前言

目前，控制系统在工业生产中的应用发展很快，已经深入到了工业过程的各个方面，在工业生产中发挥了巨大的作用。控制新技术和控制新装备的不断涌现，急需大量的掌握相关技术知识和具有较强动手能力的技术人员。然而，目前我国的实际状况是：许多自控专业的高年级本科生、研究生、刚步入工作岗位的毕业生、没有参加过工程实践或者工程经验不足的技术人员，对工业过程控制系统的设计开发和应用缺乏整体的了解，也不太清楚实际控制系统的设计开发具体需要掌握什么样的知识和技术，不太了解如何综合运用这些知识和技术进行控制系统的设计开发和应用调试等。为此结合作者的工程实践经验撰写了这本书。

典型工业过程控制系统实施的整个过程主要包括：控制任务的提出、控制系统规划（包括初步方案提出、方案论证、方案确定等），控制系统设计（包括结构设计、自动化仪表选型、控制主机选型、组态软件的选择、线路设计、安装设计、供电与供气设计、报警及联锁设计、控制室设计、接地设计等），硬件系统的安装组建（包括主机安装、自动化仪表安装、配管配线、布线接线等），控制应用软件与监控应用软件的开发（包括控制计算机的控制软件、监控计算机的监控软件等），控制系统调试（包括控制计算机硬件及软件调试、监控计算机硬件及软件调试、自动化仪表调试等）。这些过程工作联系紧密，共同决定着控制系统的质量和性能。

控制系统组成主要包括：控制计算机、监控计算机、控制及监控软件、检测仪表、执行机构等。目前，可供控制系统选择的控制计算机类型很多，主要有PLC、DCS和FCS等，这三种控制计算机有着千丝万缕的联系，PLC因价格较低、性能接近DCS、易于组建控制系统，在大、中、小型控制系统中仍然具有非常重要的地位，其中西门子PLC在我国工业过程应用尤为广泛。以前，控制系统的监控计算机主要采用专门的工控机，近年来，控制系统普遍采用一般的商用计算机作为监控计算机，并且其安全性与工控机性能相当甚至更好。采用组态软件进行监控系统开发已是控制系统惯用的手段，可供选择的组态软件主要有：组态王、易控、Intouch、Wincc、iFix等，组态王属国产组态软件，因价格低廉、性能已达到国际先进水平，在我国得到了广泛的应用。控制系统的总体可靠性往往由自动化仪表决定，自动化仪表的类型和品牌很多，主要有DCS和FCS两大类型，FCS仪表因技术先进、性能优越，是自动化仪表发展的方向，因种种原因，DCS类型的自动化仪表仍然占主导地位，可以预见，DCS类和FCS类型的自动化仪表将长期共存。

目前，各种类型的控制计算机、自动化仪表层出不穷，采用什么规范进行自控项目设计成为困惑自控设计人员的问题，“HG/T自控设计规定—2000”提出了PLC控制系统与DCS的设计规范，而没有FCS的设计规范，而实际上，自控设计人员在进行具有模拟量和数字量控制系统设计时，不管采用的控制计算机是PLC、DCS还是FCS，往往采用DCS的设计规范。为了适应新形势、新发展的需要，2014年10月，我国工业与信息化部发布了“HG/T自控设计规定—2014”，与2000年发布的“HG/T自控设计规定—2000”比较，新版本大部分还沿用以前的规范，但对一些图形符号及含义进行了修改，增加了“术语”、仪表回路号、信号处理功能图形符号、二进制逻辑图形符号等新内容。基本上统一了不同控制系统类型的设计规范，在自动化仪表和控制主机方面，新规范与2000版DCS规范大致相同。本书及时介绍了这种新变化。

《工业过程控制系统及工程应用》以工业过程控制系统的设计开发及工程应用为主线，从当前工业过程控制的实际需要和过程控制的最新发展出发，结合编著者控制系统工程应用的研究新成果，系统深入地介绍了控制系统设计开发与工程应用需要具备的基础知识和基本技术方法。本书共9章，第1章介绍控制系统的基本概念和基本原理；第2章介绍控制系统的工程规划，包括设计步骤、硬件配置、软件配置、监控系统设计开发和工程实践等；第3章结合2014版自控设计规范，简要介绍了工业过程控制系统的相关设计规范；第4章介绍控制系统现场检测仪表和执行仪表的设计选型方法；第5章以最常用的西门子S7-300/400PLC为应用机型，简要介绍了CPU、I/O模块等的技术性能，以及PLC控制系统的设计和构建方法；第6章介绍西门子S7-300/400PLC的编程软件STEP7的功能及编程方法；第7章介绍最为常用的国产组态软件——组态王V6.55的主要功能和使用方法；第8章介绍控制系统的应用调试和运行维护方法；第9章较为详细地介绍了底吹炉熔炼生产过程控制系统的设计开发及实际应用案例，包括生产工艺过程，测控内容及要求，现场测控点的确定，测控仪表的选型，控制系统硬件及软件配置，底吹炉监控界面的设计开发等，以便于读者学习实际工业过程控制系统的设计方法。

本书既是初学者的教材又是自控工程技术人员的参考书，是一本理论紧密联系实际的控制系统设计开发及工程应用的著作。本书较为系统地介绍了工业过程控制系统设计开发和工程应用所具备的基础知识和基本技术方法，面向的是非常广大的自动化专业的工科师生和工程技术人员，学术性、技术性、实践性都很强。内容叙述简明扼要、通俗易懂、循序渐进、方便自学，十分适合工程技术人员的自学，也可作为高校的自动化类专业的高年级本科生、研究生的理论和实践教材。

本书由黄宋魏、张博亚、童雄、和丽芳共同撰写。本书共9章，第1章由和丽芳、黄宋魏撰写，第2、3、5、6、7、8章由黄宋魏撰写，第4章由童雄、黄宋魏撰写，第9章由张博亚、黄宋魏撰写，全书由黄宋魏统稿。本书撰写过程中得到了昆明理工大学以及云南铜业股份有限公司的大力支持，在此表示衷心感谢。

由于本书内容涉及多种学科技术前沿，内容丰富、实践性强，且知识面广，加上作者学识有限，因此，难免存在不妥之处，殷切期待广大同行、读者给予批评指正。

编著者

2015年6月