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 4
1.1.3 非自动化专业人员学习自动化知识的意义 5
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 15
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 19
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K 33
3.3.2 时间常数T 33
3.3.3 滞后时间τ 35
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 40
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 47
4.2.10 稳定性 48
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 54
5.2.2 热电偶温度计 56
5.2.3 热电阻温度计 69
5.3 温度检测仪表的选用及安装 77
5.3.1 温度检测仪表的选用 77
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 82
6.1 压力及压力检测方法 82
6.1.1 压力的定义及单位 82
6.1.2 压力的表示方法 83
6.1.3 压力检测的主要方法及分类 84
6.2 常用压力检测仪表 84
6.2.1 液柱式压力计 85
6.2.2 活塞式压力计 87
6.2.3 弹性式压力计 87
6.2.4 压力传感器 92
6.2.5 力平衡式差压（压力）变送器 97
6.3 压力检测仪表的选择及校验 100
6.3.1 压力检测仪表的选择 100
6.3.2 压力检测仪表的校验 101
6.4 压力检测系统 102
6.4.1 取压点位置和取压口形式 102
6.4.2 引压管路的铺设 103
6.4.3 压力检测仪表的安装 104
思考题与习题 105
第7章 流量检测及仪表 107
7.1 流量的概念及单位 107
7.2 流量检测方法及流量计分类 108
7.3 体积流量检测方法 108
7.3.1 容积式流量计 108
7.3.2 差压式流量计 111
7.3.3 速度式流量计 123
7.4 质量流量检测方法 129
7.4.1 间接式质量流量测量方法 129
7.4.2 直接式质量流量计 130
7.5 流量标准装置 134
7.5.1 液体流量标准装置 134
7.5.2 气体流量标准装置 135
思考题与习题 136
第8章 物位检测及仪表 138
8.1 物位的定义及物位检测仪表的分类 138
8.1.1 物位的定义 138
8.1.2 物位检测仪表的分类 138
8.2 常用物位检测仪表 140
8.2.1 静压式物位检测仪表 140
8.2.2 浮力式物位检测仪表 142
8.2.3 其他物位检测仪表 145
8.3 影响物位测量的因素 151
8.3.1 液位测量的特点 151
8.3.2 料位测量的特点 151
8.3.3 界位测量的特点 151
8.4 物位检测仪表的选型 151
思考题与习题 152
第9章 成分分析仪表 154
9.1 成分分析方法及分类 154
9.1.1 成分分析方法 154
9.1.2 成分分析仪表分类 154
9.2 自动分析仪表的基本组成 155
9.3 工业常用自动分析仪表 155
9.3.1 热导式气体分析器 155
9.3.2 红外线气体分析器 157
9.3.3 氧化锆氧分析器 159
9.3.4 气相色谱分析仪 161
9.3.5 酸度的检测 164
9.3.6 湿度的检测 165
思考题与习题 169
第10章 现代检测技术 171
10.1 现代传感器技术的发展 171
10.2 软测量技术 173
10.2.1 软测量技术概念 173
10.2.2 软测量技术分类 174
10.2.3 软测量技术应用 176
10.3 多传感器融合技术 176
10.4 虚拟仪器 178
思考题与习题 178
第三篇 控制仪表及装置 181
第11章 控制仪表及装置概述 181
11.1 控制仪表及装置的发展概况 181
11.2 控制仪表及装置的分类 183
11.2.1 按能源形式分类 183
11.2.2 按信号类型分类 183
11.2.3 按结构形式分类 183
11.3 控制仪表及装置的信号制 184
11.3.1 信号标准 184
11.3.2 电动仪表信号标准的使用 185
11.4 DDZ-Ⅲ型控制器 186
11.4.1 DDZ-Ⅲ型控制器的特点 187
11.4.2 DDZ-Ⅲ型控制器的主要技术指标 188
11.4.3 DDZ-Ⅲ型控制器的组成与操作 188
思考题与习题 190
第12章 数字控制器 191
12.1 可编程调节器 191
12.1.1 可编程调节器的特点 191
12.1.2 可编程调节器的基本构成 192
12.1.3 可编程调节器的基本算法 195
12.1.4 可编程调节器与DDZ-Ⅲ型控制器性能比较 197
12.2 可编程序控制器 198
12.2.1 可编程控制器的发展过程及趋势 198
12.2.2 可编程控制器的特点及分类 199
12.2.3 可编程控制器的基本组成 201
12.2.4 可编程控制器的工作原理 203
12.2.5 可编程控制器的编程语言 204
思考题与习题 205
第13章 集散控制系统 206
13.1 DCS的组成 206
13.2 DCS的特点 208
13.3 DCS的产生及发展历程 209
13.4 DCS的硬件体系 210
13.4.1 DCS的硬件体系结构 211
13.4.2 DCS的各级（层）功能 212
13.4.3 DCS的通信设备及功能 214
13.5 DCS的软件体系 214
13.5.1 DCS的软件体系构成 215
13.5.2 DCS的控制层软件 216
13.5.3 DCS的监控层软件 217
13.5.4 DCS的组态软件 219
思考题与习题 222
第14章 现场总线控制系统 223
14.1 现场总线控制系统概述 223
14.1.1 现场总线控制系统的基本概念 223
14.1.2 现场总线控制系统的本质特征 224
14.1.3 现场总线控制系统的发展趋势 225
14.2 现场总线控制系统的体系结构 226
14.2.1 现场设备层 226
14.2.2 中间监控层 227
14.2.3 远程监控层 227
14.3 现场总线协议 228
14.4 现场总线控制系统的组成 229
14.4.1 现场智能仪表 230
14.4.2 监控计算机 231
14.4.3 网络通信设备 231
14.4.4 监控系统软件 231
14.5 现场总线技术的应用 232
14.5.1 几种有影响的现场总线 232
14.5.2 ControlNet现场总线应用 233
思考题与习题 236
第15章 执行器 237
15.1 概述 237
15.1.1 执行器的构成及工作原理 237
15.1.2 执行器分类及特点 238
15.1.3 执行器的作用方式 239
15.2 执行机构 239
15.2.1 气动执行机构 239
15.2.2 电动执行机构 241
15.3 调节机构 242
15.3.1 调节阀的工作原理 242
15.3.2 调节阀的作用方式 243
15.3.3 调节阀的结构及特点 243
15.3.4 调节阀的流量系数 246
15.3.5 调节阀的可调比 246
15.3.6 调节阀的流量特性 247
15.4 执行器的选择和计算 249
15.4.1 执行器结构形式的选择 249
15.4.2 调节阀流量特性的选择 250
15.4.3 调节阀口径的选择 251
15.5 气动执行器的安装和维护 252
15.6 电气转换器及阀门定位器 252
15.6.1 电气转换器 252
15.6.2 阀门定位器 253
15.7 数字调节阀与智能调节阀 256
15.7.1 数字调节阀 256
15.7.2 智能调节阀 257
思考题与习题 257
第四篇 过程控制系统 261
第16章 简单控制系统 261
16.1 简单控制系统的构成 261
16.2 简单控制系统的设计 262
16.2.1 被控变量的选择 262
16.2.2 操纵变量的选择 265
16.2.3 测量元件特性的影响 267
16.2.4 控制器控制规律的选择 269
16.2.5 控制器正反作用的确定 275
16.3 简单控制系统的投运 276
16.4 控制器参数的工程整定 277
思考题与习题 280
第17章 复杂控制系统 282
17.1 串级控制系统 282
17.1.1 串级控制系统的基本概念 282
17.1.2 串级控制系统的工作过程 285
17.1.3 串级控制系统的特点 286
17.1.4 串级控制系统的设计 287
17.1.5 串级控制系统控制器参数的工程整定 290
17.1.6 串级控制系统的适用场合 291
17.2 均匀控制系统 292
17.2.1 均匀控制系统的基本概念 292
17.2.2 均匀控制方案 293
17.3 比值控制系统 294
17.3.1 比值控制的基本概念 294
17.3.2 比值控制方案 295
17.3.3 比值控制系统的设计 297
17.4 前馈控制系统 299
17.4.1 前馈控制系统的基本概念 299
17.4.2 前馈控制系统的特点 300
17.4.3 前馈控制系统的主要结构形式 300
17.4.4 前馈控制系统的应用场合 303
17.5 选择性控制系统 303
17.5.1 选择性控制系统的基本概念 303
17.5.2 选择性控制系统的类型 303
17.5.3 积分饱和现象及其防止措施 306
17.6 分程控制系统 307
17.6.1 分程控制系统的基本概念 307
17.6.2 分程控制方案 307
17.6.3 分程控制系统的应用 308
17.6.4 分程控制应用中的几个问题 310
思考题与习题 311
第18章 新型控制系统 314
18.1 自适应控制系统 314
18.1.1 变增益自适应控制系统 314
18.1.2 模型参考自适应控制系统 315
18.1.3 自校正控制系统 315
18.2 预测控制系统 315
18.2.1 预测控制系统的基本结构 315
18.2.2 预测控制系统的特点及其应用 316
18.3 智能控制系统与专家控制系统 317
18.3.1 智能控制的基本概念 317
18.3.2 智能控制的主要类型 318
18.3.3 专家控制系统 319
18.4 模糊控制系统 320
18.4.1 模糊控制系统的基本结构 320
18.4.2 模糊控制的方法 321
18.4.3 模糊控制系统的设计 321
18.5 神经元网络控制 322
18.5.1 人工神经元模型 322
18.5.2 人工神经网络 323
18.5.3 人工神经网络在控制中的主要作用 323
18.5.4 神经网络控制的分类 323
18.6 故障检测与故障诊断 324
18.6.1 提高控制系统可靠性的主要方法 324
18.6.2 控制系统的主要故障 324
18.6.3 故障检测和诊断的含义 325
18.6.4 故障检测和诊断的主要方法 325
思考题与习题 326
第19章 石油化工典型设备的自动控制 327
19.1 流体输送设备的控制 327
19.1.1 离心泵的控制 327
19.1.2 往复泵的控制 329
19.1.3 离心式压缩机的防喘振控制 330
19.2 传热设备的控制 333
19.2.1 换热器的控制 333
19.2.2 加热炉的控制 337
19.2.3 锅炉设备的控制 341
19.3 精馏塔的控制 348
19.3.1 精馏塔的控制要求 349
19.3.2 精馏塔的干扰因素分析 350
19.3.3 精馏塔质量指标的选取 351
19.3.4 精馏塔的基本控制方案 353
19.4 化学反应器的控制 356
19.4.1 化学反应器的控制要求 356
19.4.2 釜式反应器的温度控制 356
19.4.3 固定床反应器的控制 357
19.4.4 流化床反应器的控制 358
思考题与习题 359
附录A 镍铬-镍硅热电偶（K型）分度表 361
附录B 镍铬-铜镍热电偶（E型）分度表 365
附录C 工业用铂电阻温度计（Pt100）分度表 368
附录D 工业用铜电阻温度计（Cu100）分度表 371
参考文献 372