化工儀表及自動化（樂建波）（第五版）

本書針對工藝操作專業(yè)人員在實(shí)際中的操作問題，精選了有關(guān)內(nèi)容，避免了過多的理論闡述，注重實(shí)際應(yīng)用。書中主要介紹了化工自動化裝置及化工自動化的基礎(chǔ)知識，包括化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、物位、溫度、成分的測量及相應(yīng)的常見儀表的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和使用，并以工藝操作為出發(fā)點(diǎn)，介紹了簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。書中配有習(xí)題，根據(jù)內(nèi)容的要求安排有技能訓(xùn)練。
本書適用于二、三年制化工技工學(xué)校和中等職業(yè)學(xué)校工藝類專業(yè)，也可作為化工、煉油、冶金、輕工等行業(yè)的培訓(xùn)教材。

化工儀表及自動化課程是化工、石油、醫(yī)藥、冶金等專業(yè)的必修課程之一。本書自1999年出版以來，一直受到教學(xué)單位和學(xué)生的好評。隨著社會不斷發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，書中一些內(nèi)容需要與時俱進(jìn)，滿足新質(zhì)生產(chǎn)力的需求，因此我們在第四版的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂。本次修訂主要針對三個方面：考慮到觸摸屏的廣泛應(yīng)用，增加了觸摸屏的介紹;增加了PLC控制器的知識及PLC+變頻器+觸摸屏綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn);強(qiáng)化了數(shù)字化的概念，把智能化的概念融進(jìn)儀表控制系統(tǒng)中。
本書第一章通過對典型化工測量儀表結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，介紹過程變量的測量方法，使學(xué)生掌握化工測量儀表使用和分析的基本技能，同時增加了觸摸屏的應(yīng)用的內(nèi)容。第二章介紹常用的工業(yè)自動成分分析儀表的原理和使用方法。第三章重點(diǎn)介紹自動控制儀表的基本概念及其控制規(guī)律。第四章介紹控制系統(tǒng)中執(zhí)行器的功能。第五章以簡單控制系統(tǒng)為重點(diǎn)，介紹控制系統(tǒng)的相關(guān)知識。第六章主要介紹集散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并介紹了DCS控制系統(tǒng)的搭建，同時介紹了現(xiàn)場總線的基本知識。
本書在講解經(jīng)典內(nèi)容的同時，注重介紹相關(guān)技術(shù)的最新發(fā)展動向，力求做到通俗易懂，避免過多的理論闡述，并圍繞著“系統(tǒng)”這個中心來分析闡述，思路清晰，內(nèi)容精練。每一章里新概念的引入都循序漸進(jìn)，使學(xué)生學(xué)起來易于掌握。本書每章配有習(xí)題，并根據(jù)需要安排有技能訓(xùn)練內(nèi)容。
本書由陜西省石油化工學(xué)校樂建波主編，集美工業(yè)學(xué)校方清化任副主編，山西工業(yè)管理學(xué)校王黎明任主審。參加編寫的有河南化工技師學(xué)院郭坤、中車大同電力機(jī)車有限公司趙先亮、陜西延長中煤榆林能源化工股份有限公司雙宏宏、河南亦軒智能科技有限公司張洋、廣西工業(yè)技師學(xué)院周奎。在編寫和審稿的過程中得到了全國化工類同行許多同志的幫助，在此一并表示衷心的感謝!
由于編寫時間倉促，加之水平所限，書中難免有疏漏及不足之處，殷切希望廣大讀者批評指正。

編者
2024年6月于西安

緒論 1
一、化工自動化的意義 1
二、化工儀表及自動化的發(fā)展過程 1
三、化工儀表及化工自動化系統(tǒng)的分類 1
四、本課程的內(nèi)容及要求 3
習(xí)題 3

第一章 化工測量及顯示儀表 4
第一節(jié) 測量儀表的基礎(chǔ)知識 4
一、測量誤差 4
二、測量儀表的品質(zhì)指標(biāo) 5
三、測量儀表的構(gòu)成和分類 6
第二節(jié) 壓力測量 7
一、壓力測量的基本知識 7
二、彈性式壓力計 9
三、電接點(diǎn)壓力表 11
技能訓(xùn)練1：彈簧管壓力表的校驗(yàn) 12
第三節(jié) 流量測量 14
一、流量測量的基本知識 14
二、差壓式流量計 15
三、轉(zhuǎn)子流量計 21
四、其他流量計測量原理簡介 23
技能訓(xùn)練2：壓力/差壓變送器現(xiàn)場調(diào)研 29
技能訓(xùn)練3：差壓變送器的校驗(yàn) 30
第四節(jié) 液位測量 32
一、物位測量的基本知識 32
二、差壓式液位計 33
三、其他液位計簡介 35
第五節(jié) 溫度測量 42
一、溫度測量的基本知識 42
二、化工生產(chǎn)常用測溫儀表 43
三、測溫元件 46
四、非接觸式測溫 52
五、溫度變送器 56
六、測溫儀表的選用及安裝 57
第六節(jié) 顯示儀表 58
一、概述 58
二、數(shù)字式顯示儀表(數(shù)顯表) 58
三、常規(guī)數(shù)顯表 60
四、無紙記錄儀表 62
五、觸摸屏 64
技能訓(xùn)練4：智能數(shù)顯表的使用 64
習(xí)題 67

第二章 自動成分分析儀表70
第一節(jié) 概述70
第二節(jié) 熱導(dǎo)式氣體分析器 71
一、基本知識 71
二、熱導(dǎo)式氣體分析器的測量原理 72
三、RD-004型熱導(dǎo)式H2 分析器 73
第三節(jié) 氧化鋯分析儀 75
一、氧化鋯探頭 76
二、溫度調(diào)節(jié)器與顯示儀表 77
三、氧化鋯分析儀安裝注意事項(xiàng) 77
第四節(jié) 原子吸收分光光度計 77
一、原子吸收光譜法 77
二、原子吸收分光光度計的結(jié)構(gòu)及原理 78
三、單色器 80
四、檢測器 80
第五節(jié) 傅里葉變換紅外光譜儀 81
一、基本知識 81
二、傅里葉變換紅外光譜儀 81
第六節(jié) 氣相色譜分析儀 83
一、基本知識 83
二、氣相色譜儀的組成及工藝流程 84
第七節(jié) 工業(yè)pH值酸度計 86
一、工業(yè)pH計的測量原理 86
二、電極的結(jié)構(gòu) 86
第八節(jié) 微量水分析儀 88
一、基本知識 88
二、微量水分析儀組成 89
三、特點(diǎn)與注意事項(xiàng) 89
第九節(jié) 有害氣體報警器 89
一、有害氣體報警器的分類 90
二、有害氣體報警器的結(jié)構(gòu) 90
三、常用檢測器 91
四、有害氣體報警器特點(diǎn) 92
五、有害氣體報警器選用原則 93
習(xí)題 93

第三章 自動控制儀表 95
第一節(jié) 控制器原理及面板功能介紹 95
一、基型控制器的原理 95
二、DTC-3110型刻度控制器的外形結(jié)構(gòu) 96
三、DDZ-Ⅲ型控制器的操作要點(diǎn) 98
技能訓(xùn)練5：DDZ-Ⅲ型基型控制器的使用 98
第二節(jié) 控制規(guī)律 102
一、雙位控制 103
二、比例控制 104
三、積分控制 106
四、微分控制 107
第三節(jié) 單元組合儀表的基本知識 109
一、單元組合儀表與自動控制系統(tǒng) 109
二、DDZ-Ⅲ型儀表的特點(diǎn) 110
三、DDZ-Ⅲ型儀表的命名法 112
第四節(jié) 數(shù)字控制器概述 112
一、數(shù)字控制器常見類型 113
二、智能化測控儀表的基本構(gòu)成 113
第五節(jié) 數(shù)字調(diào)節(jié)器 114
第六節(jié) 可編程控制器 116
一、PLC的特點(diǎn) 116
二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 117
三、PLC的硬件構(gòu)成 118
四、PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言 122
五、PLC的工作過程 122
六、S7-300 PLC簡介 122
技能訓(xùn)練6：變頻器+PLC+觸摸屏設(shè)計 123
習(xí)題 126

第四章 執(zhí)行器 128
第一節(jié) 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥 128
一、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及工作原理 128
二、調(diào)節(jié)閥的種類 131
第二節(jié) 閥門定位器 132
一、配薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣動閥門定位器 133
二、配薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電-氣閥門定位器 133
第三節(jié) 電動執(zhí)行器 134
第四節(jié) 其他執(zhí)行器簡介 135
一、液動執(zhí)行器 135
二、疏水閥 135
三、保位閥 136
四、限流閥 136
五、止回閥 136
六、呼吸閥 137
七、排泥閥 138
八、圓頂閥 138
九、自力閥 139
技能訓(xùn)練7：帶閥門定位器的調(diào)節(jié)閥現(xiàn)場校驗(yàn) 140
習(xí)題 142

第五章 化工自動化基礎(chǔ) 144
第一節(jié) 化工自動化的基礎(chǔ)知識 144
一、人工調(diào)節(jié)和自動控制 144
二、自動控制系統(tǒng)的組成及分類 145
三、自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo) 146
四、影響控制系統(tǒng)的過渡過程的主要因素 148
第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng) 154
一、簡單控制系統(tǒng)的組成 154
二、簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn) 154
三、控制系統(tǒng)中常見問題及處理方法 156
技能訓(xùn)練8：簡單控制系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定 157
第三節(jié) 復(fù)雜控制系統(tǒng) 158
一、串級控制系統(tǒng) 158
二、均勻控制系統(tǒng) 160
三、比值控制系統(tǒng) 161
四、多沖量控制系統(tǒng) 163
第四節(jié) 典型控制系統(tǒng)方案介紹 164
一、流體傳送設(shè)備的自動控制方案 164
二、傳熱設(shè)備的自動控制方案 165
三、精餾設(shè)備的自動控制方案 167
四、反應(yīng)器的自動控制方案 168
技能訓(xùn)練9：差壓變送器校驗(yàn)與串級控制回路聯(lián)校 169
習(xí)題 172

第六章 集散型控制系統(tǒng) 174
第一節(jié) 集散型控制系統(tǒng)概述 174
一、集散型控制系統(tǒng)的相關(guān)基本概念 174
二、集散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 176
三、集散型控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 176
第二節(jié) 集散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 177
第三節(jié) 集散型控制系統(tǒng)的構(gòu)成 178
一、DCS系統(tǒng)的總體構(gòu)成 178
二、人-機(jī)接口的構(gòu)成 179
第四節(jié) 集散型控制系統(tǒng)的組態(tài) 184
第五節(jié) 中控集散型控制系統(tǒng)的組態(tài)案例分析 185
一、工藝分析 185
二、DCS硬件組成 186
三、組態(tài) 186
第六節(jié) 和利時集散型控制系統(tǒng)的組態(tài)案例分析 200
一、工藝分析 200
二、硬件組成 201
三、組態(tài) 201
第七節(jié) 集散型控制系統(tǒng)的投運(yùn)操作 209
一、DCS控制系統(tǒng)的投運(yùn)操作步驟 209
二、投運(yùn)操作記錄 210
第八節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 212
一、現(xiàn)場總線的概念 212
二、現(xiàn)場總線的實(shí)質(zhì)和優(yōu)點(diǎn) 212
三、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 213
四、主流現(xiàn)場總線簡介 214
五、PROFIBUS總線應(yīng)用案例 215
習(xí)題 215

參考文獻(xiàn) 217