自动化与仪表工程师手册(精装)

第1篇基础知识 第1章自动控制系统2 11自动控制基本原理与组成2 111自动控制系统的组成2 112传递函数与方框图4 113频率特性与单位阶跃7 114影响自动控制系统的因素13 12自动控制的分类13 13自动控制系统性能指标16 131自动控制系统的状态16 132自动控制系统的过渡过程17 133控制过程的性能指标18 14自动控制系统各环节特性分析20 141典型被控对象特性21 142广义对象各环节特性对控制品质的影响22 15常用PID控制算法特性24 151比例控制算法24 152比例积分控制算法25 153比例微分控制算法27 154比例积分微分控制算法PID28 16PID控制参数整定方法30 17单回路控制系统投用33 第2章流程工业常用工艺知识36 21流程工业物流、能源流平衡关系计算方法36 211物料衡算算式36212物料衡算方法37 213物料衡算步骤38 214物料衡算种类38 215能量衡算基本方法与步骤41 22流程工业中的传热原理及示例43 221热传导43 222对流传热44 223辐射传热45 224蒸发45 23流程工业分离原理、方法及示例47 231气固分离48 232液固分离49 233吸收49 234萃取52 235精馏55 24流程工业化学反应原理及示例61 241化学反应过程分类61 242化学反应过程主要技术指标61 243化学反应过程中的催化剂64 第3章流程工业常用设备66 31流体输送设备及特性66 311流体输送设备分类66 312流体输送设备主要性能参数68 313离心泵70 314往复泵73 315旋涡泵74 316轴流泵75 317流程工业常用泵比较76 318离心式通风机77 319罗茨鼓风机77 3110往复式压缩机78 3111离心式压缩机79 3112真空泵81 32换热设备及特性82 321换热器分类82 322换热器主要参数83 323蒸发器85 33分离设备及特性87 331概述87 332板式塔87 333填料塔92 334萃取设备95 335结晶设备97 336气固分离设备98 34化学反应设备及特性99 341化学反应器的分类99 342化学反应器的形式与特点100 343烃类热裂解——管式裂解炉101 344氨合成塔106 345均相反应器109 346气液相反应器110 347气固相固定床反应器110 348流化床反应器112 第4章流程工业安全与保护系统114 41流程工业安全与保护基本知识114 411爆炸114 412燃烧122 413静电123 42危险性划分及安全措施125 421爆炸性物质及危险场所划分125 422石油、化工企业火灾危险性及危险场所分类127 423化学反应危险性评价131 424常见危险性及安全措施133 425储罐安全135 43压力容器和电气设备安全136 431压力容器分类136 432压力容器事故危害137 433防爆电器分类与通用要求141 434防爆电气设备防爆类型及原理144 44工业防腐147 441腐蚀机理147 442金属腐蚀分类147 443防腐方法148 444耐腐蚀材料性能150 45流程工业安全保护方法及示例159 451安全仪表系统159 452TRICON三重化冗余控制166 第5章环境工程170 51流程工业对环境污染及防治概述170 511流程工业固体废弃物来源及污染特征170 512大气排放标准171 513污水排放标准171 514流程工业过程污染排放及控制实例177 52废水检测与处理177 521表示水质的名词术语177 522水体污染的危害177 523水质检测与分析179 524废水处理182 53废气控制与处理184 531气体监测中常用的术语和定义184 532废气监测185 533废气处理186 54废渣处理189 541化工废渣分类189 542化工废渣常用处理方法189 543铬渣处理190 55清洁生产与自动化193 551清洁生产的定义193 552清洁生产的主要内容193 553清洁生产与自动化198 参考文献200 第2篇测量仪表与执行器 第6章测量技术基础202 61测量的基本概念202 611概述202 612测量方法202 62误差分析及测量不确定度203 621误差的定义及分类203 622测量不确定度204 623测量不确定度与测量误差的联系与区别204 第7章测量仪表205 71温度测量205 711概述205 712膨胀式温度计206 713压力式温度计208 714热电偶温度计210 715热电阻温度计218 716新型测温方式221 717测温元件及保护套管的选择222 72压力测量222 721概述222 722液柱式压力表223 723弹性式压力表224 724物性式压力表(固态测压仪表)226 725压力信号的电测法227 73流量测量227 731概述227 732节流式流量计230 733转子流量计(又称浮子流量计)232 734动压式流量计232 735容积式流量计233 736电磁流量计234 737流体振动式流量计(又称旋涡式流量计)235 738涡轮流量计235 739超声波流量计236 7310质量流量计236 74物位测量237 741概述237 742浮力式液位计237 743差压式液位计238 744电容式物位计239 745超声波物位计239 746现代物位检测技术239 第8章在线分析仪表240 81概述240 811特点及应用场合240 812分类240 813仪表的组成241 814主要性能指标241 82气体分析仪241 821热导式气体分析仪241 822红外气体分析仪245 823流程分析仪247 83氧分析仪247 831热磁式氧分析仪247 832氧化锆氧分析仪249 84气相色谱分析仪250 841测量原理250 842气相色谱仪的分类251 843检测器252 844气相色谱仪的结构253 85工业质谱仪及色谱质谱联用仪253 851质谱仪的测量原理254 852质谱仪的组成255 853色谱质谱联用仪255 86石油物性分析仪表256 861馏程在线分析仪256 862在线闪点分析仪257 863在线倾点(浊点)分析仪257 864在线辛烷值分析仪258 87工业电导仪259 871测量原理259 872电导法的使用条件260 873溶液电导的测量260 88pH计261 881测量原理261 882参比电极和指示电极261 第9章显示仪表263 91概述263 92自动平衡式显示仪表264 921自动电子电位差计记录仪264 922自动平衡电桥记录仪266 93数字式显示仪表267 931普通数字式显示仪表268 932智能式数字显示仪表271 94数字模拟混合记录仪271 95无纸记录仪272 951仪表结构272 952主要的功能特点273 第10章特殊测量及仪表275 101微小流量的测量275 1011热式质量流量计275 1012微小流量变送器277 1013浮子流量计278 1014容积流量计278 102大流量的测量279 1021明渠的流量测量279 1022大口径管道的液体流量测量280 1023大口径管道的气体流量测量282 103多相流体的流量测量284 1031固液两相流量的测量284 1032气液两相流量的测量285 1033固气两相流量的测量286 104腐蚀性介质的流量测量288 105脉动流量的测量289 106介质含水量的测量292 107溶液浓度的测量295 1071光学式浓度计295 1072电磁式浓度计296 108其他的物性测量296 1081自动密度计296 1082浊度计297 第11章执行器300 111概述300 112电动执行机构300 1121工作原理301 1122伺服放大器301 1123伺服电动机302 113气动执行机构302 1131薄膜式执行机构的工作原理302 1132薄膜式执行机构的输出力303 1133阀门定位器304 1134活塞式执行机构305 114调节阀306 1141工作原理306 1142调节阀的流量特性307 1143调节阀的可调比308 1144调节阀的分类308 115执行器的选型原则312 1151执行器的结构形式312 1152调节阀阀芯的选择313 1153调节阀材料的选择313 1154流体对阀芯的流向选择314 参考文献 315 第3篇计算机控制系统 第12章计算机控制系统概述317 121计算机控制系统的概念和分类317 1211概念317 1212分类320 122计算机控制系统的设计与实施323 1221设计323 1222实施324 第13章集散控制系统325 131概述325 1311集散控制系统的构成325 1312集散控制系统的厂商325 132国内集散控制系统产品326 1321HOLLiASMACS集散控制系统(北京和利时)326 1322ECS100X控制系统333 1323系统性能指标334 1324系统特点335 1325系统技术336 1326ECS100X系统应用339 133国外集散控制系统产品341 1331CS3000集散控制系统(日本横河)341 1332TPS集散控制系统(美国霍尼威尔)363 1333SIMATIC PCS7集散控制系统(德国西门子)372 第14章可编程控制器(PLC)376 141国内可编程控制器产品376 1411HOLLiASLEC G3可编程控制器(杭州和利时)376 1412RD200系列可编程控制器(兰州全志电子有限公司)379 1413FC系列可编程控制器(无锡信捷科技电子有限公司)380 142国外可编程控制器产品382 1421SIMATIC S7400可编程控制器(德国西门子)382 1422Modicon TSX Quantum可编程控制器(美国施耐德)387 1423SYSMAC CP1H系列可编程控制器(日本欧姆龙)390 第15章现场总线控制技术393 151现场总线的构成393 152国内现场总线产品394 1521NCS3000现场总线(沈阳中科博威)394 1522ieFCSTMFB6000现场总线(北京华控技术)396 1523STIVC2100MA系列控制插件(上海船舶运输科学研究所)400 1524EPA分布式网络控制系统402 153国外现场总线产品408 1531FF基金会现场总线(美国埃默生)408 1532PROFIBUS过程总线(德国西门子)416 1533LonWorks现场总线(美国埃施朗公司)420 第16章工业计算机(IPC)技术425 161概述425 1611工业计算机的构成425 1612工业计算机的厂商425 162国内工业计算机425 1621IPC800系列工业计算机(北京联想)425 1622NORCO工业计算机(深圳华北工控)426 1623PCI总线工业计算机(北京康拓)428 1624IPC系列工业计算机(台湾研华)430 163国外工业计算机432 1631IPCH系列P4工业计算机(日本康泰克)432 1632APRE4200工业计算机(美国APPRO国际公司)433 参考文献434 第4篇先进控制与综合自动化 第17章过程动态特性与系统建模436 171系统建模一般原则436 172典型过程特性437 173机理建模方法及举例439 1731化工过程机理建模例子440 1732生物反应器建模447 1733机电系统建模例子450 174基于过程数据的实验建模453 1741系统辨识建模方法概述453 1742基于线性或非线性回归方法的建模453 1743由阶跃响应曲线辨识模型456 第18章复杂控制系统460 181串级控制系统460 1811串级控制基本原理和结构460 1812串级控制系统设计461 1813串级控制系统举例462 182前馈及比值控制463 1821前馈控制系统的原理和特点463 1822前馈控制系统的几种结构形式465 1823比值控制系统470 183特殊控制系统473 1831均匀控制系统473 1832选择性控制系统474 1833分程控制系统476 1834阀位控制(VPC)系统477 184系统关联与解耦控制477 1841系统关联478 1842相对增益478 1843解耦控制设计方法482 第19章软测量技术及应用486 191软测量概述486 192软仪表构建方法487 193机理建模软测量方法及应用489 1931催化裂化反应再生系统的软测量模型489 1932汽油饱和蒸气压软测量492 1933气力输送固相流量的软测量494 1934生物反应中生物参数软测量模型497 194基于回归分析的软测量方法及应用501 1941回归分析方法502 1942喷射塔中SO2吸收传质系数的软测量504 1943轻柴油365℃含量软测量模型506 1944筛板精馏塔板效率的软测量508 195基于神经网络软测量模型及应用509 1951神经网络模型简介509 1952粗汽油干点和轻柴油倾点软测量建模512 1953维生素C发酵过程软测量模型514 第20章先进控制技术516 201先进PID控制516 2011数字PID控制516 2012专家PID控制和模糊PID控制520 2013模型PID控制523 202纯滞后补偿控制526 203内模控制528 204推断控制532 205模型预测控制534 206自适应控制541 207非线性过程控制545 208智能控制551 2081引言551 2082专家控制551 2083模糊控制553 2084神经网络控制555 第21章监督控制558 211实时优化558 2111*优化概念559 2112实时优化的基本要求560 2113*优操作条件分析561 212实时优化控制的实施技术563 2121实时优化控制建模563 2122在计算机控制中实施实时优化控制566 213*优化算法567 2131优化中的约束问题567 2132线性规划568 2133二次规划和非线性规划569 214统计过程控制570 2141统计过程控制的基本原理571 2142过程变量限值检查法571 2143一般过程监控方法572 215统计过程控制技术578 2151过程能力指数578 21526Sigma方法578 2153多元统计技术579 2154过程控制和统计过程控制的关系581 第22章企业综合自动化582 221计算机综合集成控制概述582 2211流程工业生产过程运作特点582 2212计算机综合集成控制583 222信息源与信息集成系统584 2221企业信息和数据来源584 2222信息分类与编码585 2223企业信息系统综合集成技术586 223数据校正技术587 2231概述587 2232数据校正原理587 2233过失误差的侦破原理588 2234过程数据校正技术的工程应用实施588 2235炼油厂的物流数据校正工业应用实例589 224信息(数据)驱动下流程工业的运作590 2241企业运行概述591 2242企业决策功能591 2243期望目标(运行)实施593 2244数据驱动下的企业运行594 225炼油企业综合自动化应用示例595 2251某炼油企业信息化概况595 2252实时数据库系统596 2253实验室信息管理(LIMS)系统600 2254罐区自动化系统601 2255无铅汽油管道自动调和系统602 2256集中控制与先进控制603 2257数据调理与整合604 2258流程模拟软件的应用605 参考文献608 第5篇工业生产过程自动控制应用示例 第23章化工单元过程控制610 231流体输送过程控制610 2311容积式泵的控制610 2312离心泵的控制610 2313离心式压缩机的控制611 2314离心式压缩机的防喘振控制611 2315离心式压缩机的三重冗余容错紧急停车系统612 232传热设备的控制614 2321传热设备的类型614 2322换热器的控制614 2323蒸汽加热器的控制615 2324冷凝冷却器的控制616 2325加热炉的控制616 233精馏过程控制617 2331精馏塔的控制目标617 2332精馏塔的主要干扰因素618 2333精馏塔被控变量的选取618 2334精馏塔基本控制方案618 2335精馏塔的先进控制方案621 234化学反应过程控制624 2341化学反应器的类型和特性624 2342化学反应器的基本控制方案625 2343反应器的新型控制方案626 2344乙烯裂解炉的先进控制方案628 235间歇生产过程控制630 2351间歇生产过程特点630 2352间歇生产过程的控制要求631 2353间歇生产过程的自动控制632 2354间歇生产过程操作和调度优化634 2355间歇生产过程监控635 第24章炼油工业生产过程控制639 241炼油工业概述639 242常减压蒸馏生产过程控制641 2421加热炉的控制641 2422常压塔塔底液位非线性区域控制642 2423支路平衡控制643 2424常减压蒸馏装置的先进控制644 243催化裂化生产过程控制648 2431反应再生系统的控制648 2432主分馏塔的控制649 2433催化裂化先进控制实例651 244催化重整生产过程控制654 2441原料预处理控制654 2442重整反应器控制655 2443重整反应器的先进控制656 245延迟焦化生产过程控制659 2451延迟焦化装置的工艺特点659 2452焦化炉控制660 2453塔顶急冷温度控制660 2454焦炭塔切换扰动前馈控制661 2455延迟焦化装置的先进控制661 246油品调和663 2461油品调和工艺663 2462油品调和控制664 第25章火力发电过程控制668 251锅炉设备的控制668 2511锅炉汽包水位控制668 2512蒸汽过热系统的控制668 2513锅炉燃烧过程的控制669 252汽轮机控制670 253汽轮机转速控制671 2531汽轮机转速控制的概况671 2532汽轮机转速控制673 254机炉协调控制676 2541汽轮机控制系统对锅炉汽压对象动态特性的影响676 2542机炉协调控制系统679 2543机炉协调控制系统的完善以及自动发电控制681 2544机炉协调控制系统AGC控制中值得深思的问题684 255负荷频率控制(load frequency control)685 2551负荷频率控制方法及实施方案686 2552多区域互联电力系统的PI滑模负荷频率控制690 第26章钢铁行业自动控制系统692 261钢铁生产工艺及自动化简述692 262炼铁生产自动控制697 2621原料场自动控制697 2622烧结自动控制700 2623球团自动控制705 2624炼焦自动化708 2625高炉炼铁自动控制713 2626非高炉炼铁自动控制723 263炼钢生产自动控制727 2631铁水预处理自动控制727 2632转炉炼钢自动化730 2633电弧炉炼钢自动控制738 2634炉外精炼自动控制742 2635连续铸钢自动控制745 264轧钢生产自动化749 2641轧钢生产工艺流程及自动控制概述749 2642轧钢过程主要自动控制系统755 第27章轻工造纸生产典型过程控制769 271制浆过程的自动控制770 2711间歇蒸煮过程自动控制系统770 2712连续蒸煮过程自动控制系统771 2713洗涤、筛选、漂白过程控制773 272碱回收过程的自动控制776 2721蒸发控制典型控制系统777 2722燃烧过程控制778 2723绿液苛化和石灰回收过程控制779 273造纸过程的自动控制781 2731打浆控制782 2732配浆控制784 2733流浆箱控制786 2734纸页质量控制788 参考文献793 第6篇仪表控制系统设计基础 第28章设计概论796 281设计条件及资料796 282标准规范796 283工程设计程序及质量保证体系799 284设计质量保证体系800 第29章流程工业过程控制及工程设计802 291单回路反馈控制回路802 292串级控制回路802 293前馈反馈控制回路803 294均匀控制回路803 295比值控制回路804 296分程控制回路804 297选择性控制回路（取代控制）805 298多变量介耦控制回路806 299非线性控制回路806 2910先进控制回路807 第30章仪表控制系统选择808 301控制系统发展动向808 302影响控制系统品质的几个因素809 303仪表控制系统选择810 3031模拟式仪表控制系统810 3032集散型控制系统(DCS)810 3033现场总线控制系统(FCS)815 3034PC控制系统（IPC）817 3035数据采集及监控系统（SCADA）817 3036过程安全控制系统818 3037企业综合自动化解决方案826 第31章测量方法选择828 311测量精度及误差828 312温度测量方法的选择828 3121温度测量方法的比较829 3122温度测量方法选择829 313压力测量方法选择831 314流量测量方法选择834 3141流量测量误差分析834 3142流量测量方法使用特点及比较835 3143流量仪表的设计选型839 315物位测量方法的选择843 3151物位测量技术发展动向843 3152物位测量方法的选择844 316在线组分分析方法的选择850 3161在线分析技术发展动向850 3162在线气体成分分析技术850 3163在线气体成分分析技术应用特点853 3164液体特性在线分析技术854 3165液体特性分析仪表应用特点856 3166在线分析采样系统设计856 3167现场分析器室设计856 3168可燃气体/毒性气体检测报警系统设计857 317控制阀的选择857 第32章仪表控制系统设计及设计文件861 321仪表控制室设计861 322仪表控制系统供电设计862 323仪表供气系统设计863 324仪表控制系统的接地设计863 325电气仪表在危险区域内的安全设计865 326现场仪表防护设计869 327仪表及测量管线安装设计872 328仪表控制系统检验876 329仪表询价、报价及技术评估877 3210仪表、控制系统工程设计文件877 32101仪表、控制系统工程设计文件组成877 32102生产装置自控设计程序878 32103仪表、控制系统工程设计文件内容892 参考文献898