本書全面系統地介紹了應用于石油化工領域的測控儀表系統及過程控制技術的基礎知識。
全書共分為四篇。*篇自動控制基礎知識，共3章，主要介紹了自動控制的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇參數檢測及儀表，共7章，主要介紹了檢測儀表的基礎知識，石油化工生產過程中主要工藝參數溫度、壓力、流量、物位及成分等常用檢測儀表，現代檢測技術。第三篇控制儀表及裝置，共5章，主要介紹了控制儀表及裝置，包括模擬控制器、數字控制器、可編程控制器（PLC）、集散控制系統（DCS）、現場總線及控制系統和執行器。第四篇過程控制系統，共4章，主要介紹了過程控制技術，包括簡單控制和復雜控制系統，新型控制系統和石油加工典型設備的自動控制。
本書從石油化工工程的角度出發，在介紹傳統自動控制與儀表基礎知識的同時，注重與實際應用相結合，同時，對新系統、新裝置、新方法進行了闡述。配套給出了大量例題與習題，教學建議和教學課件，便于教學與自學。在敘述方式上力求深入淺出、圖文并茂。本書注重培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力。
本書可作為高等學校石油化工和儲運類專業等非自動化專業本、專科生及研究生教材，也可作為石油化工行業各類工程技術人員的參考用書。
本書凝聚了多位資深教師數年的教學與科研經驗，力爭滿足石油化工類專業的教學需求。全書從石油工程的角度，培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程設計的能力。(1) 易教易學：不但在敘述方式上力求深入淺出、圖文并茂；而且配套給出了大量例題與習題，以及教學建議和教學課件（PPT），便于教學與自學。(2) 結構完整：全書分4篇（19章）分別介紹了自動控制基礎、參數檢測及儀表、控制儀表及裝置和過程控制技術。(3) 認知規律：從認識和理解的規律出發，將抽象問題形象化，將數學問題工程化，將孤立問題系統化，充分把握學習規律，提高教學效率。(4) 技術前沿：側重只是的覆蓋廣度，吸收了當前應用于石油化工工業的*自動化及儀表的技術成果。
序言
第2版前言自動控制技術已經廣泛應用于國民經濟的各個領域，尤其是工業生產過程中。在石油化工行業，隨著生產過程的連續化、大型化、復雜化，生產工藝、設備、控制與管理已逐漸成為一個有機的整體。一方面，從事石油化工過程控制的技術人員必須深入了解和熟悉生產工藝與設備；另一方面，工藝與設備人員必須具有相應的自動化及儀表方面的知識，這對于管理與開發現代化石油化工生產過程是非常重要的。本書為石油化工行業專業人員學習自動化及儀表的基礎知識而編寫。為了適應當前我國高等教育跨越式發展的需要，依據卓越工程師教育培養計劃，培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的應用型復合人才，本書在介紹傳統的自動控制與儀表基礎知識的同時，注重與實際應用相結合，同時，對新系統、新裝置、新方法進行了闡述。
全書分為四篇共計19章。第一篇共3章，主要介紹了自動控制的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇共7章，主要介紹了檢測儀表的基礎知識，石油化工生產過程中主要工藝參數溫度、壓力、流量、物位及成分等常用檢測儀表，現代檢測技術。第三篇共5章，主要介紹了控制儀表及裝置，包括模擬控制器、數字控制器、可編程控制器（PLC）、集散控制系統（DCS）、現場總線及控制系統和執行器。第四篇共4章，主要介紹了過程控制技術，包括簡單控制和復雜控制系統，新型控制系統和石油加工典型設備的自動控制。本書由2013年出版的第1版教材修改和增加相關內容形成。在第1版的基礎上，根據教學需要和實際應用的要求，增加了更多的實際應用實例。如在第16章簡單控制系統和第17章復雜控制系統中引入了實際應用的例子，使讀者能夠更容易理解相關內容。在第13章集散控制系統的論述中，更加注重DCS控制系統的應用，把理論和實際應用更好地結合起來。在再版過程中，本書維持了原書的整體風格，配套給出了大量例題與習題，教學建議和教學課件，便于教學與自學。在敘述方式上力求深入淺出、圖文并茂。在全面系統地介紹應用于石油化工領域的測控儀表系統及過程控制技術基礎知識的同時，強調從石油化工工程實際應用的角度出發，培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力。再版后，本教材能夠更好地滿足石油化工行業各類非自動化專業本、專科生及研究生學習的需求，同時也能更好地滿足相關領域的工程技術人員的工作需求。
本書第2版由遼寧石油化工大學許秀、肖軍、王莉、張新玉、黃越洋、翟春艷編寫，許秀任主編，肖軍、王莉任副主編。在這里謹向這些老師及對本書提出寶貴意見的廣大師生和讀者表示感謝，并懇切希望大家繼續對本書提出寶貴意見。另外，對清華大學出版社盛東亮編輯為本書付出的辛勤勞動深表謝意。由于時間及作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。
編者2017年1月
第1版前言
自動控制技術已經廣泛應用于國民經濟的各個領域，尤其在工業生產過程中。在石油化工行業，隨著生產過程的連續化、大型化、復雜化，生產工藝、設備、控制與管理已逐漸成為一個系統工程。一方面，從事石油化工過程控制的技術人員必須深入了解和熟悉生產工藝與設備； 另一方面，工藝與設備人員必須具有相應的自動化及儀表方面的知識，這對于管理與開發現代化石油化工生產過程是非常重要的。本書正是為石油化工行業各類專業人員學習自動化及儀表的基礎知識而編寫。為了適應當前我國高等教育跨越式發展的需要，依據卓越工程師教育培養計劃關于培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的應用型復合人才的要求，本書在介紹傳統的自動控制與儀表基礎知識的同時，注重與實際工程應用相結合，同時對新系統、新裝置和新方法進行了梳理與闡述。全書分為4篇共計19章。第一篇共3章，主要介紹了自動控制的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇共7章，主要介紹了檢測儀表的基礎知識，石油化工生產過程中主要工藝參數（溫度、壓力、流量、物位及成分等）的常用檢測儀表。第三篇共5章，主要介紹了控制儀表及裝置，包括模擬控制器、數字控制器、集散控制系統（DCS）、現場總線控制系統和執行器。第四篇共4章，主要介紹了過程控制技術、包括簡單控制和復雜控制系統、新型控制系統和石油加工典型設備的自動控制。本書由遼寧石油化工大學許秀、肖軍、王莉、張新玉、黃越洋、翟春艷編寫，許秀任主編，肖軍、王莉任副主編。其中，許秀編寫了第1、4、5、9、10、15章，肖軍編寫了第11~14章，王莉編寫了第6~8章，張新玉編寫了第17、18章，黃越洋編寫了第16、19章，翟春艷編寫了第2、3章。由于時間及作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。作者聯系方式： xuxiu_2000@163.com編輯聯系方式： shengdl@tup.tsinghua.edu.cn編者2013年5月
目錄
第一篇自動控制基礎知識
第1章緒論
1.1石油化工自動化的意義及主要內容
1.1.1石油化工自動化的意義
1.1.2石油化工自動化的發展概況
1.1.3非自動化專業人員學習自動化知識的意義
1.1.4石油化工自動化的主要內容
1.2自動控制系統的基本組成
1.3自動控制系統的圖形表示
1.3.1自動控制系統方框圖
1.3.2工藝管道及儀表流程圖
1.4自動控制系統的分類
1.4.1按信號的傳遞路徑分類
1.4.2按給定值的性質分類
1.4.3按系統的數學模型分類
1.4.4按系統傳輸信號的性質分類
1.4.5其他分類方法
思考題與習題
第2章自動控制系統的基本要求及性能指標
2.1自動控制系統的基本要求
2.2自動控制系統的靜態與動態
2.3自動控制系統的過渡過程
2.4自動控制系統的性能指標
思考題與習題
第3章被控對象特性與數學模型
3.1石油化工對象的特點及其描述方法
3.2對象數學模型的建立
3.2.1機理分析法建模
3.2.2實驗法建模
3.2.3混合法建模
3.3描述對象特性的參數
3.3.1放大系數K
3.3.2時間常數T
3.3.3滯后時間
思考題與習題
第二篇參數檢測及儀表
第4章檢測儀表基礎知識
4.1測量過程和測量誤差
4.1.1絕對誤差
4.1.2相對誤差
4.1.3基本誤差與附加誤差
4.2檢測儀表基本概念及性能指標
4.2.1測量范圍、上下限及量程
4.2.2零點遷移和量程遷移
4.2.3靈敏度、分辨率及分辨力
4.2.4線性度
4.2.5精度和精度等級
4.2.6死區、滯環和回差
4.2.7反應時間
4.2.8重復性和再現性
4.2.9可靠性
4.2.10穩定性
思考題與習題
第5章溫度檢測及儀表
5.1溫度檢測方法及溫標
5.1.1溫度及溫度檢測方法
5.1.2溫標
5.2常用溫度檢測儀表
5.2.1膨脹式溫度計
5.2.2熱電偶溫度計
5.2.3熱電阻溫度計
5.3溫度檢測儀表的選用及安裝
5.3.1溫度檢測儀表的選用
5.3.2溫度檢測儀表的安裝
思考題與習題
第6章壓力檢測及儀表
6.1壓力及壓力檢測方法
6.1.1壓力的定義及單位
6.1.2壓力的表示方法
6.1.3壓力檢測的主要方法及分類
6.2常用壓力檢測儀表
6.2.1液柱式壓力計
6.2.2活塞式壓力計
6.2.3彈性式壓力計
6.2.4壓力傳感器
6.2.5力平衡式差壓（壓力）變送器
6.3壓力檢測儀表的選擇及校驗
6.3.1壓力檢測儀表的選擇
6.3.2壓力檢測儀表的校驗
6.4壓力檢測系統
6.4.1取壓點位置和取壓口形式
6.4.2引壓管路的鋪設
6.4.3壓力檢測儀表的安裝
思考題與習題
第7章流量檢測及儀表
7.1流量的概念及單位
7.2流量檢測方法及流量計分類
7.3體積流量檢測方法
7.3.1容積式流量計
7.3.2差壓式流量計
7.3.3速度式流量計
7.4質量流量檢測方法
7.4.1間接式質量流量測量方法
7.4.2直接式質量流量計
7.5流量標準裝置
7.5.1液體流量標準裝置
7.5.2氣體流量標準裝置
思考題與習題
第8章物位檢測及儀表
8.1物位的定義及物位檢測儀表的分類
8.1.1物位的定義
8.1.2物位檢測儀表的分類
8.2常用物位檢測儀表
8.2.1靜壓式物位檢測儀表
8.2.2浮力式物位檢測儀表
8.2.3其他物位檢測儀表
8.3影響物位測量的因素
8.3.1液位測量的特點
8.3.2料位測量的特點
8.3.3界位測量的特點
8.4物位檢測儀表的選型
思考題與習題
第9章成分分析儀表
9.1成分分析方法及分類
9.1.1成分分析方法
9.1.2成分分析儀表分類
9.2自動分析儀表的基本組成
9.3工業常用自動分析儀表
9.3.1熱導式氣體分析器
9.3.2紅外線氣體分析器
9.3.3氧化鋯氧分析器
9.3.4氣相色譜分析儀
9.3.5酸度的檢測
9.3.6濕度的檢測
思考題與習題
第10章現代檢測技術
10.1現代傳感器技術的發展
10.2軟測量技術
10.2.1軟測量技術概念
10.2.2軟測量技術分類
10.2.3軟測量技術應用
10.3多傳感器融合技術
10.4虛擬儀器
思考題與習題
第三篇控制儀表及裝置
第11章控制儀表及裝置概述
11.1控制儀表及裝置的發展概況
11.2控制儀表及裝置的分類
11.2.1按能源形式分類
11.2.2按信號類型分類
11.2.3按結構形式分類
11.3控制儀表及裝置的信號制
11.3.1信號標準
11.3.2電動儀表信號標準的使用
11.4DDZⅢ型控制器
11.4.1DDZⅢ型控制器的特點
11.4.2DDZⅢ型控制器的主要技術指標
11.4.3DDZⅢ型控制器的組成與操作
思考題與習題
第12章數字控制器
12.1可編程調節器
12.1.1可編程調節器的特點
12.1.2可編程調節器的基本構成
12.1.3可編程調節器的基本算法
12.1.4可編程調節器與DDZⅢ型控制器性能比較
12.2可編程序控制器
12.2.1可編程控制器的發展過程及趨勢
12.2.2可編程控制器的特點及分類
12.2.3可編程控制器的基本組成
12.2.4可編程控制器的工作原理
12.2.5可編程控制器的編程語言
思考題與習題
第13章集散控制系統
13.1DCS的組成
13.2DCS的特點
13.3DCS的產生及發展歷程
13.4DCS的硬件體系
13.4.1DCS的硬件體系結構
13.4.2DCS的各級（層）功能
13.4.3DCS的通信設備及功能
13.5DCS的軟件體系
13.5.1DCS的軟件體系構成
13.5.2DCS的控制層軟件
13.5.3DCS的監控層軟件
13.5.4DCS的組態軟件
思考題與習題
第14章現場總線控制系統
14.1現場總線控制系統概述
14.1.1現場總線控制系統的基本概念
14.1.2現場總線控制系統的本質特征
14.1.3現場總線控制系統的發展趨勢
14.2現場總線控制系統的體系結構
14.2.1現場設備層
14.2.2中間監控層
14.2.3遠程監控層
14.3現場總線協議
14.4現場總線控制系統的組成
14.4.1現場智能儀表
14.4.2監控計算機
14.4.3網絡通信設備
14.4.4監控系統軟件
14.5現場總線技術的應用
14.5.1幾種有影響的現場總線
14.5.2ControlNet現場總線應用
思考題與習題
第15章執行器
15.1概述
15.1.1執行器的構成及工作原理
15.1.2執行器分類及特點
15.1.3執行器的作用方式
15.2執行機構
15.2.1氣動執行機構
15.2.2電動執行機構
15.3調節機構
15.3.1調節閥的工作原理
15.3.2調節閥的作用方式
15.3.3調節閥的結構及特點
15.3.4調節閥的流量系數
15.3.5調節閥的可調比
15.3.6調節閥的流量特性
15.4執行器的選擇和計算
15.4.1執行器結構形式的選擇
15.4.2調節閥流量特性的選擇
15.4.3調節閥口徑的選擇
15.5氣動執行器的安裝和維護
15.6電氣轉換器及閥門定位器
15.6.1電氣轉換器
15.6.2閥門定位器
15.7數字調節閥與智能調節閥
15.7.1數字調節閥
15.7.2智能調節閥
思考題與習題
第四篇過程控制系統
第16章簡單控制系統
16.1簡單控制系統的構成
16.2簡單控制系統的設計
16.2.1被控變量的選擇
16.2.2操縱變量的選擇
16.2.3測量元件特性的影響
16.2.4控制器控制規律的選擇
16.2.5控制器正反作用的確定
16.3簡單控制系統的投運
16.4控制器參數的工程整定
思考題與習題
第17章復雜控制系統
17.1串級控制系統
17.1.1串級控制系統的基本概念
17.1.2串級控制系統的工作過程
17.1.3串級控制系統的特點
17.1.4串級控制系統的設計
17.1.5串級控制系統控制器參數的工程整定
17.1.6串級控制系統的適用場合
17.2均勻控制系統
17.2.1均勻控制系統的基本概念
17.2.2均勻控制方案
17.3比值控制系統
17.3.1比值控制的基本概念
17.3.2比值控制方案
17.3.3比值控制系統的設計
17.4前饋控制系統
17.4.1前饋控制系統的基本概念
17.4.2前饋控制系統的特點
17.4.3前饋控制系統的主要結構形式
17.4.4前饋控制系統的應用場合
17.5選擇性控制系統
17.5.1選擇性控制系統的基本概念
17.5.2選擇性控制系統的類型
17.5.3積分飽和現象及其防止措施
17.6分程控制系統
17.6.1分程控制系統的基本概念
17.6.2分程控制方案
17.6.3分程控制系統的應用
17.6.4分程控制應用中的幾個問題
思考題與習題
第18章新型控制系統
18.1自適應控制系統
18.1.1變增益自適應控制系統
18.1.2模型參考自適應控制系統
18.1.3自校正控制系統
18.2預測控制系統
18.2.1預測控制系統的基本結構
18.2.2預測控制系統的特點及其應用
18.3智能控制系統與專家控制系統
18.3.1智能控制的基本概念
18.3.2智能控制的主要類型
18.3.3專家控制系統
18.4模糊控制系統
18.4.1模糊控制系統的基本結構
18.4.2模糊控制的方法
18.4.3模糊控制系統的設計
18.5神經元網絡控制
18.5.1人工神經元模型
18.5.2人工神經網絡
18.5.3人工神經網絡在控制中的主要作用
18.5.4神經網絡控制的分類
18.6故障檢測與故障診斷
18.6.1提高控制系統可靠性的主要方法
18.6.2控制系統的主要故障
18.6.3故障檢測和診斷的含義
18.6.4故障檢測和診斷的主要方法
思考題與習題
第19章石油化工典型設備的自動控制
19.1流體輸送設備的控制
19.1.1離心泵的控制
19.1.2往復泵的控制
19.1.3離心式壓縮機的防喘振控制
19.2傳熱設備的控制
19.2.1換熱器的控制
19.2.2加熱爐的控制
19.2.3鍋爐設備的控制
19.3精餾塔的控制
19.3.1精餾塔的控制要求
19.3.2精餾塔的干擾因素分析
19.3.3精餾塔質量指標的選取
19.3.4精餾塔的基本控制方案
19.4化學反應器的控制
19.4.1化學反應器的控制要求
19.4.2釜式反應器的溫度控制
19.4.3固定床反應器的控制
19.4.4流化床反應器的控制
思考題與習題
附錄A鎳鉻鎳硅熱電偶（K型）分度表
附錄B鎳鉻銅鎳熱電偶（E型）分度表
附錄C工業用鉑電阻溫度計（Pt100）分度表
附錄D工業用銅電阻溫度計（Cu100）分度表
參考文獻
新書資訊