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第一章 绪论 1

第一节 化工过程自动化概述 1

一、化工过程自动化的目的及学习意义 1

二、化工过程自动化的主要内容 2

第二节 化工过程自动化发展概况 3

第三节 过程控制系统的组成及分类 4

一、过程控制系统的组成 4

二、过程控制系统的分类 5

第四节 过程控制系统性能指标 7

一、单项控制性能指标 7

二、综合控制性能指标 8

思考题与习题 9

第二章 过程参数的检测方法与仪表 10

第一节 概述 10

一、检测过程及误差 10

二、检测仪表的基本技术性能指标 11

第二节 压力检测方法及仪表 14

一、压力检测的基本知识 14

二、主要压力检测方法及分类 15

三、压力检测仪表 15

四、压力计的选用 23

第三节 物位检测方法及仪表 24

一、物位检测的主要方法及分类 24

二、静压式液位计 25

三、电容式物位计 27

四、超声式物位计 28

五、磁致伸缩式液位计 29

第四节 流量检测方法及仪表 30

一、流量检测方法及分类 30

二、差压式流量计 31

三、电磁式流量计 36

第五节 温度检测方法及仪表 38

一、温度检测的基本知识 38

二、温度检测方法 38

三、热电偶温度计 40

四、热电阻温度计 46

五、测温元件的选用和安装 49

第六节 成分量的检测 51

一、pH值的检测 51

二、氧含量的检测 53

第七节 数字式显示记录仪表 55

一、数字式显示仪表 55

二、无笔无纸记录仪 59

思考题与习题 61

实验一 检测系统设计实验 63

实验二 Pt100铂电阻测温特性实验 63

实验三 K热电偶测温特性实验 64

第三章 过程控制仪表与装置 66

第一节 过程控制仪表的基础知识 66

一、过程控制仪表的分类 66

二、过程控制仪表的型号命名 67

三、过程控制仪表的信号制式 68

四、安全防爆的基本知识 68

第二节 变送器 70

一、变送器的基本概念 70

二、差压变送器 73

三、温度变送器 76

第三节 控制器 79

一、控制器的控制规律 79

二、模拟式控制器 84

第四节 执行器 88

一、气动执行器 88

二、电动执行器 90

三、控制机构 92

四、电-气转换器及电-气阀门定位器 99

第五节 常用低压电器 100

一、低压电器的作用与分类 100

二、常用电磁式低压电器 101

三、常用其他低压电器 106

四、继电接触式电气控制 109

思考题与习题 113

实验一 变送器校验系统设计实验 113

实验二 三相异步电动机正反转运行控制实验 114

第四章 简单控制系统 115

第一节 简单控制系统的组成 115

第二节 过程的特性及建模方法 116

一、过程特性及基本类型 117

二、过程动态模型的建立方法 118

三、过程参数对过程动态特性的影响 123

第三节 简单控制系统的设计 126

一、被控变量的选择 126

二、操纵变量的选择 127

三、系统设计中的测量变送问题 128

四、控制器控制规律的选择 132

五、简单控制系统设计实例 133

第四节 简单控制系统的投运及参数整定 134

一、简单控制系统的投运 134

二、控制器参数的工程整定 135

思考题与习题 140

实验 简单控制系统实验 141

第五章 复杂控制系统 143

第一节 串级控制系统 143

一、串级控制系统的基本概念 143

二、串级控制系统的特点 146

三、串级控制系统的设计 147

四、串级控制系统的应用场合 147

五、串级控制系统应用中的问题 148

第二节 比值控制系统 149

一、概述 149

二、常用的比值控制方案 149

三、比值控制系统的设计 152

第三节 前馈控制系统 153

一、前馈控制系统的基本概念 153

二、前馈控制系统的几种结构形式 155

三、前馈控制系统的应用场合 156

第四节 均匀控制系统 157

一、均匀控制的概念 157

二、均匀控制方案 158

第五节 分程控制系统 158

一、分程控制系统的基本概念 158

二、分程控制系统的应用 159

三、分程控制应用中的几个问题 162

第六节 选择性控制系统 162

一、选择性控制系统基本概念 162

二、选择性控制系统的应用 162

三、积分饱和及其防止措施 164

思考题与习题 165

第六章 过程计算机控制系统 166

第一节 概述 166

一、过程计算机控制系统的组成 167

二、过程计算机控制系统的分类 168

第二节 数据通信技术 171

一、异步传送与同步传送 171

二、并行与串行传输 172

三、RS-232C／RS-485接口及应用 172

第三节 工业网络技术 175

一、工业网络概述 175

二、网络协议及其层次结构 176

三、工业网络的性能评价和选型 177

第四节 集散控制系统 178

一、集散控制系统概述 178

二、现场控制站 179

三、操作员站及工程师站 180

四、集散控制系统的工程设计 182

五、集散控制系统的应用 183

第五节 可编程控制器控制系统 187

一、PLC概述 187

二、PLC的结构及工作原理 189

三、可编程控制器的硬件资源 190

四、PLC的编程语言 191

五、PLC应用系统设计实例 192

第六节 现场总线及现场总线控制系统 195

一、现场总线概述 195

二、几种有影响的现场总线技术 196

三、以现场总线为基础的控制系统 198

思考题与习题 200

实验一 S7-200基本操作及位逻辑指令应用实验 200

实验二 自动往返的小车控制编程实验 203

第七章 典型生产过程控制 205

第一节 流体输送设备的控制方案 205

一、离心泵的控制方案 205

二、往复泵的控制方案 207

三、压气机的控制方案 207

四、离心式压缩机的防喘振控制 208

第二节 传热设备的自动控制 211

一、两侧均无相变化的换热器控制方案 211

二、载热体进行冷凝的加热器自动控制 213

三、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制 214

第三节 精馏塔的自动控制 215

一、工艺要求 215

二、精馏塔的扰动因素 216

三、精馏塔的控制方案 217

四、精馏塔控制系统实例 219

第四节 化学反应器的自动控制 220

一、化学反应器的控制要求 221

二、釜式反应器的温度自动控制 221

三、固定床反应器的自动控制 222

四、流化床反应器的自动控制 223

第五节 锅炉设备的自动控制 224

一、概述 224

二、锅炉汽包水位控制系统 225

三、锅炉燃烧控制系统 227

四、过热蒸汽控制系统 228

五、采用集散系统的锅炉控制实例 229

六、采用常规仪表的锅炉控制实例 230

第六节 生化过程控制 230

一、常用生化过程控制 231

二、青霉素发酵过程控制 232

三、啤酒发酵过程控制 233

思考题与习题 233

第八章 过程控制系统工程设计 240

第一节 过程控制系统工程设计概述 235

一、工程设计的基本任务 235

二、工程设计的基本内容 235

三、工程设计基本程序 236

四、控制方案设计 237

第二节 过程控制系统工程设计符号 239

一、常用工程设计符号 239

二、管道及仪表流程图 243

第三节 控制装置及仪表选型 245

一、选型原则 245

二、温度测量仪表的选型 246

三、压力测量仪表的选型 247

四、流量测量仪表的选型 248

五、物位测量仪表的选型 251

六、过程分析仪表的选型 251

七、控制阀的选型 254

第四节 过程控制系统工程设计实例 254

一、设计任务书 254

二、设计相关技术文件 255

三、控制方案设计 256

四、管道及仪表流程图 259

附录 260

附录一 铂铑10-铂热电偶分度表 260

附录二 镍铬-镍硅（镍镉-镍铝）热电偶分度表 262

附录三 镍铬-铜镍热电偶分度表 265

附录四 铂电阻（Pt100）分度表 265

附录五 铜电阻（Cu50）分度表 267

附录六 铜电阻（Cu100）分度表 268

参考文献 269