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初级、中级篇1

第1章 石油化工自动化概述1

1.1 石油化工自动化技术的意义1

1.2 石油化工自动化技术的发展1

1.3 自动化仪表的分类2

1.3.1 按照仪表使用功能分类2

1.3.2 按照仪表工作能源分类2

1.3.3 按照仪表结构形式分类3

1.3.4 按照使用场合分类3

1.4 控制系统分类3

第2章 测量基础知识5

2.1 测量误差5

2.1.1 测量过程与测量误差5

2.1.2 测量误差产生的原因5

2.1.3 测量误差的分类方法6

2.2 仪表的质量指标与性能指标7

2.2.1 误差7

2.2.2 仪表变差9

2.2.3 仪表准确度9

2.2.4 灵敏度10

2.2.5 其他指标10

2.3 常用仪器10

2.3.1 万用表11

2.3.2 标准电流表11

2.3.3 标准电压表11

2.3.4 压力校验仪12

2.3.5 数字频率仪13

2.3.6 手持通讯器（手持终端）13

2.3.7 回路校验仪14

2.4 仪表防护知识14

2.4.1 防爆的基本知识14

2.4.2 防火的基本知识16

2.4.3 防雷的基本知识18

2.4.4 防腐的基本知识19

第3章 过程检测仪表23

3.1 温度检测及仪表23

3.1.1 温度的表示方法23

3.1.2 温度的检测方法23

3.1.3 测温仪表的分类24

3.1.4 热电偶温度计24

3.1.5 热电阻温度计28

3.1.6 温度变送器29

3.2 压力检测及仪表32

3.2.1 压力概念及其单位32

3.2.2 压力的表示方法32

3.2.3 弹性元件33

3.2.4 弹簧管压力表34

3.3 流量检测及仪表35

3.3.1 流量及流量的表示方法35

3.3.2 差压式流量计36

3.3.3 转子流量计40

3.3.4 漩涡流量计41

3.3.5 椭圆齿轮流量计43

3.3.6 超声波流量计44

3.3.7 电磁流量计45

3.3.8 质量流量计47

3.4 物位检测及仪表50

3.4.1 物位检测仪表的分类51

3.4.2 浮力式液位计51

3.4.3 差压式液位计53

3.4.4 雷达式物位计55

3.4.5 放射性物位计56

3.4.6 超声波物位计57

3.4.7 电容式物位计58

3.4.8 音叉物位开关59

3.5 轴系检测仪表60

3.5.1 轴振动及轴位移监测系统的构成与作用60

3.5.2 检测系统的校验64

3.5.3 测量探头的安装66

3.6 压力差压变送器67

3.6.1 电容式压力差压变送器67

3.6.2 扩散硅式差压变送器70

3.6.3 振弦式差压变送器71

第4章 过程显示与控制仪表74

4.1 过程显示仪表74

4.1.1 显示仪表的分类74

4.1.2 数字式显示仪表74

4.1.3 数字显示记录仪76

4.2 数字式调节器80

4.2.1 数字式调节器的基本构成81

4.2.2 数字式调节器的操作方式82

4.2.3 数字式调节器的组态83

4.3 安全栅83

4.3.1 齐纳式安全栅84

4.3.2 隔离式安全栅85

第5章 调节阀86

5.1 调节阀的结构86

5.1.1 调节阀的执行机构86

5.1.2 调节阀的调节机构90

5.1.3 调节阀上阀盖的结构形式95

5.1.4 调节阀阀芯的结构形式96

5.2 调节阀的流量特性97

5.2.1 调节阀的理想流量特性97

5.2.2 调节阀的工作流量特性99

5.3 调节阀附件101

5.3.1 气动阀门定位器101

5.3.2 电-气转换器102

5.3.3 电-气阀门定位器102

5.3.4 智能式阀门定位器103

5.3.5 阀门定位器的应用场合104

5.3.6 电磁阀105

5.4 调节阀的校验108

5.4.1 调节阀的技术指标108

5.4.2 调节阀的现场校验与调试109

5.5 调节阀的维护110

第6章 自动控制系统基础知识112

6.1 自动控制系统概述112

6.1.1 自动控制系统的组成112

6.1.2 自动控制系统的分类112

6.1.3 自动控制系统的方块图113

6.2 自动控制系统的过渡过程114

6.2.1 过渡过程的基本形式115

6.2.2 自动控制系统的品质指标115

6.3 控制规律116

6.3.1 位式控制规律117

6.3.2 比例控制规律118

6.3.3 积分控制规律119

6.3.4 微分控制规律120

6.3.5 比例积分微分控制规律121

6.4 简单控制系统121

6.4.1 简单控制系统各环节的作用方向122

6.4.2 简单控制系统的投运123

6.4.3 简单控制系统的控制器参数整定124

6.5 自动信号报警联锁系统126

6.5.1 信号报警系统127

6.5.2 信号联锁系统131

第7章 计算机控制系统基本知识133

7.1 可编程序控制器基本知识133

7.1.1 可编程序控制器概述133

7.1.2 S7-300135

7.1.3 STEP7140

7.2 集散控制系统基本知识141

7.2.1 集散控制系统概述141

7.2.2 TPS系统143

7.2.3 CENTUM CS 3000系统149

第8章 自动化仪表的安装155

8.1 自动化仪表安装施工基本知识155

8.1.1 安装施工的主要工作内容155

8.1.2 仪表安装工作特点155

8.1.3 仪表安装术语156

8.1.4 仪表安装常用图形符号及文字代号157

8.1.5 仪表施工图的识读方法160

8.2 过程检测仪表的安装166

8.2.1 压力表的安装166

8.2.2 测温仪表的安装167

8.2.3 流量仪表的安装168

8.2.4 物位仪表的安装177

8.3 调节阀的安装178

高 级篇182

第1章 石油化工自动化基本知识182

1.1 被控对象182

1.1.1 被控对象的通道182

1.1.2 被控对象的类型183

1.1.3 被控对象的特点183

1.2 被控对象特性参数184

1.2.1 被控对象的容量与容量系数184

1.2.2 放大系数184

1.2.3 时间常数185

1.2.4 被控对象的滞后187

第2章 过程仪表选型189

2.1 温度仪表189

2.1.1 就地温度仪表的选用189

2.1.2 温度检测元件的选用189

2.1.3 环境因素的考虑190

2.2 压力仪表190

2.2.1 压力仪表准确度的选用190

2.2.2 压力表量程的选用191

2.2.3 压力表的弹簧管材质选用191

2.3 流量仪表191

2.3.1 影响选用的因素和选用步骤191

2.3.2 各种流量计的应用条件192

2.4 物位仪表192

2.5 调节阀193

2.5.1 作用方式的选择193

2.5.2 执行机构的选择194

2.5.3 调节阀结构的选择197

2.5.4 调节阀口径的选择205

第3章 自动控制系统207

3.1 简单控制系统207

3.1.1 被控变量的选择207

3.1.2 操作变量的选择209

3.1.3 控制器控制规律的选择210

3.2 串级控制系统211

3.2.1 串级控制系统的组成211

3.2.2 串级控制系统的特点与适用场合213

3.2.3 串级控制系统的工作过程213

3.2.4 主副变量的选择214

3.2.5 主副控制器的选择216

3.2.6 串级控制系统的投运217

3.2.7 串级控制系统的参数整定217

3.2.8 串级控制系统的实际应用218

3.3 分程控制系统219

3.3.1 分程控制类型220

3.3.2 分程控制系统的应用220

3.3.3 分程控制中的几个问题223

3.4 前馈控制系统223

3.4.1 前馈控制的类型225

3.4.2 前馈控制系统的参数整定226

3.5 比值控制系统226

3.5.1 比值控制系统的类型227

3.5.2 比值的计算229

3.5.3 比值控制系统的参数整定230

3.6 均匀控制系统230

3.6.1 均匀控制的类型231

3.6.2 均匀控制系统的参数整定232

3.7 选择性控制系统233

3.7.1 选择性控制系统的类型233

3.7.2 控制器的积分饱和235

3.8 典型单元的控制方案235

3.8.1 加热炉的自动控制235

3.8.2 锅炉的自动控制238

第4章 计算机控制系统243

4.1 PLC的编程基础与系统维护243

4.1.1 输入输出模块243

4.1.2 模块地址的确定244

4.1.3 编程基础246

4.1.4 安装、使用253

4.1.5 PLC常用程序的结构形式256

4.1.6 STEP 7编程软件的使用257

4.1.7 PLC系统的维护260

4.2 集散控制系统基本构成与维护261

4.2.1 TPS系统基本构成与维护261

4.2.2 CENTUM CS 3000系统基本构成与维护276

4.3 现场总线技术基本知识289

4.3.1 现场总线289

4.3.2 现场总线控制系统的特点及基本构成291

4.4 安全仪表系统的基本知识292

4.4.1 安全仪表系统的概念292

4.4.2 工艺过程的风险评估及安全度等级296

4.4.3 SIS和DCS的区别297

4.4.4 SIS的独立性297

4.4.5 关于SIS的认证297

4.4.6 故障安全控制系统（FSC）298

4.4.7 Tricon系统概述301

4.5 数据采集与监控系统（SCADA）303

4.5.1 基本知识303

4.5.2 iFIX系统简介305

4.5.3 组态王系统简介307

第5章 自动化仪表工程施工309

5.1 安装施工的基本知识309

5.1.1 自动化仪表安装与调试施工程序309

5.1.2 自动化仪表的安装过程311

5.1.3 自动化仪表安装方式312

5.2 仪表供电313

5.2.1 术语和定义313

5.2.2 仪表供电范围和负荷等级313

5.2.3 仪表供电系统的配置313

5.2.4 供电器材的选择及电源系统的配线315

5.3 仪表供气系统316

5.3.1 控制室供气316

5.3.2 现场供气317

5.4 仪表接地317

5.4.1 接地的分类317

5.4.2 接地连接方法318

5.4.3 接地系统接线319

5.4.4 接地电阻321

5.5 仪表盘、箱、柜的安装321

5.5.1 仪表盘、柜、台321

5.5.2 仪表箱321

5.5.3 仪表盘、箱、柜的安装方式322

5.6 仪表汇线槽、桥架的制作与安装322

5.7 仪表电缆的敷设323

5.7.1 信号电缆敷设324

5.7.2 电缆终端制作325

5.7.3 系统电缆326

5.7.4 补偿电缆的敷设326

5.8 仪表管线的敷设327

5.8.1 电缆（线）保护管敷设327

5.8.2 仪表气动管路的安装要求329

5.8.3 导压管的安装要求330

5.8.4 仪表伴热系统安装336

技师、高级技师篇339

第1章 被控对象的数学模型339

1.1 对象数学模型的概念339

1.1.1 数学模型339

1.1.2 数学模型的类型339

1.2 被控对象数学模型的建立340

1.2.1 建模目的340

1.2.2 机理建模340

1.2.3 实验建模342

1.3 传递函数与方块图344

1.3.1 传递函数344

1.3.2 方块图345

1.3.3 方块图的运算及变换347

1.3.4 自动控制系统开环传递函数348

1.3.5 自动控制系统闭环传递函数349

1.3.6 自动控制系统偏差的传递函数350

1.4 典型环节的动态特性350

1.4.1 一阶环节（惯性环节）的动态特性351

1.4.2 积分环节的动态特性352

1.4.3 微分环节的动态特性353

1.4.4 纯滞后环节的动态特性354

1.4.5 二阶环节的动态特性355

第2章 节流装置与调节阀计算357

2.1 节流装置的基本计算357

2.1.1 流量系数357

2.1.2 膨胀系数358

2.1.3 流量计算公式359

2.1.4 设计计算要点361

2.1.5 节流件开孔直径计算步骤362

2.1.6 流量计算步骤363

2.2 气体流量的温度压力补偿计算364

2.2.1 气体流量补偿计算公式364

2.2.2 蒸汽流量温度压力补偿计算公式364

2.3 调节阀流量系数（C值）的计算366

2.3.1 相关概念366

2.3.2 液体的C值计算370

2.3.3 气体的C值计算372

2.3.4 蒸汽的C值计算375

第3章 自动控制系统的应用378

3.1 先进控制系统378

3.1.1 自适应控制系统378

3.1.2 预测控制380

3.1.3 专家系统383

3.1.4 模糊控制384

3.1.5 神经网络控制386

3.2 典型石油化工单元的控制方案388

3.2.1 化学反应器的自动控制388

3.2.2 典型反应器控制方案392

3.2.3 精馏塔的控制400

3.2.4 大型机组的监控与联锁保护411

第4章 计算机控制系统416

4.1 可编程序控制器的编程416

4.1.1 PLC常用复杂指令416

4.1.2 PLC的程序编制418

4.1.3 PLC的外部连接421

4.2 集散控制系统的组态423

4.2.1 TPS系统组态423

4.2.2 CENTUM CS 3000系统组态436

4.3 现场总线及现场总线控制系统450

4.3.1 FF基金会现场总线450

4.3.2 Profibus现场总线459

4.3.3 HART总线462

4.3.4 现场总线控制系统464

4.4 OPC技术基本概念467

4.4.1 OPC规范467

4.4.2 OPC数据存取规范DA469

4.4.3 OPC数据项的结构和类型470

4.4.4 OPC数据访问的意义470

4.5 计算机控制系统的通信知识471

4.5.1 基本知识471

4.5.2 ISO／OSI标准模型473

4.5.3 网络设备476

第5章 安全仪表系统478

5.1 安全仪表系统的安全性478

5.1.1 输入的外部设备478

5.1.2 输出的外部设备478

5.1.3 在线监测功能479

5.1.4 故障模块更换与在线操作479

5.2 FSC系统的组态479

5.2.1 FSC组态软件功能说明479

5.2.2 控制实现480

5.2.3 FSC系统组态内容及步骤482

5.3 Tricon系统配置及应用485

5.3.1 Tricon系统配置485

5.3.2 Tricon系统的应用490

第6章 企业信息管理系统基本知识492

6.1 企业资源管理系统（ERP）492

6.1.1 SAP R／3的功能492

6.1.2 ERP的应用494

6.2 生产执行系统（MES）494

6.2.1 MES的功能及特点495

6.2.2 MES的内容495

6.3 过程控制系统（PCS）497

第7章 自动化仪表工程验收498

7.1 仪表的单体调校498

7.1.1 单体调校内容498

7.1.2 单体调校时间安排与保管499

7.2 自控仪表的系统调校499

7.3 “三查四定”与“中间交接”500

7.4 试车（开车）501

7.4.1 试车的三个阶段501

7.4.2 试车中的任务501

7.5 交工文件502

7.6 验收规范和质量评定标准503

第8章 自动化工程的设计知识505

8.1 仪表自动化工程设计的基本任务505

8.2 仪表自动化工程设计的基本程序506

8.2.1 工程设计的依据506

8.2.2 工程设计过程506

8.3 自控设计与其他专业设计之间的关系511

8.3.1 与工艺专业之间的关系511

8.3.2 与设备专业之间的关系512

8.3.3 与电气专业之间的关系512

8.3.4 与建筑结构专业之间的关系512

8.3.5 与采暖通风专业之间的关系512

8.3.6 与给排水专业之间的关系513

8.4 仪表自动化工程设计的主要内容513

8.4.1 控制方案的确定513

8.4.2 各类仪表的选型513

8.4.3 控制室的设计513

8.4.4 信号报警系统的设计516

参考文献520