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第一篇 自动控制基础知识3

第1章 绪论3

1.1石油化工自动化的意义及主要内容3

1.1.1石油化工自动化的意义3

1.1.2石油化工自动化的发展概况3

1.1.3非自动化专业人员学习自动化知识的意义4

1.1.4石油化工自动化的主要内容5

1.2自动控制系统的基本组成6

1.3自动控制系统的图形表示8

1.3.1自动控制系统方框图8

1.3.2工艺管道及仪表流程图9

1.4自动控制系统的分类13

1.4.1按信号的传递路径分类13

1.4.2按给定值的性质分类14

1.4.3按系统的数学模型分类14

1.4.4按系统传输信号的性质分类15

1.4.5其他分类方法15

思考题与习题15

第2章 自动控制系统的基本要求及性能指标17

2.1自动控制系统的基本要求17

2.2自动控制系统的静态与动态18

2.3自动控制系统的过渡过程18

2.4自动控制系统的性能指标20

思考题与习题24

第3章 被控对象特性与数学模型25

3.1石油化工对象的特点及其描述方法25

3.2对象数学模型的建立27

3.2.1机理分析法建模27

3.2.2实验法建模30

3.2.3混合法建模32

3.3描述对象特性的参数32

3.3.1放大系数K32

3.3.2时间常数T33

3.3.3滞后时间τ34

思考题与习题36

第二篇 参数检测及仪表39

第4章 检测仪表基础知识39

4.1测量过程和测量误差39

4.1.1绝对误差39

4.1.2相对误差39

4.1.3基本误差与附加误差40

4.2检测仪表基本概念及性能指标40

4.2.1测量范围、上下限及量程40

4.2.2零点迁移和量程迁移41

4.2.3灵敏度、分辨率及分辨力41

4.2.4线性度42

4.2.5精度和精度等级42

4.2.6死区、滞环和回差44

4.2.7反应时间45

4.2.8重复性和再现性46

4.2.9可靠性46

4.2.10稳定性47

思考题与习题48

第5章 温度检测及仪表50

5.1温度检测方法及温标50

5.1.1温度及温度检测方法50

5.1.2温标52

5.2常用温度检测仪表53

5.2.1膨胀式温度计53

5.2.2热电偶温度计55

5.2.3热电阻温度计69

5.3温度检测仪表的选用及安装76

5.3.1温度检测仪表的选用76

5.3.2温度检测仪表的安装78

思考题与习题80

第6章 压力检测及仪表81

6.1压力及压力检测方法81

6.1.1压力的定义及单位81

6.1.2压力的表示方法82

6.1.3压力检测的主要方法及分类82

6.2常用压力检测仪表83

6.2.1液柱式压力计83

6.2.2活塞式压力计85

6.2.3弹性式压力计86

6.2.4压力传感器90

6.2.5力平衡式差压（压力）变送器95

6.3压力检测仪表的选择及校验98

6.3.1压力检测仪表的选择98

6.3.2压力检测仪表的校验100

6.4压力检测系统100

6.4.1取压点位置和取压口形式101

6.4.2引压管路的铺设102

6.4.3压力检测仪表的安装103

思考题与习题103

第7章 流量检测及仪表105

7.1流量的概念及单位105

7.2流量检测方法及流量计分类106

7.3体积流量检测方法106

7.3.1容积式流量计106

7.3.2差压式流量计109

7.3.3速度式流量计121

7.4质量流量检测方法127

7.4.1间接式质量流量测量方法127

7.4.2直接式质量流量计128

7.5流量标准装置132

7.5.1液体流量标准装置132

7.5.2气体流量标准装置133

思考题与习题134

第8章 物位检测及仪表135

8.1物位的定义及物位检测仪表的分类135

8.1.1物位的定义135

8.1.2物位检测仪表的分类135

8.2常用物位检测仪表136

8.2.1静压式物位检测仪表136

8.2.2浮力式物位检测仪表139

8.2.3其他物位检测仪表142

8.3影响物位测量的因素147

8.3.1液位测量的特点148

8.3.2料位测量的特点148

8.3.3界位测量的特点148

8.4物位检测仪表的选型148

思考题与习题148

第9章 成分分析仪表150

9.1成分分析方法及分类150

9.1.1成分分析方法150

9.1.2成分分析仪表分类150

9.2自动分析仪表的基本组成151

9.3工业常用自动分析仪表151

9.3.1热导式气体分析器151

9.3.2红外线气体分析器153

9.3.3氧化锆氧分析器154

9.3.4气相色谱分析仪157

9.3.5酸度的检测159

9.3.6湿度的检测161

思考题与习题165

第10章 现代检测技术166

10.1现代传感器技术的发展166

10.2软测量技术168

10.2.1软测量技术概念168

10.2.2软测量技术分类168

10.2.3软测量技术应用170

10.3多传感器融合技术171

10.4虚拟仪器172

思考题与习题173

第三篇 控制仪表及装置177

第11章 控制仪表及装置概述177

11.1控制仪表及装置的发展概况177

11.2控制仪表及装置的分类178

11.2.1按能源形式分类179

11.2.2按信号类型分类179

11.2.3按结构形式分类179

11.3控制仪表及装置的信号制180

11.3.1信号标准180

11.3.2电动仪表信号标准的使用181

11.4 DDZ- Ⅲ型控制器182

11.4.1 DDZ-Ⅲ型控制器的特点183

11.4.2 DDZ-Ⅲ型控制器的主要技术指标184

11.4.3 DDZ-Ⅲ型控制器的组成与操作184

思考题与习题186

第12章 数字控制器187

12.1可编程调节器187

12.1.1可编程调节器的特点187

12.1.2可编程调节器的基本构成188

12.1.3可编程调节器的基本算法191

12.1.4可编程调节器与DDZ-Ⅲ型控制器性能比较194

12.2可编程序控制器194

12.2.1可编程控制器的发展过程及趋势194

12.2.2可编程控制器的特点及分类195

12.2.3可编程控制器的基本组成198

12.2.4可编程控制器的工作原理199

12.2.5可编程控制器的编程语言200

思考题与习题201

第13章 集散控制系统202

13.1 DCS的组成202

13.2 DCS的特点204

13.3 DCS的产生及发展历程205

13.4 DCS的硬件体系207

13.4.1 DCS的硬件体系结构207

13.4.2 DCS的各级（层）功能208

13.4.3 DCS的通信设备及功能210

13.5.DCS的软件体系211

13.5.1 DCS的软件体系构成211

13.5.2 DCS的控制层软件212

13.5.3 DCS的监控层软件213

13.5.4 DCS的组态软件215

思考题与习题218

第14章 现场总线控制系统219

14.1现场总线控制系统概述219

14.1.1现场总线控制系统的基本概念219

14.1.2现场总线控制系统的本质特征220

14.1.3现场总线控制系统的发展趋势221

14.2现场总线控制系统的体系结构222

14.2.1现场设备层222

14.2.2中间监控层223

14.2.3远程监控层223

14.3现场总线协议223

14.4现场总线控制系统的组成225

14.4.1现场智能仪表226

14.4.2监控计算机227

14.4.3网络通信设备227

14.4.4监控系统软件227

14.5现场总线技术的应用228

14.5.1几种有影响的现场总线228

14.5.2 ControlNet现场总线应用229

思考题与习题232

第15章 执行器234

15.1概述234

15.1.1执行器的构成及工作原理234

15.1.2执行器分类及特点235

15.1.3执行器的作用方式236

15.2执行机构236

15.2.1气动执行机构236

15.2.2电动执行机构237

15.3调节机构239

15.3.1调节阀的工作原理239

15.3.2调节阀的作用方式239

15.3.3调节阀的结构及特点240

15.3.4调节阀的流量系数243

15.3.5调节阀的可调比243

15.3.6调节阀的流量特性244

15.4执行器的选择和计算245

15.4.1执行器结构形式的选择246

15.4.2调节阀流量特性的选择247

15.4.3调节阀口径的选择248

15.5气动执行器的安装和维护248

15.6电气转换器及阀门定位器249

15.6.1电气转换器249

15.6.2阀门定位器250

15.7数字调节阀与智能调节阀253

15.7.1数字调节阀253

15.7.2智能调节阀254

思考题与习题254

第四篇 过程控制系统257

第16章 简单控制系统257

16.1简单控制系统的构成257

16.2简单控制系统的设计258

16.2.1被控变量的选择258

16.2.2操纵变量的选择260

16.2.3测量元件特性的影响263

16.2.4控制器控制规律的选择265

16.2.5控制器正反作用的确定270

16.3简单控制系统的投运271

16.4控制器参数的工程整定272

思考题与习题275

第17章 复杂控制系统277

17.1串级控制系统277

17.1.1串级控制系统的基本概念277

17.1.2串级控制系统的工作过程279

17.1.3串级控制系统的特点281

17.1.4串级控制系统的设计281

17.1.5串级控制系统控制器参数的工程整定284

17.1.6串级控制系统的适用场合285

17.2均匀控制系统286

17.2.1均匀控制系统的基本概念286

17.2.2均匀控制方案287

17.3比值控制系统288

17.3.1比值控制的基本概念288

17.3.2比值控制方案289

17.3.3比值控制系统的设计291

17.4前馈控制系统293

17.4.1前馈控制系统的基本概念293

17.4.2前馈控制系统的特点294

17.4.3前馈控制系统的主要结构形式294

17.4.4前馈控制系统的应用场合297

17.5选择性控制系统297

17.5.1选择性控制系统的基本概念297

17.5.2选择性控制系统的类型297

17.5.3积分饱和现象及其防止措施300

17.6分程控制系统301

17.6.1分程控制系统的基本概念301

17.6.2分程控制方案301

17.6.3分程控制系统的应用302

17.6.4分程控制应用中的几个问题304

思考题与习题305

第18章 新型控制系统308

18.1自适应控制系统308

18.1.1变增益自适应控制系统308

18.1.2模型参考自适应控制系统308

18.1.3自校正控制系统309

18.2预测控制系统309

18.2.1预测控制系统的基本结构309

18.2.2预测控制系统的特点及其应用310

18.3智能控制系统与专家控制系统311

18.3.1智能控制的基本概念311

18.3.2智能控制的主要类型312

18.3.3专家控制系统313

18.4模糊控制系统314

18.4.1模糊控制系统的基本结构314

18.4.2模糊控制的方法315

18.4.3模糊控制系统的设计315

18.5神经元网络控制315

18.5.1人工神经元模型316

18.5.2人工神经网络316

18.5.3人工神经网络在控制中的主要作用317

18.5.4神经网络控制的分类317

18.6故障检测与故障诊断317

18.6.1提高控制系统可靠性的主要方法317

18.6.2控制系统的主要故障318

18.6.3故障检测和诊断的含义318

18.6.4故障检测和诊断的主要方法318

思考题与习题319

第19章 石油化工典型设备的自动控制321

19.1流体输送设备的控制321

19.1.1离心泵的控制321

19.1.2往复泵的控制323

19.1.3离心式压缩机的防喘振控制324

19.2传热设备的控制327

19.2.1换热器的控制327

19.2.2加热炉的控制330

19.2.3锅炉设备的控制335

19.3精馏塔的控制341

19.3.1精馏塔的控制要求342

19.3.2精馏塔的干扰因素分析343

19.3.3精馏塔质量指标的选取344

19.3.4精馏塔的基本控制方案345

19.4化学反应器的控制349

19.4.1化学反应器的控制要求349

19.4.2釜式反应器的温度控制349

19.4.3固定床反应器的控制350

19.4.4流化床反应器的控制351

思考题与习题352

附录A镍铬-镍硅热电偶（K型）分度表354

附录B镍铬-铜镍热电偶（E型）分度表358

附录C工业用铂电阻温度计（Pt100）分度表361

附录D工业用铜电阻温度计（Cu100）分度表364

参考文献365