化工儀錶及自動化

本書內容分為兩篇。第一篇是化工檢測儀錶，講述檢測儀錶的基本知識，重點介紹工業生產過程中的壓力、流量、物位、溫度的檢測原理及相應的儀錶結構選用，並介紹了工廠中常用的顯示儀錶。第二篇是化工自動化基礎，介紹工業生產過程中的自動控制系統方面的知識，以及構成自動控制系統的被控對象、控制儀錶及裝置。在簡單、複雜控制系統的基礎上，還介紹了高級控制系統與計算機控制系統，最後結合生產過程介紹了典型化工單元操作的控制方案。

本次修訂的總體思路是在基本保持原書體系結構的基礎上，對內容進行刪減。改寫了原書中某些顯得煩瑣或工藝類人員較少接觸的內容，增加了大量反映當前自動化水平的新內容，如刪除了目前較少使用的模擬式顯示儀錶，豐富了數字式顯示儀錶的內容；增加了各種測量儀錶的選用，減少了目前較少使用的KMM可編程調節器的內容；調整了數字控制器的內容，將集散控制系統及現場匯流排控制系統的內容進行了更新，增加了國產浙大中控集散控制系統內容，結合崗位需求同時增加了廣泛使用的西門子PLC內容，力求簡明扼要、深入淺出，使工藝類人員對工業自動化的新發展、新技術有比較全面的了解。全書基本覆蓋了國內外自動化儀錶方面的最新技術和發展動態，編寫時將教學內容的先進性和敘述的深入淺出融為一體，以更好地滿足化工類學生學習的需要。

緒論1

一、化工自動化的意義及目的1

二、化工自動化的發展概況1

三、化工儀錶及自動化系統的分類2

第一篇化工檢測儀錶

第一章檢測儀錶基本知識5

一、測量過程與測量誤差5

二、檢測儀錶的品質指標5

三、檢測儀錶的分類8

四、現代檢測技術與感測器的發展8

例題分析10

習題與思考題11

第二章壓力檢測13

第一節壓力單位及測壓儀錶13

第二節彈性式壓力計14

一、彈性元件14

二、彈簧管壓力表15

第三節電氣式壓力計16

一、應變片式壓力感測器17

二、壓阻式壓力感測器17

三、電容式壓力感測器18

第四節智能式變送器18

一、智能變送器的特點18

二、智能變送器的結構原理19

三、HART375智能終端20

第五節壓力計的選用及安裝21

一、壓力計的選用21

二、壓力計的安裝22

例題分析23

習題與思考題23

附錄常用彈簧管壓力表型號與規格24

第三章流量檢測26

第一節差壓式流量計27

一、節流現象與流量基本方程式27

二、標準節流裝置29

三、差壓變送器30

四、差壓式流量計的測量誤差30

第二節轉子流量計33

一、工作原理33

二、電遠傳式轉子流量計34

三、轉子流量計的指示值修正35

第三節漩渦流量計37

第四節質量流量計38

一、直接式質量流量計39

二、間接式質量流量計39

第五節其他流量計40

一、靶式流量計40

二、橢圓齒輪流量計41

三、渦輪流量計42

四、電磁流量計43

第六節流量測量儀錶的選型44

例題分析45

習題與思考題46

第四章物位檢測47

第一節物位檢測的意義及主要類型47

第二節差壓式液位計48

一、工作原理48

二、零點遷移問題48

三、用法蘭式差壓變送器測量液位50

第三節其他物位計50

一、電容式物位計50

二、核輻射物位計52

三、雷達式液位計52

四、稱重式液罐計量儀53

五、磁致伸縮式液位計55

第四節物位測量儀錶的選型55

例題分析56

習題與思考題59

第五章溫度檢測60

第一節概述60

一、測溫儀錶的分類60

二、溫度檢測的基本原理60

第二節熱電偶溫度計62

一、熱電偶62

二、補償導線與冷端溫度補償67

第三節熱電阻溫度計69

一、測溫原理69

二、常用熱電阻70

第四節光纖溫度感測器71

第五節溫度變送器72

一、電動溫度變送器72

二、一體化溫度變送器72

三、智能式溫度變送器73

第六節溫度測量儀錶的選用及安裝74

一、溫度測量儀錶的選用74

二、測溫元件的安裝74

例題分析75

習題與思考題77

附錄一鉑銠10鉑熱電偶分度表78

附錄二鎳鉻銅鎳熱電偶分度表81

附錄三鎳鉻鎳硅熱電偶分度表81

附錄四鉑電阻分度表84

附錄五銅電阻分度表86

第六章顯示儀錶87

第一節數字式顯示儀錶87

一、數字式顯示儀錶的類型87

二、數字式顯示儀錶的主要技術指標88

三、數字式顯示儀錶的結構組成88

第二節新型顯示儀錶89

一、無紙記錄儀89

二、虛擬顯示儀錶90

例題分析91

習題與思考題91

第二篇化工自動化基礎

第七章自動控制系統概述92

第一節自動控制系統的組成92

第二節自動控制系統的方塊圖93

一、信號和變數93

二、自動控制系統方塊圖94

三、反饋95

四、自動控制系統的分類96

第三節過渡過程和品質指標97

一、控制系統的靜態與動態97

二、控制系統的過渡過程98

三、控制系統的品質指標99

四、影響控制品質的主要因素101

第四節工藝管道及控制流程圖102

一、圖形符號103

二、字母代號103

三、儀錶位號104

例題分析105

習題與思考題105

第八章對象特性和建模108

第一節數學模型及描述方法108

一、被控對象數學模型108

二、數學模型的主要形式109

第二節機理建模110

一、一階對象110

二、積分對象111

三、時滯對象112

第三節描述對象特性的參數113

一、放大係數K113

二、時間常數T114

三、滯后時間τ117

第四節實驗建模118

一、階躍反應曲線法119

二、矩形脈衝法119

例題分析120

習題與思考題120

第九章基本控制規律122

第一節位式控制122

一、雙位控制122

二、具有中間區的雙位控制123

第二節比例控制124

一、比例控制規律及其特點124

二、比例度及其對控制過程的影響125

第三節積分控制127

一、積分控制規律及其特點127

二、比例積分控制規律與積分時間129

三、積分時間對系統過渡過程的影響130

第四節微分控制130

一、微分控制規律及其特點130

二、實際的微分控制規律及微分時間131

三、比例微分控制系統的過渡過程132

四、比例積分微分控制133

例題分析134

習題與思考題135

第十章控制器137

第一節模擬式控制器137

一、概述137

二、DDZⅢ型電動調節器137

第二節數字式控制器139

一、數字式控制器的主要特點139

二、數字式控制器的基本構成140

三、KMM型可編程序調節器140

四、C3000數字控制器142

例題分析145

習題與思考題146

第十一章執行器147

第一節氣動執行器147

一、氣動執行器的組成與分類147

二、控制閥的流量特性149

三、控制閥的選擇153

四、氣動執行器的安裝和維護155

第二節閥門定位器與電氣轉換器155

一、電氣閥門定位器155

二、智能式閥門定位器156

三、電氣轉換器157

第三節電動執行器157

一、概述157

二、角行程電動執行機構157

三、直行程電動執行機構158

例題分析158

習題與思考題158

第十二章簡單控制系統159

第一節概述159

第二節被控變數的選擇160

第三節操縱變數的選擇162

第四節控制器控制規律的選擇及參數

整定163

一、控制規律的選擇163

二、控制器參數的工程整定163

第五節控制系統的投運及操作中的常見

問題167

一、控制系統的投運167

二、控制系統操作中的常見問題169

例題分析172

習題與思考題173

第十三章複雜控制系統175

第一節串級控制系統175

一、串級控制系統概述175

二、串級控制系統的特點及應用177

三、主、副控制器控制規律的選擇180

四、主、副控制器正反作用的選擇180

五、控制器參數整定與系統投運181

第二節其他複雜控制系統182

一、均勻控制系統182

二、比值控制系統184

三、前饋控制系統185

四、取代控制系統186

五、分程式控制制系統187

六、多衝量控制系統188

例題分析190

習題與思考題191

第十四章高級控制系統193

第一節自適應控制系統193

一、參考模型自適應控制系統193

二、具有被控對象數學模型在線辨識的自

適應控制系統194

第二節預測控制系統195

一、預測控制系統的基本結構195

二、預測控制的特點及應用196

第三節智能控制系統196

第四節神經元網路控制198

第五節模糊控制系統199

第六節最優控制系統200

習題與思考題201

第十五章計算機控制系統202

第一節概述202

一、計算機控制系統的組成202

二、計算機控制系統的特點203

三、計算機控制系統的分類203

第二節集散控制系統概述205

一、集散控制系統的基本構成205

二、集散控制系統的特點207

第三節CENTUMCS集散控制系統207

一、CENTUMCS系統的構成207

二、基本操作方法207

三、顯示畫面及操作209

第四節JX300XP集散控制系統211

一、JX300XP系統結構211

二、現場控制站認識與安裝211

三、操作站認識與安裝213

四、通訊網路及安裝213

五、機櫃內安裝215

六、系統軟體及系統組態215

第五節現場匯流排控制系統216

一、現場匯流排系統的產生和特徵216

二、現場匯流排國際標準化217

三、幾種有影響的現場匯流排技術217

例題分析219

習題與思考題219

第十六章可編程式控制制器220

第一節概述220

一、可編程式控制制器的基本組成220

二、可編程式控制制器的編程語言222

三、可編程式控制制器的分類223

第二節OMRON C系列PLC224

一、簡介224

二、OMRON PLC指令225

第三節SIEMENS S7200228

一、S7200系列的基本構成228

二、 S7200指令應用230

三、編程軟體STEP7Micro/WIN231

第四節應用示例232

一、水箱液位控制232

二、變數越限報警控制233

三、送料小車自動控制236

習題與思考題239

第十七章典型化工單元的控制方案240

第一節流體輸送設備的自動控制240

一、離心泵的自動控制方案240

二、往複泵的自動控制方案241

三、壓氣機的自動控制方案242

第二節傳熱設備的自動控制243

一、兩側均無相變化的換熱器控制

方案244

二、載熱體進行冷凝的加熱器自動

控制246

三、冷卻劑進行汽化的冷卻器自動

控制247

第三節精餾塔的自動控制248

一、精餾塔的干擾因素及對自動控制的

要求248

二、精餾塔的控制方案250

第四節化學反應器的自動控制252

一、化學反應器的控制要求252

二、釜式反應器的溫度自動控制253

三、固定床反應器的自動控制254

四、流化床反應器的自動控制255

例題分析256

習題與思考題257

參考文獻259