工业过程控制系统及工程应用PDF电子书下载

第1章 控制系统概论 1

1.1控制系统的基本组成 1

1.1.1控制主机 1

1.1.2检测仪表 2

1.1.3执行机构 2

1.1.4通信设备 2

1.1.5操作器件 2

1.1.6人机界面 2

1.1.7系统软件 3

1.2分布式控制系统 3

1.2.1分布式控制系统的结构 3

1.2.2分布式控制系统的功能层次 4

1.3控制系统的常用通信技术 6

1.3.1串行通信 6

1.3.2 USB通信 6

1.3.3工业以太网通信 7

1.3.4现场总线通信技术 8

1.4常用控制计算机 10

1.4.1控制计算机的硬件组成 11

1.4.2控制计算机的功能特点 12

1.4.3控制系统的规模 13

1.5国内外主要PLC产品 13

1.5.1美国PLC产品 14

1.5.2欧洲PLC产品 14

1.5.3日本PLC产品 15

1.5.4国产PLC产品 16

1.6主要DCS产品 16

1.6.1国外主要DCS产品 16

1.6.2国产DCS产品 19

1.7 主要现场总线技术 20

1.7.1典型现场总线结构 20

1.7.2 FF现场总线 21

1.7.3 Profibus现场总线 22

1.7.4 Profinet现场总线 23

1.8控制系统的发展趋势 24

1.8.1 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展 24

1.8.2 DCS面向测控管一体化设计发展 24

1.8.3控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展 25

1.8.4 PLC、DCS、FCS将长期共存 25

1.9控制系统监控组态软件 25

1.9.1组态软件概念 25

1.9.2组态软件的功能 26

1.9.3国内外主要组态软件 27

1.9.4组态软件的发展趋势 27

第2章 控制系统工程规划 30

2.1 控制系统设计的基本原则与步骤 30

2.1.1控制系统设计的基本原则 30

2.1.2控制系统的设计要求 30

2.1.3控制系统设计的一般步骤 31

2.1.4控制主机总体设计 34

2.1.5工业防爆危险区的防爆等级 35

2.2控制系统的硬件配置 36

2.2.1人-机接口（操作站） 36

2.2.2中央处理器（CPU） 37

2.2.3通信网络及过程接口 38

2.2.4编程终端及工程师站 38

2.3控制系统软件配置及编程语言 39

2.3.1控制系统软件层次 39

2.3.2控制层软件 41

2.3.3控制计算机编程语言 45

2.4下位控制软件的设计规划 47

2.4.1下位控制软件的基本规划 47

2.4.2将过程划分为任务和区域 48

2.4.3单个功能区域的描述 48

2.4.4列出仪表I/O和创建I/O图 49

2.4.5建立安全要求 50

2.4.6描述所要求的操作界面显示和控制 51

2.4.7创建组态图 52

2.5控制系统的监控画面设计 52

2.5.1主要显示内容 52

2.5.2概貌显示画面 53

2.5.3过程显示画面 54

2.5.4仪表面板显示画面 55

2.5.5操作点显示画面 55

2.5.6趋势显示画面 55

2.5.7报警显示画面 57

2.5.8电子表格 58

2.5.9系统显示画面 58

2.6控制系统工程设计 59

2.6.1基础设计/初步设计 59

2.6.2工程设计/施工图设计 59

2.6.3工程设计阶段应完成的工作 60

2.6.4应用软件编程阶段应完成的工作 60

2.7控制系统询价、报价 60

2.7.1询价 60

2.7.2报价及比较 61

第3章 控制系统设计规范 63

3.1管道及仪表流程图（P＆ID）的设计 63

3.1.1控制方案的确定 63

3.1.2管道及仪表流程图（P＆ID）的设计内容 64

3.1.3管道及仪表流程图（P＆ID）的绘制 66

3.2仪表功能标志、 67

3.2.1功能标志组成 67

3.2.2仪表的位号 67

3.3文字符号 68

3.3.1基本文字符号 68

3.3.2典型的仪表回路号和仪表位号示例 71

3.3.3仪表常用缩写字母 72

3.3.4缩写字母的应用 74

3.4图形符号 74

3.4.1基本图形符号 74

3.4.2图形符号 76

3.5测量点与连接线的图形符号 81

3.5.1测量点的表示 81

3.5.2仪表的各种连接线规定 81

3.6自控系统图形符号示例 82

3.6.1单一参数控制系统图形符号示例 82

3.6.2常规仪表复杂控制系统图形符号示例 83

3.6.3复杂控制系统图形符号示例 84

3.6.4合成氨装置H2 O/C控制系统（超前/滞后系统）图形符号示例 84

3.7控制室设计规定 86

3.7.1总图位置的选择 86

3.7.2布置和面积 86

3.7.3操作站 87

3.7.4建筑、结构设计要求 87

3.7.5采光与照明 88

3.7.6采暖、通风和空气调节 88

3.7.7进线方式和室内电缆敷设 89

3.7.8接地及安全保护 89

3.7.9通信 89

3.8仪表供电设计规定 89

3.8.1仪表供电范围、负荷等级与电源类型 89

3.8.2仪表电源质量与容量 90

3.8.3供电系统设计与设计条件 90

3.8.4供电器材的选择 91

3.8.5供电系统的配线 91

3.9信号报警、安全联锁系统设计规定 91

3.9.1信号报警系统 92

3.9.2安全联锁系统 93

3.10仪表配线设计规定 95

3.10.1电线、电缆的选用 95

3.10.2电线、电缆的敷设 96

3.10.3仪表盘（箱、柜）内配管、配线 98

3.11仪表系统接地设计规定 99

3.11.1仪表系统接地原则 99

3.11.2接地系统的构建 100

3.11.3接地连接方法 100

3.11.4接地连接的规格及结构要求 104

3.11.5仪表系统接地注意事项 104

第4章 控制系统仪表设计选型 105

4.1温度检测仪表的设计选型 105

4.1.1仪表设计选型的总原则 105

4.1.2就地温度仪表 105

4.1.3集中温度仪表 106

4.1.4温度变送器 106

4.2压力检测仪表的设计选型 106

4.2.1压力检测仪表选型总则 106

4.2.2根据应用条件选择压力表 107

4.2.3主要性能选择 107

4.2.4变送器的选择 108

4.2.5压力测量仪表的分类和特点 108

4.3流量检测仪表的设计选型 108

4.3.1流量检测仪表选型总则 108

4.3.2一般流体、液体、蒸汽流量测量仪表的选型 109

4.3.3腐蚀、导电或带固体微粒流量测量仪表的选型 111

4.3.4高黏度流体流量测量仪表的选型 112

4.3.5粉粒及块状固体流量测量仪表的选型 112

4.3.6流量测量仪表的选型 112

4.4物位仪表的设计选型 115

4.4.1物位仪表选型总则 115

4.4.2液面和界面测量仪表 115

4.4.3料面测量仪表 117

4.5过程分析仪表选型 118

4.5.1过程分析仪表选型总则 118

4.5.2分析气相混合物组分的仪表选型 118

4.5.3分析液相混合物组分的仪表选型 123

4.6控制阀的设计选型 126

4.6.1控制阀组成及流量特性的选择 126

4.6.2控制阀类型的选择 127

4.6.3阀材料的选择 128

4.6.4控制阀口径的确定原则 129

4.6.5执行机构的选择 130

4.6.6控制阀附件的选择 132

第5章 控制计算机 134

5.1西门子系列PLC产品介绍 134

5.1.1 LOGO！ 134

5.1.2 SIMATIC S7-200系列PLC 135

5.1.3 SIMATIC S7-1200系列PLC 136

5.1.4 SIMATIC S7-1500系列PLC 138

5.1.5 SIMATIC S7-300 PLC 139

5.1.6 SIMATIC S7-400 PLC 141

5.1.7分布式IO—ET200 143

5.2 S7-300PLC的硬件配置 144

5.2.1 S7-300PLC的组装 144

5.2.2 S7-300PLC的组成及结构 145

5.2.3 S7-300PLC的扩展 147

5.3 S7-300的CPU 148

5.3.1紧凑型S7-300CPU 148

5.3.2标准型CPU 149

5.3.3故障安全型CPU 151

5.4 S7-300的数字量输入/输出模块 152

5.4.1 SM321数字量输入模块 153

5.4.2 SM322数字量输出模块 154

5.5 S7-300模拟量模块 156

5.5.1 SM331的模拟量输入模块 156

5.5.2 SM332模拟量输出模块 156

5.6 S7-300的其他常用模块 164

5.6.1电源模块 164

5.6.2接口模块 164

5.6.3常用CP通讯产品 165

5.6.4 S7-300常用配件 166

5.7 S7-400 PLC系统 167

5.7.1 S7-400概述 167

5.7.2 S7-400 PL&C系统 169

5.8 S7-400的CPU模块 171

5.8.1 CPU 412模块 171

5.8.2 CPU 414模块 172

5.8.3 CPU 416模块 174

5.8.4 CPU 417模块 176

5.9 S7-400H冗余系统 176

5.9.1 S7-400H概述 176

5.9.2 S7-400H冗余系统结构 177

5.9.3 S7-400H冗余系统组成 177

5.9.4 S7-400H冗余方式及组态编程 180

5.9.5 S7-400 H冗余系统的CPU模块 181

5.10 S7-400的I/O模块 182

5.10.1 S7-400数字量模块 182

5.10.2 S7-400的接口模块 187

5.11 ET 200分布式I/O系统 187

5.11.1 ET 200概述 187

5.11.2 ET 200M分布式I/O站 188

第6章 控制编程软件 191

6.1控制编程软件概述 191

6.1.1 STEP 7软件版本 191

6.1.2 STEP 7的安装 191

6.1.3 PC与PLC通信方式 193

6.1.4程序的下载 193

6.1.5程序的上传 194

6.1.6 S7-300/400PLC仿真 196

6.1.7 STEP 7的应用步骤 197

6.1.8如何获得帮助 197

6.2项目创建及硬件组态 197

6.2.1项目的产生 197

6.2.2硬件组态的基本步骤 199

6.2.3组态中央机架 199

6.2.4组态分布式I/O站 201

6.2.5组态PROFINET IO站 201

6.2.6组态SIMATIC PC站 203

6.2.7组态冗余系统 204

6.2.8模块参数设置 205

6.3STEP7的程序结构及编程 208

6.3.1 STEP 7程序的组成及调用 208

6.3.2数据类型及表示方法 211

6.3.3编程语言 213

6.3.4程序编辑器 213

6.3.5创建块的方法 214

6.3.6使用库编程 214

6.3.7逻辑块的编程 215

6.3.8创建数据块 217

6.4 STEP 7指令系统 218

6.4.1指令及其结构 218

6.4.2位逻辑指令 219

6.4.3数据比较指令 220

6.4.4常用数据类型转换指令 221

6.4.5整形数计算函数 222

6.4.6浮点数计算函数 223

6.4.7移位、循环指令 224

6.4.8计数器 225

6.4.9定时器 226

6.5模拟量输入/输出与PID控制 227

6.5.1模拟量输入/输出 227

6.5.2连续型PID控制器SFD41 230

第7章 监控组态软件 233

7.1 组态王软件简介 233

7.1.1组态王软件版本 233

7.1.2安装组态王软件 235

7.1.3组态王支持的I/O设备 235

7.2创建监控工程 236

7.2.1工程的开发步骤 236

7.2.2创建一个工程 236

7.3定义外部设备和数据变量 238

7.3.1外部设备定义 238

7.3.2 I/O变量定义 238

7.3.3变量的管理 242

7.4创建组态画面 243

7.4.1画面设计 243

7.4.2动画连接 244

7.4.3命令语言 247

7.4.4画面的切换 248

7.4.5运行系统设置 249

7.5报警和事件 249

7.5.1建立报警和事件窗口 249

7.5.2报警和事件的输出 251

7.6趋势曲线 252

7.6.1实时趋势曲线 252

7.6.2历史趋势曲线 252

7.7控件 254

7.7.1组态王内置控件 254

7.7.2 Active X控件 255

7.8报表系统 256

7.8.1创建报表 256

7.8.2报表函数 257

7.9组态王历史库 259

7.9.1组态王历史库概述 259

7.9.2组态王变量的历史记录属性 259

7.9.3历史记录存储及文件的格式 260

7.9.4历史数据的查询、备份和合并 262

7.10组态王与其他应用程序的动态数据交换（DDE） 263

7.10.1动态数据交换的概念 263

7.10.2组态王访问Excel的数据 264

7.10.3 Excel访问组态王的数据 265

7.10.4组态王与VB间的数据交换 266

7.10.5重新建立DDE连接菜单命令 267

7.11组态王数据库访问 （SQL） 267

7.11.1组态王SQL访问管理器 268

7.11.2配置SQL数据库 269

7.11.3组态王使用SQL数据库 269

7.12组态王与OPC设备连接 272

7.12.1 OPC简介 272

7.12.2组态王与OPC的连接 272

7.13组态王的网络功能 275

7.13.1组态王网络结构概述 275

7.13.2网络配置简介 276

7.13.3网络变量使用 280

7.13.4网络精灵 280

7.14冗余系统 280

7.14.1双设备冗余 280

7.14.2双机热备 281

7.14.3双机热备配置 282

7.15组态王For Internet应用 283

7.15.1 Web功能介绍 283

7.15.2画面发布 285

7.15.3在IE浏览器端浏览发布的画面 286

7.16无线数据通信在组态王上的使用 288

7.16.1组态王的无线通信过程 288

7.16.2组态王用到的文件、功能及通信过程 288

7.16.3 GPRS通信的组态 289

第8章 控制系统调试与维护 290

8.1 控制系统的调试方法 290

8.1.1控制系统的调试步骤 290

8.1.2调试前的准备工作 290

8.2控制计算机的检查与测试 294

8.2.1控制计算机的现场验收 294

8.2.2控制计算机的安全要求 294

8.2.3控制计算机上电测试 295

8.2.4控制计算机通信的检验与调试 296

8.3控制系统现场调试 297

8.3.1离线调试 297

8.3.2在线调试 301

8.4 PID控制参数的工程整定方法 302

8.4.1临界比例度法 303

8.4.2衰减曲线法 303

8.4.3经验凑试法 304

8.4.4动态特性参数法 306

8.4.5整定方法的比较 307

8.5控制系统验收 307

8.5.1控制系统验收步骤 307

8.5.2控制系统验收的竣工资料 308

8.6控制系统运行维护 311

8.6.1控制系统常见故障 311

8.6.2防止干扰和设备损坏的一般方法 312

8.6.3系统现场维护常见问题 313

8.6.4控制系统日常管理和维护 314

第9章 底吹炉熔炼生产过程控制系统 317

9.1底吹炉熔炼生产过程简介 317

9.1.1铜熔炼生产过程流程 317

9.1.2底吹炉结构 317

9.1.3底吹炉工艺 318

9.2主要测控内容及设计要求 319

9.2.1原料工段主要测控内容 319

9.2.2熔炼炉主要测控内容 319

9.2.3循环水系统主要测控内容 320

9.2.4阀站主要测控内容 320

9.2.5电热前床主要测控内容 320

9.2.6控制系统要求 320

9.2.7采用的设计规范及标准 321

9.3控制系统的测控点设计 321

9.3.1原料工段的P＆ID图 321

9.3.2底吹炉本体的P＆ID图 323

9.3.3阀站的P＆ID图 323

9.3.4循环水系统的P＆ID图 323

9.3.5电热前床的P＆ID图 323

9.4现场测控仪表及选型 328

9.4.1概述 328

9.4.2原料工段测控仪表选型 329

9.4.3底吹炉本体测控仪表选型 330

9.4.4阀站测控仪表选型 331

9.4.5循环水系统测控仪表选型 336

9.5底吹熔炼炉控制系统硬件及软件配置 338

9.5.1控制系统结构 338

9.5.2控制系统I/O配置 338

9.5.3分布式PLC硬件配置 342

9.5.4控制系统上位站的配置 344

9.6监控系统设计开发 345

9.6.1模拟工艺流程图 345

9.6.2操作面板 346

9.6.3报警窗口 347

9.6.4历史数据显示 348

9.6.5数据报表 350

9.6.6 PID控制回路参数调试界面 351