深入浅出过程控制 小锅带你学过控PDF电子书下载

序言 1

0.1 BOBO随KOKO来到了培训基地 2

0.1.1简单认识高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000 2

0.1.2小锅的独白 3

0.1.3小锅的问题 4

0.2自动控制系统的基本组成 6

0.2.1自动控制系统的基本概念：反馈 8

0.2.2如果没有检测变送装置会怎么样 9

0.3计算机控制系统 11

0.4控制系统的过渡过程和质量指标 14

0.4.1系统的静态和动态 14

0.4.2控制系统的过渡过程 15

0.4.3过渡过程的质量指标 16

0.5比例积分微分控制——PID控制 18

0.5.1比例作用——P 18

0.5.2积分作用——I 19

0.5.3微分作用——D 19

0.5.4比例积分微分作用——PID 20

0.5.5离散控制系统PID控制算式 21

实验一 认识小锅 23

1.1仔细来看看小锅的模样 24

1.1.1小锅硬件组成 24

1.1.2立体流程设备盘台的组成 26

1.1.3装在小锅身上的东东：测量变送器与执行器 27

1.2继续来了解小锅的内心 33

1.3耳听为虚，眼见为实，运行SMPTLab 35

1.3.1流程图窗口、趋势曲线窗口与控制器组态窗口 36

1.3.2小锅支持的控制方式 38

1.3.3控制器操作面板 40

1.4总结 45

1.4.1关键词 45

1.4.2学习路线图 45

实验二 储罐工艺操作与液位控制 47

2.1实验目的 48

2.2基础知识 48

2.3 SMPT-1000非线性液位与离心泵系统 48

2.3.1小锅介绍工艺流程 48

2.3.2储罐的设备位号与仪表位号 50

2.3.3流量与物位 51

2.3.4储罐工艺操作 52

2.3.5自衡过程与非自衡过程 57

2.3.6流量自衡过程与液位非自衡过程 58

2.4液位控制的目的 62

2.5储罐液位单回路控制系统的设计 62

2.5.1储罐液位控制的要求 62

2.5.2选择操纵变量 63

2.6实验步骤 65

2.7总结 72

2.7.1关键词 72

2.7.2学习路线图 72

实验三 储罐出口流量控制 73

3.1实验目的 74

3.2基础知识 74

3.2.1被控变量/操纵变量的选择原则 74

3.2.2气开阀与气闭阀 75

3.2.3控制器正反作用的判定 76

3.3流量控制的常见方法 80

3.4储罐出口流量单回路控制系统的设计 81

3.4.1认识储罐出口流量 81

3.4.2确定控制器正反作用 82

3.4.3控制规律选择 83

3.5实验步骤 83

3.6总结 95

3.6.1关键词 95

3.6.2学习路线图 95

实验四 除氧器工艺操作与压力控制 97

4.1实验目的 98

4.2基础知识 98

4.2.1小锅介绍SMPT-1000动力除氧系统工艺流程 98

4.2.2什么是压力 100

4.2.3除氧器热力除氧的基本原理 101

4.2.4为什么要控制压力 104

4.2.5 P、I调节的特点 104

4.3除氧器压力单回路控制系统的设计 105

4.3.1为什么控制除氧器压力 105

4.3.2确定控制器正反作用 106

4.3.3控制规律选择 106

4.4实验步骤 107

4.5总结 112

4.5.1关键词 112

4.5.2学习路线图 113

实验五 除氧器液位、流量与压力综合控制 115

5.1实验目的 116

5.2基础知识 116

5.3除氧器工程控制系统设计 116

5.3.1选取被控变量 116

5.3.2控制方案设计 117

5.4除氧器工程组态 119

5.5总结 124

5.5.1关键词 124

5.5.2学习路线图 124

实验六 换热器热流出口温度控制 125

6.1实验目的 126

6.2基础知识 126

6.2.1温度与温标 126

6.2.2认识换热器 126

6.2.3小锅介绍SMPT-1000高阶换热系统工艺流程 127

6.2.4冷态开车 128

6.2.5温度自衡过程 130

6.2.6为什么要控制温度 133

6.2.7传热设备的控制要求 133

6.3换热器热流出口温度单回路控制系统的设计 136

6.4实验步骤 137

6.5经验整定法小结 143

6.6 PID控制器参数的工程整定法 144

6.6.1临界比例度法（Ziegler-Nichols方法） 144

6.6.2衰减振荡法 148

6.7总结 152

6.7.1控制规律选择的一般原则 152

6.7.2被控对象特性 152

6.7.3关键词 152

6.7.4学习路线图 153

实验七 锅炉烟气含氧量控制 155

7.1实验目的 156

7.2基础知识 156

7.2.1控制规律的选择 156

7.2.2 PID控制器参数整定方法 156

7.2.3质量指标控制 157

7.3烟气含氧量单回路控制系统的设计 157

7.3.1 SMPT-1000锅炉燃烧系统简介 158

7.3.2认识烟气含氧量 159

7.3.3烟气含氧量控制方案 160

7.3.4确定控制器正反作用 162

7.3.5控制规律选择 162

7.4实验步骤 162

7.4.1使用S1101控制AI 1101 162

7.4.2使用DO1101控制AI1101 166

7.5总结 168

7.5.1 PID控制器参数整定方法 168

7.5.2关键词 168

7.5.3学习路线图 169

实验八 锅炉过热蒸汽出口压力串级控制 171

8.1实验目的 172

8.2基础知识 172

8.2.1串级控制系统方块图 172

8.2.2串级控制系统组成 173

8.2.3串级控制系统主/副控制器正反作用的确定 173

8.3认识实验 175

8.3.1认识过热蒸汽出口压力 175

8.3.2过热蒸汽出口压力自衡过程 176

8.3.3过热蒸汽出口压力单回路控制系统设计 177

8.3.4过热蒸汽出口压力单回路控制系统实验 178

8.4过热蒸汽出口压力-燃料流量串级控制系统设计 181

8.4.1确定控制器正反作用 181

8.4.2控制规律选择 182

8.5串级控制系统控制器参数整定 184

8.6过热蒸汽出口压力-燃料流量串级控制系统实验 184

8.7总结 193

8.7.1串级控制系统的方块图 193

8.7.2串级控制系统副被控变量的选择 193

8.7.3串级控制系统中主、副控制器控制规律的选择 193

8.7.4串级控制系统中主、副控制器正反作用的选择 193

8.7.5串级控制系统的投运 194

8.7.6串级控制系统的两步整定法 194

8.7.7串级控制系统与单回路控制系统的比较 194

8.7.8关键词 196

8.7.9学习路线图 196

实验九 亲自动手——储罐液位串级控制 197

9.1实验目的 198

9.2基础知识 198

9.3储罐液位-入口流量串级控制系统设计 198

9.3.1控制规律选择 199

9.3.2确定控制器正反作用 199

9.4实验步骤 200

9.5总结 204

9.5.1串级控制系统中主/副控制器选择正反作用/控制规律 204

9.5.2关键词 205

9.5.3学习路线图 205

实验十 锅炉汽包水位前馈-反馈控制 207

10.1实验目的 208

10.2基础知识 208

10.2.1 SMPT-1000锅炉上水过程简介 208

10.2.2小锅介绍汽包水位 209

10.3汽包水位单冲量控制系统 210

10.3.1控制系统设计 210

10.3.2单冲量控制系统实验 211

10.3.3汽包水位控制的任务 213

10.3.4单冲量控制系统的不足 214

10.4前馈控制系统 215

10.4.1前馈控制 216

10.4.2前馈控制的特点 217

10.4.3前馈控制的缺点 218

10.4.4前馈控制的分类 218

10.5汽包水位双冲量控制系统 219

10.6前馈-反馈控制系统 222

10.7（前馈-反馈控制系统）前馈控制器参数整定 223

10.7.1开环整定法 223

10.7.2闭环整定法 223

10.7.3在反馈系统下整定Kf的方法 223

10.8前馈-反馈控制系统（双冲量控制系统）实验 224

10.9总结 234

10.9.1前馈控制系统设计时需要注意的地方 234

10.9.2关键词 236

10.9.3学习路线图 237

实验十一 锅炉汽包水位前馈-串级控制 239

11.1实验目的 240

11.2基础知识 240

11.2.1汽包水位控制的任务 240

11.2.2串级控制系统控制器参数的一步整定法 240

11.3汽包水位三冲量控制系统 241

11.4前馈-串级控制系统 243

11.5前馈-串级控制系统（三冲量控制系统）实验 246

11.6总结 250

11.6.1什么情况下采用前馈控制 250

11.6.2前馈控制与反馈控制的比较 251

11.6.3关键词 252

11.6.4学习路线图 252

实验十二 储罐液位-出口流量均匀控制 253

12.1实验目的 254

12.2基础知识 254

12.2.1均匀控制系统的特点 254

12.2.2均匀控制系统的常用结构形式 255

12.2.3均匀控制规律的选择 256

12.3储罐液位-储罐出口流量均匀控制系统设计 257

12.3.1认识储罐液位-出口流量均匀控制系统 257

12.3.2确定控制器正反作用 257

12.3.3控制规律选择 257

12.4实验步骤 257

12.5总结 261

12.5.1均匀控制的结构形式 261

12.5.2均匀控制的控制规律选择 261

12.5.3均匀控制器参数的整定原则 261

12.5.4简单均匀控制系统与单回路控制系统的比较 261

12.5.5关键词 261

12.5.6学习路线图 262

实验十三 锅炉燃料-风量比值控制 263

13.1实验目的 264

13.2基础知识 264

13.2.1小锅介绍燃烧过程 264

13.2.2如何确保燃烧效率 266

13.3比值控制系统 267

13.3.1比值控制系统定义 267

13.3.2比值与比值系数 267

13.4开环定比值控制系统 269

13.4.1开环定比值控制系统结构 269

13.4.2亲自动手做——开环定比值控制系统 269

13.5闭环定比值控制系统 273

13.5.1单闭环比值控制系统 274

13.5.2双闭环比值控制系统 275

13.6比值控制系统实施方案 276

13.6.1相乘方案与相除方案 276

13.6.2基于相乘方案的双闭环比值控制系统的控制器参数整定 277

13.6.3随动控制系统的控制器参数整定 277

13.7 Let’s Go——把开环比值控制系统改成双闭环比值控制系统 278

13.7.1准备工作 278

13.7.2实验步骤 278

13.8为什么要变比值 285

13.9总结 288

13.9.1如何选择主动量与从动量 288

13.9.2比值控制系统典型结构 289

13.9.3比值控制系统参数整定 291

13.9.4关键词 292

13.9.5学习路线图 292

实验十四 锅炉燃料压力选择控制 293

14.1实验目的 294

14.2基础知识 294

14.2.1锅炉安全保护系统 294

14.2.2选择控制的定义 295

14.2.3选择控制的类型 295

14.2.4选择控制的条件 297

14.3燃料压力选择控制系统设计 298

14.3.1选择控制系统结构 298

14.3.2确定控制器正反作用 299

14.3.3控制规律选择 299

14.4燃料压力选择控制系统实验 300

14.5总结 304

14.5.1关键词 304

14.5.2学习路线图 304

实验十五 锅炉过热蒸汽出口温度分程控制 305

15.1实验目的 306

15.2基础知识 306

15.2.1阀门定位器 307

15.2.2分程控制系统的定义 307

15.2.3分程控制系统的实现 309

15.2.4分程控制系统的目的 309

15.2.5分程控制系统的应用场合 309

15.2.6分程控制系统的方块图 310

15.2.7分程控制系统阀门开、闭形式的判定 310

15.3过热蒸汽出口温度分程控制系统设计 311

15.3.1为什么要分程控制 311

15.3.2确定控制器正反作用 312

15.3.3控制规律选择 312

15.4实验步骤 313

15.5总结 316

15.5.1关键词 316

15.5.2学习路线图 316

实验十六 锅炉控制系统的投运和整定 317

16.1实验目的 318

16.2小锅介绍SMPT-1000锅炉工艺流程 318

16.3通道特性测试 329

16.3.1过程变量的分类 329

16.3.2通道的基本概念 329

16.3.3实验步骤 330

16.4锅炉工程投运 334

16.4.1准备工作 334

16.4.2控制系统投运 337

16.5总结 340

16.5.1关键词 340

16.5.2学习路线图 341

实验十七 蒸发器控制系统的投运和整定 343

17.1实验目的 344

17.2基础知识 344

17.3小锅介绍SMPT-1000蒸发器工艺流程 345

17.4冷态开车 346

17.5蒸发器工程控制系统设计 350

17.5.1选取被控变量 350

17.5.2控制方案设计 350

17.6蒸发器工程 352

17.6.1组态工作 353

17.6.2蒸发器液位-稀液流量串级控制 356

17.6.3蒸发器温度-过热蒸汽流量串级控制 357

17.6.4浓缩液流量单回路控制 358

17.7蒸发器冷态开车（带控制系统） 360

17.8总结 361

17.8.1传热设备的类型 361

17.8.2关键词 361

17.8.3学习路线图 362

实验十八 认识小P 363

18.1一起去看小P 364

18.2 BOBO随KOKO来到了控制室 366

18.3小P的独白 372

18.3.1 PCS7整体结构 372

18.3.2过程控制级组成设备 373

18.3.3现场控制级组成设备 373

18.3.4认识PCS7的典型组成部件——CPU模块 376

18.3.5认识PCS7的典型组成部件——I/O模块、接口模块 377

18.3.6小P的应用程序 379

18.4 DCS的硬件体系结构与功能 380

18.4.1过程控制装置 381

18.4.2操作管理装置 381

18.5 DCS的软件体系 382

18.6 DCS组态 382

18.7总结 385

18.7.1关键词 385

18.7.2学习路线图 385

实验十九 PCS7的数据采集与输出 387

19.1实验目的 388

19.2基础知识 388

19.2.1过程输入输出通道 388

19.2.2 DCS I/O设备典型结构 389

19.3 I/O通道与现场设备的接线 390

19.3.1模拟量输入（AI）设备的端子接线 390

19.3.2模拟量输出（AO）设备的端子接线 393

19.3.3开关量输入（DI）设备的端子接线 395

19.3.4开关量输出（DO）设备的端子接线 395

19.3.5西门子典型I/O卡件与现场设备的接线 395

19.4现场操作第一步：接线——小锅与小P手牵手 398

19.4.1 SMPT-1000端子排 398

19.4.2定义SMPT-1000模拟量I/O数据 401

19.4.3实验步骤 403

19.5现场操作第二步：DCS硬件组态——小锅与小P需要交流 405

19.6现场操作第三步：通信测试——小锅与小P真的能交流了 435

19.7 DCS I/O卡件信号测试 438

19.7.1 AI信号测试 438

19.7.2 AO信号测试 439

19.7.3 DI信号测试 440

19.7.4 DO信号测试 440

19.8总结 440

19.8.1通过指示灯识别ET200M通信状态 440

19.8.2集散控制系统SIMATICPCS7的运用 441

19.8.3关键词 442

19.8.4学习路线图 442

实验二十 PCS7的PROFIBUS DP总线通信 443

20.1实验目的 444

20.2基础知识 444

20.2.1现场总线（Field Bus） 444

20.2.2过程现场总线——PROFIBUS 445

20.2.3 PROFIBUS DP网络的典型结构 445

20.2.4 PROFIBUS DP的物理实现 447

20.2.5 PROFIBUS DP协议结构 449

20.2.6报文 450

20.2.7寻址DP从站 450

20.3小锅也能当DP从站 453

20.4总结 472

20.4.1集散控制系统SIMATICPCS7的运用 472

20.4.2关键词 473

20.4.3学习路线图 473

实验二十一 基于PCS7的换热器热流出口温度控制 475

21.1实验目的 476

21.2基础知识 477

21.3 CFC组态 478

21.4 OS组态 498

21.4.1 OS组态前的准备工作 499

21.4.2编译OS 502

21.4.3认识WinCC项目管理器 503

21.4.4认识图形设计器 505

21.4.5创建过程画面 506

21.4.6创建趋势画面 507

21.5 OS过程模式 511

21.5.1过程模式下的用户界面 511

21.5.2单回路控制系统的投运以及PID参数整定 514

21.6总结 518

21.6.1集散控制系统SIMATIC PCS7的运用 518

21.6.2关键词 518

21.6.3 DCS组态步骤 519

21.6.4学习路线图 519

实验二十二 基于PCS7的锅炉过热蒸汽出口压力串级-比值控制 521

22.1实验目的 522

22.2基础知识 523

22.3实验步骤 525

22.4总结 536

22.4.1关键词 536

22.4.2学习路线图 537

实验二十三 基于PCS7的蒸发器开车顺序控制 539

23.1实验目的 540

23.2基础知识 540

23.2.1顺序流程分析 540

23.2.2蒸发器开车顺控过程分析 541

23.3顺序功能图SFC 542

23.4实验步骤 552

23.5总结 560

23.5.1关键词 560

23.5.2学习路线图 561

实验二十四 安全仪表系统 563

24.1实验目的 564

24.2基础知识 564

24.2.1安全仪表系统 564

24.2.2安全完整性等级（SIL） 565

24.2.3必要的风险降低 567

24.2.4 SIS安全生命周期 568

24.3运用各种科学方法进行SIS设计 571

24.3.1使用风险矩阵确定允许的风险 572

24.3.2使用危险与可操作性分析（HAZOP）确定过程存在的风险 574

24.3.3分析已经存在的其他防护层减少的风险 575

24.3.4判断剩余风险是否可以接受，确定需要增加的SIS的SIL 578

24.3.5计算选用的安全仪表系统的SIL是否符合需求 580

24.3.6根据仪表冗余结构进行仪表选型 592

24.4总结 599

24.4.1关键词 599

24.4.2学习路线图 599

实验二十五 基于PCS7的锅炉综合控制 601

25.1实验目的 602

25.2基础知识 602

25.2.1自动化工程的目的、任务和内容 602

25.2.2工作流程 603

25.3控制系统设计 604

25.3.1对象特性分析 604

25.3.2确定控制方案 604

25.4控制系统实施 606

25.4.1控制方案组态 606

25.4.2 OS组态 614

25.5控制系统运行 616

25.5.1控制器参数整定 618

25.5.2正常运行 620

25.6总结 621

25.6.1关键词 621

25.6.2学习路线图 621

附录一 SMPT-1000的软件操作 623

A.1主工具栏上的按钮 623

A.2流程图窗口、趋势曲线窗口与控制组态窗口 624

A.3双效阀的特性选择 626

A.4小锅支持的控制方式 629

A.5控制模块库 630

A.6单回路控制系统组态步骤 630

A.7控制器操作面板 635

A.8在趋势曲线画面添加曲线 635

A.9趋势曲线窗口操作 637

A.10结束实验 643

附录二 PFD与P&ID的基本知识 645

B.1工艺流程图（PFD） 645

B.2小锅的管道仪表流程图（P&ID） 646

参考文献 655