工业过程控制系统及工程应用电子书

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内容提要

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前言

第1章　控制系统概论

1.1　控制系统的基本组成

1.1.1　控制主机

1.1.2　检测仪表

1.1.3　执行机构

1.1.4　通信设备

1.1.5　操作器件

1.1.6　人机界面

1.1.7　系统软件

1.2　分布式控制系统

1.2.1　分布式控制系统的结构

1.2.2　分布式控制系统的功能层次

1.3　控制系统的常用通信技术

1.3.1　串行通信

1.3.2　USB通信

1.3.3　工业以太网通信

1.3.4　现场总线通信技术

1.4　常用控制计算机

1.4.1　控制计算机的硬件组成

1.4.2　控制计算机的功能特点

1.4.3　控制系统的规模

1.5　国内外主要PLC产品

1.5.1　美国PLC产品

1.5.2　欧洲PLC产品

1.5.3　日本PLC产品

1.5.4　国产PLC产品

1.6　主要DCS产品

1.6.1　国外主要DCS产品

1.6.2　国产DCS产品

1.7　主要现场总线技术

1.7.1　典型现场总线结构

1.7.2　FF现场总线

1.7.3　Profibus现场总线

1.7.4　Profinet现场总线

1.8　控制系统的发展趋势

1.8.1　PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展

1.8.2　DCS面向测控管一体化设计发展

1.8.3　控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展

1.8.4　PLC、DCS、FCS将长期共存

1.9　控制系统监控组态软件

1.9.1　组态软件概念

1.9.2　组态软件的功能

1.9.3　国内外主要组态软件

1.9.4　组态软件的发展趋势

第2章　控制系统工程规划

2.1　控制系统设计的基本原则与步骤

2.1.1　控制系统设计的基本原则

2.1.2　控制系统的设计要求

2.1.3　控制系统设计的一般步骤

2.1.4　控制主机总体设计

2.1.5　工业防爆危险区的防爆等级

2.2　控制系统的硬件配置

2.2.1　人-机接口（操作站）

2.2.2　中央处理器（CPU）

2.2.3　通信网络及过程接口

2.2.4　编程终端及工程师站

2.3　控制系统软件配置及编程语言

2.3.1　控制系统软件层次

2.3.2　控制层软件

2.3.3　控制计算机编程语言

2.4　下位控制软件的设计规划

2.4.1　下位控制软件的基本规划

2.4.2　将过程划分为任务和区域

2.4.3　单个功能区域的描述

2.4.4　列出仪表I/O和创建I/O图

2.4.5　建立安全要求

2.4.6　描述所要求的操作界面显示和控制

2.4.7　创建组态图

2.5　控制系统的监控画面设计

2.5.1　主要显示内容

2.5.2　概貌显示画面

2.5.3　过程显示画面

2.5.4　仪表面板显示画面

2.5.5　操作点显示画面

2.5.6　趋势显示画面

2.5.7　报警显示画面

2.5.8　电子表格

2.5.9　系统显示画面

2.6　控制系统工程设计

2.6.1　基础设计/初步设计

2.6.2　工程设计/施工图设计

2.6.3　工程设计阶段应完成的工作

2.6.4　应用软件编程阶段应完成的工作

2.7　控制系统询价、报价

2.7.1　询价

2.7.2　报价及比较

第3章　控制系统设计规范

3.1　管道及仪表流程图（P&ID）的设计

3.1.1　控制方案的确定

3.1.2　管道及仪表流程图（P&ID）的设计内容

3.1.3　管道及仪表流程图（P&ID）的绘制

3.2　仪表功能标志

3.2.1　功能标志组成

3.2.2　仪表的位号

3.3　文字符号

3.3.1　基本文字符号

3.3.2　典型的仪表回路号和仪表位号示例

3.3.3　仪表常用缩写字母

3.3.4　缩写字母的应用

3.4　图形符号

3.4.1　基本图形符号

3.4.2　图形符号

3.5　测量点与连接线的图形符号

3.5.1　测量点的表示

3.5.2　仪表的各种连接线规定

3.6　自控系统图形符号示例

3.6.1　单一参数控制系统图形符号示例

3.6.2　常规仪表复杂控制系统图形符号示例

3.6.3　复杂控制系统图形符号示例

3.6.4　合成氨装置H_2O/C控制系统（超前/滞后系统）图形符号示例

3.7　控制室设计规定

3.7.1　总图位置的选择

3.7.2　布置和面积

3.7.3　操作站

3.7.4　建筑、结构设计要求

3.7.5　采光与照明

3.7.6　采暖、通风和空气调节

3.7.7　进线方式和室内电缆敷设

3.7.8　接地及安全保护

3.7.9　通信

3.8　仪表供电设计规定

3.8.1　仪表供电范围、负荷等级与电源类型

3.8.2　仪表电源质量与容量

3.8.3　供电系统设计与设计条件

3.8.4　供电器材的选择

3.8.5　供电系统的配线

3.9　信号报警、安全联锁系统设计规定

3.9.1　信号报警系统

3.9.2　安全联锁系统

3.10　仪表配线设计规定

3.10.1　电线、电缆的选用

3.10.2　电线、电缆的敷设

3.10.3　仪表盘（箱、柜）内配管、配线

3.11　仪表系统接地设计规定

3.11.1　仪表系统接地原则

3.11.2　接地系统的构建

3.11.3　接地连接方法

3.11.4　接地连接的规格及结构要求

3.11.5　仪表系统接地注意事项

第4章　控制系统仪表设计选型

4.1　温度检测仪表的设计选型

4.1.1　仪表设计选型的总原则

4.1.2　就地温度仪表

4.1.3　集中温度仪表

4.1.4　温度变送器

4.2　压力检测仪表的设计选型

4.2.1　压力检测仪表选型总则

4.2.2　根据应用条件选择压力表

4.2.3　主要性能选择

4.2.4　变送器的选择

4.2.5　压力测量仪表的分类和特点

4.3　流量检测仪表的设计选型

4.3.1　流量检测仪表选型总则

4.3.2　一般流体、液体、蒸汽流量测量仪表的选型

4.3.3　腐蚀、导电或带固体微粒流量测量仪表的选型

4.3.4　高黏度流体流量测量仪表的选型

4.3.5　粉粒及块状固体流量测量仪表的选型

4.3.6　流量测量仪表的选型

4.4　物位仪表的设计选型

4.4.1　物位仪表选型总则

4.4.2　液面和界面测量仪表

4.4.3　料面测量仪表

4.5　过程分析仪表选型

4.5.1　过程分析仪表选型总则

4.5.2　分析气相混合物组分的仪表选型

4.5.3　分析液相混合物组分的仪表选型

4.6　控制阀的设计选型

4.6.1　控制阀组成及流量特性的选择

4.6.2　控制阀类型的选择

4.6.3　阀材料的选择

4.6.4　控制阀口径的确定原则

4.6.5　执行机构的选择

4.6.6　控制阀附件的选择

第5章　控制计算机

5.1　西门子系列PLC产品介绍

5.1.1　LOGO！

5.1.2　SIMATIC S7-200系列PLC

5.1.3　SIMATIC S7-1200系列PLC

5.1.4　SIMATIC S7-1500系列PLC

5.1.5　SIMATIC S7-300 PLC

5.1.6　SIMATIC S7-400 PLC

5.1.7　分布式IO—ET200

5.2　S7-300PLC的硬件配置

5.2.1　S7-300PLC的组装

5.2.2　S7-300PLC的组成及结构

5.2.3　S7-300PLC的扩展

5.3　S7-300的CPU

5.3.1　紧凑型S7-300CPU

5.3.2　标准型CPU

5.3.3　故障安全型CPU

5.4　S7-300的数字量输入/输出模块

5.4.1　SM321数字量输入模块

5.4.2　SM322数字量输出模块

5.5　S7-300模拟量模块

5.5.1　SM331的模拟量输入模块

5.5.2　SM332模拟量输出模块

5.6　S7-300的其他常用模块

5.6.1　电源模块

5.6.2　接口模块

5.6.3　常用CP通讯产品

5.6.4　S7-300常用配件

5.7　S7-400 PLC系统

5.7.1　S7-400概述

5.7.2　S7-400 PLC系统

5.8　S7-400的CPU模块

5.8.1　CPU 412模块

5.8.2　CPU 414模块

5.8.3　CPU 416模块

5.8.4　CPU 417模块

5.9　S7-400H冗余系统

5.9.1　S7-400H概述

5.9.2　S7-400H冗余系统结构

5.9.3　S7-400H冗余系统组成

5.9.4　S7-400H冗余方式及组态编程

5.9.5　S7-400H冗余系统的CPU模块

5.10　S7-400的I/O模块

5.10.1　S7-400数字量模块

5.10.2　S7-400的接口模块

5.11　ET 200分布式I/O系统

5.11.1　ET 200概述

5.11.2　ET 200M分布式I/O站

第6章　控制编程软件

6.1　控制编程软件概述

6.1.1　STEP 7软件版本

6.1.2　STEP 7的安装

6.1.3　PC与PLC通信方式

6.1.4　程序的下载

6.1.5　程序的上传

6.1.6　S7-300/400PLC仿真

6.1.7　STEP 7的应用步骤

6.1.8　如何获得帮助

6.2　项目创建及硬件组态

6.2.1　项目的产生

6.2.2　硬件组态的基本步骤

6.2.3　组态中央机架

6.2.4　组态分布式I/O站

6.2.5　组态PROFINET IO站

6.2.6　组态SIMATIC PC站

6.2.7　组态冗余系统

6.2.8　模块参数设置

6.3　STEP 7的程序结构及编程

6.3.1　STEP 7程序的组成及调用

6.3.2　数据类型及表示方法

6.3.3　编程语言

6.3.4　程序编辑器

6.3.5　创建块的方法

6.3.6　使用库编程

6.3.7　逻辑块的编程

6.3.8　创建数据块

6.4　STEP 7指令系统

6.4.1　指令及其结构

6.4.2　位逻辑指令

6.4.3　数据比较指令

6.4.4　常用数据类型转换指令

6.4.5　整形数计算函数

6.4.6　浮点数计算函数

6.4.7　移位、循环指令

6.4.8　计数器

6.4.9　定时器

6.5　模拟量输入/输出与PID控制

6.5.1　模拟量输入/输出

6.5.2　连续型PID控制器SFD41

第7章　监控组态软件

7.1　组态王软件简介

7.1.1　组态王软件版本

7.1.2　安装组态王软件

7.1.3　组态王支持的I/O设备

7.2　创建监控工程

7.2.1　工程的开发步骤

7.2.2　创建一个工程

7.3　定义外部设备和数据变量

7.3.1　外部设备定义

7.3.2　I/O变量定义

7.3.3　变量的管理

7.4　创建组态画面

7.4.1　画面设计

7.4.2　动画连接

7.4.3　命令语言

7.4.4　画面的切换

7.4.5　运行系统设置

7.5　报警和事件

7.5.1　建立报警和事件窗口

7.5.2　报警和事件的输出

7.6　趋势曲线

7.6.1　实时趋势曲线

7.6.2　历史趋势曲线

7.7　控件

7.7.1　组态王内置控件

7.7.2　Active X控件

7.8　报表系统

7.8.1　创建报表

7.8.2　报表函数

7.9　组态王历史库

7.9.1　组态王历史库概述

7.9.2　组态王变量的历史记录属性

7.9.3　历史记录存储及文件的格式

7.9.4　历史数据的查询、备份和合并

7.10　组态王与其他应用程序的动态数据交换（DDE）

7.10.1　动态数据交换的概念

7.10.2　组态王访问Excel的数据

7.10.3　Excel访问组态王的数据

7.10.4　组态王与VB间的数据交换

7.10.5　重新建立DDE连接菜单命令

7.11　组态王数据库访问（SQL）

7.11.1　组态王SQL访问管理器

7.11.2　配置SQL数据库

7.11.3　组态王使用SQL数据库

7.12　组态王与OPC设备连接

7.12.1　OPC简介

7.12.2　组态王与OPC的连接

7.13　组态王的网络功能

7.13.1　组态王网络结构概述

7.13.2　网络配置简介

7.13.3　网络变量使用

7.13.4　网络精灵

7.14　冗余系统

7.14.1　双设备冗余

7.14.2　双机热备

7.14.3　双机热备配置

7.15　组态王For Internet应用

7.15.1　Web功能介绍

7.15.2　画面发布

7.15.3　在IE浏览器端浏览发布的画面

7.16　无线数据通信在组态王上的使用

7.16.1　组态王的无线通信过程

7.16.2　组态王用到的文件、功能及通信过程

7.16.3　GPRS通信的组态

第8章　控制系统调试与维护

8.1　控制系统的调试方法

8.1.1　控制系统的调试步骤

8.1.2　调试前的准备工作

8.2　控制计算机的检查与测试

8.2.1　控制计算机的现场验收

8.2.2　控制计算机的安全要求

8.2.3　控制计算机上电测试

8.2.4　控制计算机通信的检验与调试

8.3　控制系统现场调试

8.3.1　离线调试

8.3.2　在线调试

8.4　PID控制参数的工程整定方法

8.4.1　临界比例度法

8.4.2　衰减曲线法

8.4.3　经验凑试法

8.4.4　动态特性参数法

8.4.5　整定方法的比较

8.5　控制系统验收

8.5.1　控制系统验收步骤

8.5.2　控制系统验收的竣工资料

8.6　控制系统运行维护

8.6.1　控制系统常见故障

8.6.2　防止干扰和设备损坏的一般方法

8.6.3　系统现场维护常见问题

8.6.4　控制系统日常管理和维护

第9章　底吹炉熔炼生产过程控制系统

9.1　底吹炉熔炼生产过程简介

9.1.1　铜熔炼生产过程流程

9.1.2　底吹炉结构

9.1.3　底吹炉工艺

9.2　主要测控内容及设计要求

9.2.1　原料工段主要测控内容

9.2.2　熔炼炉主要测控内容

9.2.3　循环水系统主要测控内容

9.2.4　阀站主要测控内容

9.2.5　电热前床主要测控内容

9.2.6　控制系统要求

9.2.7　采用的设计规范及标准

9.3　控制系统的测控点设计

9.3.1　原料工段的P&ID图

9.3.2　底吹炉本体的P&ID图

9.3.3　阀站的P&ID图

9.3.4　循环水系统的P&ID图

9.3.5　电热前床的P&ID图

9.4　现场测控仪表及选型

9.4.1　概述

9.4.2　原料工段测控仪表选型

9.4.3　底吹炉本体测控仪表选型

9.4.4　阀站测控仪表选型

9.4.5　循环水系统测控仪表选型

9.5　底吹熔炼炉控制系统硬件及软件配置

9.5.1　控制系统结构

9.5.2　控制系统I/O配置

9.5.3　分布式PLC硬件配置

9.5.4　控制系统上位站的配置

9.6　监控系统设计开发

9.6.1　模拟工艺流程图

9.6.2　操作面板

9.6.3　报警窗口

9.6.4　历史数据显示

9.6.5　数据报表

9.6.6　PID控制回路参数调试界面

参考文献