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 S7-300 135
7.1.3 STEP7 140
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DA 469
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