污水处理厂SCADA系统结构与功能 （296）

9.2.3 污水厂SCADA系统主要硬件设备选型 （299）

9.2.4 污水处理厂SCADA系统下位机PLC站控制软件开发 （303）

9.2.5 基于OPC技术的上、下位机通信系统开发 （314）

9.2.6 污水处理厂SCADA系统上位机软件开发 （316）

9.2.7 系统调试与运行 （319）

9.3 油田抽油机SCADA系统设计与开发 （320）

9.3.1 油田抽油机SCADA系统组成 （320）

9.3.2 油田中心控制室软件描述 （321）

9.3.3 抽油机现场控制器 （324）

9.3.4 油井自动计量控制器 （327）

9.4 原油输送管线SCADA系统设计与开发 （328）

9.4.1 概述 （328）

9.4.2 OPTO 22 SCADA系统解决方案 （329）

9.4.3 SCADA系统设计与开发 （332）

参考文献 （338）

《监控与数据采集（SCADA）系统及其应用》系统地介绍了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、基于PC的控制、通信与网络技术和SCADA系统集成等作了详实的介绍，并通过实际应用案例来加深读者对内容的理解与掌握。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。
　　《监控与数据采集（SCADA）系统及其应用》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。