工業(yè)過程控制系統(tǒng)及工程應用

第1章控制系統(tǒng)概論
1.1控制系統(tǒng)的基本組成1
1.1.1控制主機1
1.1.2檢測儀表2
1.1.3執(zhí)行機構(gòu)2
1.1.4通信設(shè)備2
1.1.5操作器件2
1.1.6人機界面2
1.1.7系統(tǒng)軟件3
1.2分布式控制系統(tǒng)3
1.2.1分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3
1.2.2分布式控制系統(tǒng)的功能層次4
1.3控制系統(tǒng)的常用通信技術(shù)6
1.3.1串行通信6
1.3.2USB通信6
1.3.3工業(yè)以太網(wǎng)通信7
1.3.4現(xiàn)場總線通信技術(shù)8
1.4常用控制計算機10
1.4.1控制計算機的硬件組成11
1.4.2控制計算機的功能特點12
1.4.3控制系統(tǒng)的規(guī)模13
1.5國內(nèi)外主要PLC產(chǎn)品13
1.5.1美國PLC產(chǎn)品14
1.5.2歐洲PLC產(chǎn)品14
1.5.3日本PLC產(chǎn)品15
1.5.4國產(chǎn)PLC產(chǎn)品16
1.6主要DCS產(chǎn)品16
1.6.1國外主要DCS產(chǎn)品16
1.6.2國產(chǎn)DCS產(chǎn)品19
1.7主要現(xiàn)場總線技術(shù)20
1.7.1典型現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)20
1.7.2FF現(xiàn)場總線21
1.7.3Profibus現(xiàn)場總線22
1.7.4Profinet現(xiàn)場總線23
1.8控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢24
1.8.1PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展24
1.8.2DCS面向測控管一體化設(shè)計發(fā)展24
1.8.3控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線(FCS)方向發(fā)展25
1.8.4PLC、DCS、FCS將長期共存25
1.9控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件25
1.9.1組態(tài)軟件概念25
1.9.2組態(tài)軟件的功能26
1.9.3國內(nèi)外主要組態(tài)軟件27
1.9.4組態(tài)軟件的發(fā)展趨勢27
第2章控制系統(tǒng)工程規(guī)劃
2.1控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則與步驟30
2.1.1控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則30
2.1.2控制系統(tǒng)的設(shè)計要求30
2.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟31
2.1.4控制主機總體設(shè)計34
2.1.5工業(yè)防爆危險區(qū)的防爆等級35
2.2控制系統(tǒng)的硬件配置36
2.2.1人-機接口(操作站)36
2.2.2中央處理器(CPU)37
2.2.3通信網(wǎng)絡(luò)及過程接口38
2.2.4編程終端及工程師站38
2.3控制系統(tǒng)軟件配置及編程語言39
2.3.1控制系統(tǒng)軟件層次39
2.3.2控制層軟件41
2.3.3控制計算機編程語言45
2.4下位控制軟件的設(shè)計規(guī)劃47
2.4.1下位控制軟件的基本規(guī)劃47
2.4.2將過程劃分為任務和區(qū)域48
2.4.3單個功能區(qū)域的描述48
2.4.4列出儀表I/O和創(chuàng)建I/O圖49
2.4.5建立安全要求50
2.4.6描述所要求的操作界面顯示和控制51
2.4.7創(chuàng)建組態(tài)圖52
2.5控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面設(shè)計52
2.5.1主要顯示內(nèi)容52
2.5.2概貌顯示畫面53
2.5.3過程顯示畫面54
2.5.4儀表面板顯示畫面55
2.5.5操作點顯示畫面55
2.5.6趨勢顯示畫面55
2.5.7報警顯示畫面57
2.5.8電子表格58
2.5.9系統(tǒng)顯示畫面58
2.6控制系統(tǒng)工程設(shè)計59
2.6.1基礎(chǔ)設(shè)計/初步設(shè)計59
2.6.2工程設(shè)計/施工圖設(shè)計59
2.6.3工程設(shè)計階段應完成的工作60
2.6.4應用軟件編程階段應完成的工作60
2.7控制系統(tǒng)詢價、報價60
2.7.1詢價60
2.7.2報價及比較61
第3章控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范
3.1管道及儀表流程圖（P&ID）的設(shè)計63
3.1.1控制方案的確定63
3.1.2管道及儀表流程圖（P&ID）的設(shè)計內(nèi)容64
3.1.3管道及儀表流程圖（P&ID）的繪制66
3.2儀表功能標志67
3.2.1功能標志組成67
3.2.2儀表的位號67
3.3文字符號68
3.3.1基本文字符號68
3.3.2典型的儀表回路號和儀表位號示例71
3.3.3儀表常用縮寫字母72
3.3.4縮寫字母的應用74
3.4圖形符號74
3.4.1基本圖形符號74
3.4.2圖形符號76
3.5測量點與連接線的圖形符號81
3.5.1測量點的表示81
3.5.2儀表的各種連接線規(guī)定81
3.6自控系統(tǒng)圖形符號示例82
3.6.1單一參數(shù)控制系統(tǒng)圖形符號示例82
3.6.2常規(guī)儀表復雜控制系統(tǒng)圖形符號示例83
3.6.3復雜控制系統(tǒng)圖形符號示例84
3.6.4合成氨裝置H2O/C控制系統(tǒng)（超前/滯后系統(tǒng)）圖形符號示例84
3.7控制室設(shè)計規(guī)定86
3.7.1總圖位置的選擇86
3.7.2布置和面積86
3.7.3操作站87
3.7.4建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計要求87
3.7.5采光與照明88
3.7.6采暖、通風和空氣調(diào)節(jié)88
3.7.7進線方式和室內(nèi)電纜敷設(shè)89
3.7.8接地及安全保護89
3.7.9通信89
3.8儀表供電設(shè)計規(guī)定89
3.8.1儀表供電范圍、負荷等級與電源類型89
3.8.2儀表電源質(zhì)量與容量90
3.8.3供電系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)計條件90
3.8.4供電器材的選擇91
3.8.5供電系統(tǒng)的配線91
3.9信號報警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定91
3.9.1信號報警系統(tǒng)92
3.9.2安全聯(lián)鎖系統(tǒng)93
3.10儀表配線設(shè)計規(guī)定95
3.10.1電線、電纜的選用95
3.10.2電線、電纜的敷設(shè)96
3.10.3儀表盤（箱、柜）內(nèi)配管、配線98
3.11儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)定99
3.11.1儀表系統(tǒng)接地原則99
3.11.2接地系統(tǒng)的構(gòu)建100
3.11.3接地連接方法100
3.11.4接地連接的規(guī)格及結(jié)構(gòu)要求104
3.11.5儀表系統(tǒng)接地注意事項104
第4章控制系統(tǒng)儀表設(shè)計選型
4.1溫度檢測儀表的設(shè)計選型105
4.1.1儀表設(shè)計選型的總原則105
4.1.2就地溫度儀表105
4.1.3集中溫度儀表106
4.1.4溫度變送器106
4.2壓力檢測儀表的設(shè)計選型106
4.2.1壓力檢測儀表選型總則106
4.2.2根據(jù)應用條件選擇壓力表107
4.2.3主要性能選擇107
4.2.4變送器的選擇108
4.2.5壓力測量儀表的分類和特點108
4.3流量檢測儀表的設(shè)計選型108
4.3.1流量檢測儀表選型總則108
4.3.2一般流體、液體、蒸汽流量測量儀表的選型109
4.3.3腐蝕、導電或帶固體微粒流量測量儀表的選型111
4.3.4高黏度流體流量測量儀表的選型112
4.3.5粉粒及塊狀固體流量測量儀表的選型112
4.3.6流量測量儀表的選型112
4.4物位儀表的設(shè)計選型115
4.4.1物位儀表選型總則115
4.4.2液面和界面測量儀表115
4.4.3料面測量儀表117
4.5過程分析儀表選型118
4.5.1過程分析儀表選型總則118
4.5.2分析氣相混合物組分的儀表選型118
4.5.3分析液相混合物組分的儀表選型123
4.6控制閥的設(shè)計選型126
4.6.1控制閥組成及流量特性的選擇126
4.6.2控制閥類型的選擇127
4.6.3閥材料的選擇128
4.6.4控制閥口徑的確定原則129
4.6.5執(zhí)行機構(gòu)的選擇130
4.6.6控制閥附件的選擇132
第5章控制計算機
5.1西門子系列PLC產(chǎn)品介紹134
5.1.1LOGO！134
5.1.2SIMATIC S7-200系列PLC135
5.1.3SIMATIC S7-1200系列PLC136
5.1.4SIMATIC S7-1500 系列PLC138
5.1.5SIMATIC S7-300 PLC139
5.1.6SIMATIC S7-400 PLC141
5.1.7分布式IO—ET200143
5.2S7-300PLC的硬件配置144
5.2.1S7-300PLC的組裝144
5.2.2S7-300PLC的組成及結(jié)構(gòu)145
5.2.3S7-300PLC的擴展147
5.3S7-300的CPU148
5.3.1緊湊型S7-300CPU148
5.3.2標準型CPU149
5.3.3故障安全型CPU151
5.4S7-300的數(shù)字量輸入/輸出模塊152
5.4.1SM321數(shù)字量輸入模塊153
5.4.2SM322數(shù)字量輸出模塊154
5.5S7-300模擬量模塊156
5.5.1SM331的模擬量輸入模塊156
5.5.2SM332模擬量輸出模塊156
5.6S7-300的其他常用模塊164
5.6.1電源模塊164
5.6.2接口模塊164
5.6.3常用CP通訊產(chǎn)品165
5.6.4S7-300常用配件166
5.7S7-400 PLC系統(tǒng)167
5.7.1S7-400概述167
5.7.2S7-400 PLC系統(tǒng)169
5.8S7-400的CPU模塊171
5.8.1CPU 412模塊171
5.8.2CPU 414模塊172
5.8.3CPU 416模塊174
5.8.4CPU 417模塊176
5.9S7-400H冗余系統(tǒng)176
5.9.1S7-400H概述176
5.9.2S7-400H冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)177
5.9.3S7-400H冗余系統(tǒng)組成177
5.9.4S7-400H冗余方式及組態(tài)編程180
5.9.5S7-400H冗余系統(tǒng)的CPU模塊181
5.10S7-400的I/O模塊182
5.10.1S7-400數(shù)字量模塊182
5.10.2S7-400的接口模塊187
5.11ET 200分布式I/O系統(tǒng)187
5.11.1ET 200概述187
5.11.2ET 200M分布式I/O站188
第6章控制編程軟件
6.1控制編程軟件概述191
6.1.1STEP 7軟件版本191
6.1.2STEP 7的安裝191
6.1.3PC與PLC通信方式193
6.1.4程序的下載193
6.1.5程序的上傳194
6.1.6S7-300/400PLC仿真196
6.1.7STEP 7的應用步驟197
6.1.8如何獲得幫助197
6.2項目創(chuàng)建及硬件組態(tài)197
6.2.1項目的產(chǎn)生197
6.2.2硬件組態(tài)的基本步驟199
6.2.3組態(tài)中央機架199
6.2.4組態(tài)分布式I/O站201
6.2.5組態(tài)PROFINET IO站201
6.2.6組態(tài)SIMATIC PC站203
6.2.7組態(tài)冗余系統(tǒng)204
6.2.8模塊參數(shù)設(shè)置205
6.3STEP 7的程序結(jié)構(gòu)及編程208
6.3.1STEP 7程序的組成及調(diào)用208
6.3.2數(shù)據(jù)類型及表示方法211
6.3.3編程語言213
6.3.4程序編輯器213
6.3.5創(chuàng)建塊的方法214
6.3.6使用庫編程214
6.3.7邏輯塊的編程215
6.3.8創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊217
6.4STEP 7指令系統(tǒng)218
6.4.1指令及其結(jié)構(gòu)218
6.4.2位邏輯指令219
6.4.3數(shù)據(jù)比較指令220
6.4.4常用數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換指令221
6.4.5整形數(shù)計算函數(shù)222
6.4.6浮點數(shù)計算函數(shù)223
6.4.7移位、循環(huán)指令224
6.4.8計數(shù)器225
6.4.9定時器226
6.5模擬量輸入/輸出與PID控制227
6.5.1模擬量輸入/輸出227
6.5.2連續(xù)型PID控制器SFD41230
第7章監(jiān)控組態(tài)軟件
7.1組態(tài)王軟件簡介233
7.1.1組態(tài)王軟件版本233
7.1.2安裝組態(tài)王軟件235
7.1.3組態(tài)王支持的I/O 設(shè)備235
7.2創(chuàng)建監(jiān)控工程236
7.2.1工程的開發(fā)步驟236
7.2.2創(chuàng)建一個工程236
7.3定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量238
7.3.1外部設(shè)備定義238
7.3.2I/O變量定義238
7.3.3變量的管理242
7.4創(chuàng)建組態(tài)畫面243
7.4.1畫面設(shè)計243
7.4.2動畫連接244
7.4.3命令語言247
7.4.4畫面的切換248
7.4.5運行系統(tǒng)設(shè)置249
7.5報警和事件249
7.5.1建立報警和事件窗口249
7.5.2報警和事件的輸出251
7.6趨勢曲線252
7.6.1實時趨勢曲線252
7.6.2歷史趨勢曲線252
7.7控件254
7.7.1組態(tài)王內(nèi)置控件254
7.7.2Active X控件255
7.8報表系統(tǒng)256
7.8.1創(chuàng)建報表256
7.8.2報表函數(shù)257
7.9組態(tài)王歷史庫259
7.9.1組態(tài)王歷史庫概述259
7.9.2組態(tài)王變量的歷史記錄屬性259
7.9.3歷史記錄存儲及文件的格式260
7.9.4歷史數(shù)據(jù)的查詢、備份和合并262
7.10組態(tài)王與其他應用程序的動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)263
7.10.1動態(tài)數(shù)據(jù)交換的概念263
7.10.2組態(tài)王訪問Excel的數(shù)據(jù)264
7.10.3Excel訪問組態(tài)王的數(shù)據(jù)265
7.10.4組態(tài)王與VB間的數(shù)據(jù)交換266
7.10.5重新建立DDE連接菜單命令267
7.11組態(tài)王數(shù)據(jù)庫訪問（SQL）267
7.11.1組態(tài)王SQL訪問管理器268
7.11.2配置SQL數(shù)據(jù)庫269
7.11.3組態(tài)王使用SQL數(shù)據(jù)庫269
7.12組態(tài)王與OPC設(shè)備連接272
7.12.1OPC簡介272
7.12.2組態(tài)王與OPC的連接272
7.13組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能275
7.13.1組態(tài)王網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述275
7.13.2網(wǎng)絡(luò)配置簡介276
7.13.3網(wǎng)絡(luò)變量使用280
7.13.4網(wǎng)絡(luò)精靈280
7.14冗余系統(tǒng)280
7.14.1雙設(shè)備冗余280
7.14.2雙機熱備281
7.14.3雙機熱備配置282
7.15組態(tài)王For Internet應用283
7.15.1Web功能介紹283
7.15.2畫面發(fā)布285
7.15.3在IE瀏覽器端瀏覽發(fā)布的畫面286
7.16無線數(shù)據(jù)通信在組態(tài)王上的使用288
7.16.1組態(tài)王的無線通信過程288
7.16.2組態(tài)王用到的文件、功能及通信過程288
7.16.3GPRS 通信的組態(tài)289
第8章控制系統(tǒng)調(diào)試與維護
8.1控制系統(tǒng)的調(diào)試方法290
8.1.1控制系統(tǒng)的調(diào)試步驟290
8.1.2調(diào)試前的準備工作290
8.2控制計算機的檢查與測試294
8.2.1控制計算機的現(xiàn)場驗收294
8.2.2控制計算機的安全要求294
8.2.3控制計算機上電測試295
8.2.4控制計算機通信的檢驗與調(diào)試296
8.3控制系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試297
8.3.1離線調(diào)試297
8.3.2在線調(diào)試301
8.4PID控制參數(shù)的工程整定方法302
8.4.1臨界比例度法303
8.4.2衰減曲線法303
8.4.3經(jīng)驗湊試法304
8.4.4動態(tài)特性參數(shù)法306
8.4.5整定方法的比較307
8.5控制系統(tǒng)驗收307
8.5.1控制系統(tǒng)驗收步驟307
8.5.2控制系統(tǒng)驗收的竣工資料308
8.6控制系統(tǒng)運行維護311
8.6.1控制系統(tǒng)常見故障311
8.6.2防止干擾和設(shè)備損壞的一般方法312
8.6.3系統(tǒng)現(xiàn)場維護常見問題313
8.6.4控制系統(tǒng)日常管理和維護314
第9章底吹爐熔煉生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)
9.1底吹爐熔煉生產(chǎn)過程簡介317
9.1.1銅熔煉生產(chǎn)過程流程317
9.1.2底吹爐結(jié)構(gòu)317
9.1.3底吹爐工藝318
9.2主要測控內(nèi)容及設(shè)計要求319
9.2.1原料工段主要測控內(nèi)容319
9.2.2熔煉爐主要測控內(nèi)容319
9.2.3循環(huán)水系統(tǒng)主要測控內(nèi)容320
9.2.4閥站主要測控內(nèi)容320
9.2.5電熱前床主要測控內(nèi)容320
9.2.6 控制系統(tǒng)要求320
9.2.7采用的設(shè)計規(guī)范及標準321
9.3控制系統(tǒng)的測控點設(shè)計321
9.3.1原料工段的P&ID圖321
9.3.2底吹爐本體的P&ID圖323
9.3.3閥站的P&ID圖323
9.3.4循環(huán)水系統(tǒng)的P&ID圖323
9.3.5電熱前床的P&ID圖323
9.4現(xiàn)場測控儀表及選型328
9.4.1概述328
9.4.2原料工段測控儀表選型329
9.4.3底吹爐本體測控儀表選型330
9.4.4閥站測控儀表選型331
9.4.5循環(huán)水系統(tǒng)測控儀表選型336
9.5底吹熔煉爐控制系統(tǒng)硬件及軟件配置338
9.5.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)338
9.5.2控制系統(tǒng)I/O配置338
9.5.3分布式PLC硬件配置342
9.5.4控制系統(tǒng)上位站的配置344
9.6監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)345
9.6.1模擬工藝流程圖345
9.6.2操作面板346
9.6.3報警窗口347
9.6.4歷史數(shù)據(jù)顯示348
9.6.5數(shù)據(jù)報表350
9.6.6PID控制回路參數(shù)調(diào)試界面351
參考文獻