化工仪表与自动控制(高娟)

　　本书是适用于高职高专化工工艺专业项目化教学使用的教材，介绍了化工生产过程中四大参数的检测控制、仪表选型、读图识图、系统构成、参数整定、系统投运等化工生产仪表与控制方面的知识与技能，以完成化工生产中的控制参数温度、压力、液位、流量等的检测与控制工作任务为目的。本书结合化工总控工职业标准要求，还介绍了化工仪表和自动控制系统在化工生产中的应用。本教材编有配套电子课件。本书可用于高职高专化工工艺专业教学使用，也可供化工工艺、仪表专业人员参考。

0 认识化工仪表与自动控制
　O.1　认识化工仪表及自动控制
　　O.1.1　化工生产过程及特点
　　0.1.2　化工自动化的概述
　　0.1.3　化工仪表和自动化技术的发展概况
　　0.1.4　化工自动化仪表的分类
　　0.1.5　自动化系统的组成和分类
　0.2　认识本门课程的性质和地位
　　技能训练与思考题
1 工艺参数的测量和信号转换
　1.1　化工工艺参数测量的基础知识
　　1.1.1　测量的基本概念
　　1.1.2　测量误差
　　1.1.3　检测仪表概述
　　1.1.4　检测仪表的基本技术指标
　1.2　认识显示仪表
　　1.2.1　显示仪表的概述
　　1.2.2　模拟式显示仪表
　　1.2.3　数字显示仪表
　　1.2.4　新型显示仪表
　1.3　自动检测过程及变送器
　1.4 检测系统中信号转换
　　1.4.1　检测系统的常见信号类型
　　1.4.2　检测系统中信号的传递形式 –
　　1.4.3　信号制式及信号传输方式
　1.5　安全防爆基本知识
　　1.5.1　防爆仪表和安全防爆系统
　　1.5.2　安全栅
　　技能训练与思考题
2 温度检测
　2.1　概述
　　2.1.1　温度
　　2.1.2　温度测量
　2.2　常用测温仪表
　　2.2.1　膨胀式温度计
　　2.2.2　压力式温度计
　　2.2.3　热电偶温度传感器
　　2.2.4　热电阻温度计
　　2.2.5　辐射式高温计
　2.3　温度测量仪表的使用
　　2.3.1　温度测量仪表的选用
　　2.3.2　温度测量仪表的安装
　　2.3.3　温度测量仪表的故障判断
　2.4　工业应用案例–离子膜烧碱生产一次盐水制备中配水罐温度的检测
　　2.4.1　离子膜烧碱生产工艺流程简介
　　2.4.2　一次盐水配水罐的温度操作指标要求
　　2.4.3　一次盐水配水罐温度检测系统的构成
　2.5　简单控制系统
　　2.5.1　自动控制系统的组成
　　2.5.2　自动控制系统的分类
　　2.5.3　自动控制系统的过渡过程和品质指标
　2.6　识读仪表工程图
　　2.6.1　管道与仪表流程图概述
　　2.6.2　工艺管道及控制流程图
　　2.6.3　技能训练–带控制点的工艺流程图识读
　　2.6.4　仪表盘布置图识读
　　技能训练与思考题
3 压力控制
　3.1　概述
　　3.1.1　压力
　　3.1.2　压力检测的方法
　3.2　常用压力检测仪表
　　3.2.1　弹性式压力计
　　3.2.2　电气式压力计
　　3.2.3　智能型压力变送器
　　3.2.4　活塞式压力计
　3.3　压力表的选用、安装及故障判断
　　3.3.1　压力计的选用
　　3.3.2　技能训练–压力表的选择
　　3.3.3　压力表的安装
　　3.3.4　实践应用–压力检测故障判断
　3.4　工业应用案例–脱氯塔的压力控制
　　3.4.1　离子膜烧碱生产中真空脱氯工艺介绍
　　3.4.2　脱氯塔的工艺条件控制要求
　　3.4.3　脱氯塔压力控制方案
　3.5　认识执行器
　　3.5.1　执行器的概念解读
　　3.5.2　气动薄膜控制阀
　　3.5.3　电动执行器
　　3.5.4　电一气转换器及电一气阀门定位器
　　3.5.5　控制阀的选择
　　3.5.6　气动执行器的安装和维护
　　技能训练与思考题
4 液位控制
　4.1　物位检测
　　4.1.1　概述
　　4.1.2　物位检测的方法
　4.2　常用物位检测仪表
　　4.2.1　差压式液位变送器
　　4.2.2　浮力式液位计
　　4.2.3　电容式物位计
　　4.2.4　核辐射式物位检测仪表
　　4.2.5　超声波式物位仪表
　　4.2.6　雷达物位计
　　4.2.7　重锤物位计
　4.3　物位仪表的使用
　　4.3.1　物位仪表的选用
　　4.3.2　实践应用–物位检测故障处理
　4.4　工业应用案例–精制盐水罐液位控制
　　4.4.1　二次盐水精制的工艺流程简介
　　4.4.2　精制盐水的工艺控制要求
　　4.4.3　精制盐水的液位控制系统的构成
　4.5　控制规律
　　4.5.1　概述
　　4.5.2　位式控制
　　4.5.3　比例控制（P）
　　4.5.4　积分控制（I）
　　4.5.5　微分控制（D）
　4.6　自动控制仪表
　　4.6.1　概述
　　4.6.2　模拟式控制仪表
　　4.6.3　数字式控制器
　4.7　可编程序控制器（PLC）
　　4.7.1　可编程序控制器概述
　　4.7.2　可编程控制器的基本工作原理
　　4.7.3　PLC的编程语言
　　技能训练与思考题
5 流量控制
　5.1　概述
　5.2　常用流量检测仪表
　　5.2.1　差压式流量计
　　5.2.2　转子流量计
　　5.2.3　涡轮流量计
　　5.2.4　漩涡流量计
　　5.2.5　靶式流量计
　　5.2.6　电磁流量计
　　5.2.7　椭圆齿轮流量计
　　5.2.8　超声波流量计
　　5.2.9　质量流量计
　5.3　流量检测仪表的选用
　5.4　工业应用案例–电解槽盐水流量的控制
　　5.4.1　电解工序工艺简述
　　5.4.2　流量控制要求
　　5.4.3　进电解槽盐水流量控制系统的构成
　5.5　简单控制系统的设计和投运
　　5.5.1　简单控制系统的设计
　　5.5.2　控制器参数的工程整定
　　5.5.3　控制系统的投运
　　技能训练与思考题
6 复杂控制
　6.1　复杂控制系统
　　6.1.1　串级控制系统
　　6.1.2　均匀控制系统
　　6.1.3　比值控制系统
　　6.1.4　前馈控制系统
　　6.1.5　分程控制系统
　　6.1.6　选择性控制系统
　　6.1.7　多冲量控制系统一
　6.2　工业应用案例–大中型工业锅炉汽包液位的检测与控制系统
　　6.2.1　大中型工业锅炉的工艺过程
　　6.2.2　锅炉汽包水位的检测与控制
　　技能训练题与思考题
7 计算机控制系统
　7.1　计算机控制系统简述
　　7.1.1　计算机控制系统的工作原理
　　7.1.2　计算机控制的主要特点
　　7.1.3　计算机控制系统的组成
　7.2　计算机控制系统的典型应用分类
　7.3　集散控制系统（DCS）
　　7.3.1　集散控制系统的概述
　　7.3.2　集散控制系统的发展
　　7.3.3　集散控制系统的组成
　　7.3.4　典型的DCS体系结构
　　7.3.5　典型产品介绍–浙大中控webField Jx一300XP系统
　7.4　现场总线控制系统（FCS）
　　7.4.1　现场总线概述
　　7.4.2　现场总线控制系统的结构
　　7.4.3　现场总线控制系统的组成
　　7.4.4　典型产品介绍–几种有影响的现场总线技术
　　技能训练与思考题
附录
　附表1 铂铑10-铂热电偶分度表
　附表2 镍铬一镍硅热电偶分度表
　附表3 镍铬一铜镍合金（康铜）热电偶分度表
　附表4 铁一铜镍合金（康铜）热电偶分度表
　附表5 工业用铂热电阻分度表
　附表6 工业用铜热电阻分度表
　附表7 工业用铜热电阻分度表
　参考文献

随着化学工业生产过程中科学技术的迅猛发展,先进的化工仪表及自动控制技术在化工生产运行装置中的应用就显得尤为重要，离开先进的化工工艺运行控制技术的运用，工艺介质与工艺装置中的运行参数如流量、温度、压力、液位、转速等参数系统，就无法实现自动检测、显示、自动控制和联锁保护。通过各种检测仪表、控制仪表及计算机等自动化设备的合理搭配使用，可以对整个化工生产过程进行自动检测、自动控制，提高生产控制的精度，改善生产操作条件，优化环境保护措施，实现现代化学工业生产达到高效、优质、安全、低耗的目的。同时仪表与自动控制技术还广泛地应用在食品、制药、石油炼制、电力等诸多工业生产领域。
本书以完成化工生产岗位上的典型工作任务所需要的化工仪表基本理论、基本操作技能与运行管理方法为出发点与立足点，在完成离子膜烧碱生产、硝酸生产、乙烯生产、苯与甲苯溶液的精馏等典型化工工作任务的生产过程中，学习化工生产岗位上完成生产控制任务所需要的化工仪表方面的知识与技能。在内容选择上，以“必需”和“够用”为基本原则，按照高职学生与化工生产一线岗位上员工对知识与技能掌握的认知规律——由简单到复杂，由易到难，组织整个教材的学习内容，充分体现现代化工生产岗位需要理论与实操相结合的课程设计理念。在课程内容的深度把握上，依据国家中级以上化工总控工职业标准中所要求的理论与技能水平，在课程内容设计上有意涵盖了职业能力与职业素质的培养，使化工技术类专业的学生与企业生产一线的员工在完成本门课程学习后，能掌握化工总控工中级工以上所要求化工仪表与控制核心技能，也为化工专业类的学生与企业员工顺利完成后续课程的学习打下坚实的基础。
本书以化工生产中的实际过程——“离子膜烧碱生产运行过程”中的工艺参数温度、压力、液位、流量等的检测和控制任务的学习为目标，内容包括化工生产过程中四大参数的检测控制、仪表选型、读图识图、系统构成、参数整定、系统投运，完整地介绍了化工仪表和自动控制系统在化工生产中的应用。本书选取了离子膜烧碱生产工艺生产过程的几个典型工作任务作为教学内容组织的载体，按照“教、学、做”一体化教学方式进行了课程设计，确保在校化工类高职学生与企业生产一线员工能通过该课程的系统化的学习，掌握化工生产中常用的仪表名称，能看懂工艺流程图，熟悉典型化工生产工艺过程中仪表与控制的运行规律；学会使用工业检测仪表对工艺参数进行检测，学会利用自动控制仪表对化工生产运行进行控制；掌握工业过程控制仪表的安装、使用、调校、维护等技术，能掌握工业自动控制系统的投运、运行、维护、管理等知识。本书注重培养高职学生的实际动手能力和解决工程实际问题的能力，突出高职教育的特色，培养了学生的就业竞争力和发展潜力，同时能丰富化工生产一线岗位员工从事化工生产岗位操作的理论知识与技能的提升。
本书是一本典型的工学结合、校企合作的特色教材。编写本书的是从事化工仪表与自动控制教学实践的教师和化工生产岗位一线工程技术人员。本书由淄博职业学院的高娟、王世荣主持编写，参加本书编写的有淄博康斯达自动控制技术有限公司的王建珍，山东科技职业学院的杨海庆以及淄博职业学院化学工程系的桑潇等老师。其中“认识化工仪表与自动控制”由王世荣编写，任务1由桑潇编写，任务2、3、4、5、6中工业案例由王世荣、王建珍编写，任务7由杨海庆编写，其他的内容由高娟编写。高娟还进行了全书的审定。
本书在编写过程中，得到同类专业高校老师和企业工程技术人员的大力支持与帮助，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正，并恳请大家对本书提出宝贵意见。 编者 2012年12月