前言

目前，控制系統在工業生產中的應用發展很快，已經深入到了工業過程的各個方面，在工業生產中發揮了巨大的作用。控制新技術和控制新裝備的不斷涌現，急需大量的掌握相關技術知識和具有較強動手能力的技術人員。然而，目前我國的實際狀況是：許多自控專業的高年級本科生、研究生、剛步入工作崗位的畢業生、沒有參加過工程實踐或者工程經驗不足的技術人員，對工業過程控制系統的設計開發和應用缺乏整體的了解，也不太清楚實際控制系統的設計開發具體需要掌握什么樣的知識和技術，不太了解如何綜合運用這些知識和技術進行控制系統的設計開發和應用調試等。為此結合作者的工程實踐經驗撰寫了這本書。

典型工業過程控制系統實施的整個過程主要包括：控制任務的提出、控制系統規劃（包括初步方案提出、方案論證、方案確定等），控制系統設計（包括結構設計、自動化儀表選型、控制主機選型、組態軟件的選擇、線路設計、安裝設計、供電與供氣設計、報警及聯鎖設計、控制室設計、接地設計等），硬件系統的安裝組建（包括主機安裝、自動化儀表安裝、配管配線、布線接線等），控制應用軟件與監控應用軟件的開發（包括控制計算機的控制軟件、監控計算機的監控軟件等），控制系統調試（包括控制計算機硬件及軟件調試、監控計算機硬件及軟件調試、自動化儀表調試等）。這些過程工作聯系緊密，共同決定著控制系統的質量和性能。

控制系統組成主要包括：控制計算機、監控計算機、控制及監控軟件、檢測儀表、執行機構等。目前，可供控制系統選擇的控制計算機類型很多，主要有PLC、DCS和FCS等，這三種控制計算機有著千絲萬縷的聯系，PLC因價格較低、性能接近DCS、易于組建控制系統，在大、中、小型控制系統中仍然具有非常重要的地位，其中西門子PLC在我國工業過程應用尤為廣泛。以前，控制系統的監控計算機主要采用專門的工控機，近年來，控制系統普遍采用一般的商用計算機作為監控計算機，并且其安全性與工控機性能相當甚至更好。采用組態軟件進行監控系統開發已是控制系統慣用的手段，可供選擇的組態軟件主要有：組態王、易控、Intouch、Wincc、iFix等，組態王屬國產組態軟件，因價格低廉、性能已達到國際先進水平，在我國得到了廣泛的應用。控制系統的總體可靠性往往由自動化儀表決定，自動化儀表的類型和品牌很多，主要有DCS和FCS兩大類型，FCS儀表因技術先進、性能優越，是自動化儀表發展的方向，因種種原因，DCS類型的自動化儀表仍然占主導地位，可以預見，DCS類和FCS類型的自動化儀表將長期共存。

目前，各種類型的控制計算機、自動化儀表層出不窮，采用什么規范進行自控項目設計成為困惑自控設計人員的問題，“HG/T自控設計規定—2000”提出了PLC控制系統與DCS的設計規范，而沒有FCS的設計規范，而實際上，自控設計人員在進行具有模擬量和數字量控制系統設計時，不管采用的控制計算機是PLC、DCS還是FCS，往往采用DCS的設計規范。為了適應新形勢、新發展的需要，2014年10月，我國工業與信息化部發布了“HG/T自控設計規定—2014”，與2000年發布的“HG/T自控設計規定—2000”比較，新版本大部分還沿用以前的規范，但對一些圖形符號及含義進行了修改，增加了“術語”、儀表回路號、信號處理功能圖形符號、二進制邏輯圖形符號等新內容。基本上統一了不同控制系統類型的設計規范，在自動化儀表和控制主機方面，新規范與2000版DCS規范大致相同。本書及時介紹了這種新變化。

《工業過程控制系統及工程應用》以工業過程控制系統的設計開發及工程應用為主線，從當前工業過程控制的實際需要和過程控制的最新發展出發，結合編著者控制系統工程應用的研究新成果，系統深入地介紹了控制系統設計開發與工程應用需要具備的基礎知識和基本技術方法。本書共9章，第1章介紹控制系統的基本概念和基本原理；第2章介紹控制系統的工程規劃，包括設計步驟、硬件配置、軟件配置、監控系統設計開發和工程實踐等；第3章結合2014版自控設計規范，簡要介紹了工業過程控制系統的相關設計規范；第4章介紹控制系統現場檢測儀表和執行儀表的設計選型方法；第5章以最常用的西門子S7-300/400PLC為應用機型，簡要介紹了CPU、I/O模塊等的技術性能，以及PLC控制系統的設計和構建方法；第6章介紹西門子S7-300/400PLC的編程軟件STEP7的功能及編程方法；第7章介紹最為常用的國產組態軟件——組態王V6.55的主要功能和使用方法；第8章介紹控制系統的應用調試和運行維護方法；第9章較為詳細地介紹了底吹爐熔煉生產過程控制系統的設計開發及實際應用案例，包括生產工藝過程，測控內容及要求，現場測控點的確定，測控儀表的選型，控制系統硬件及軟件配置，底吹爐監控界面的設計開發等，以便于讀者學習實際工業過程控制系統的設計方法。

本書既是初學者的教材又是自控工程技術人員的參考書，是一本理論緊密聯系實際的控制系統設計開發及工程應用的著作。本書較為系統地介紹了工業過程控制系統設計開發和工程應用所具備的基礎知識和基本技術方法，面向的是非常廣大的自動化專業的工科師生和工程技術人員，學術性、技術性、實踐性都很強。內容敘述簡明扼要、通俗易懂、循序漸進、方便自學，十分適合工程技術人員的自學，也可作為高校的自動化類專業的高年級本科生、研究生的理論和實踐教材。

本書由黃宋魏、張博亞、童雄、和麗芳共同撰寫。本書共9章，第1章由和麗芳、黃宋魏撰寫，第2、3、5、6、7、8章由黃宋魏撰寫，第4章由童雄、黃宋魏撰寫，第9章由張博亞、黃宋魏撰寫，全書由黃宋魏統稿。本書撰寫過程中得到了昆明理工大學以及云南銅業股份有限公司的大力支持，在此表示衷心感謝。

由于本書內容涉及多種學科技術前沿，內容豐富、實踐性強，且知識面廣，加上作者學識有限，因此，難免存在不妥之處，殷切期待廣大同行、讀者給予批評指正。

編著者

2015年6月