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