第1章自动控制系统基本概念

川东北气矿罗家寨天然气处理厂生产准备仪表与自动化培训教材仪表与自动化西南石油大学西南油气公司川东北气矿二00六年三月1目录第一篇理论基础绪论第1章自动控制系统基本概念1．1仪表及自动化发展状况1．2工业自动化的主要内容1．3自动控制系统的组成1．4工艺管道及控制流程图1．5自动控制系统方块图1．6自动控制系统的分类1．7自动控制系统的过渡过程和品质指标1．8天然气处理与加工自动化第2章被控对象数学模型2．1对象的特点及其描述方法2．2对象数学模型的建立2．3描述对象的特性的参数第3章传感器及检测仪表3．1概述3．1．1．测量与测量误差3．1．2仪表的性能指标3．1．3单元组合仪表命名与性能3．1．4仪表的计量检定3．2压力检测及仪表3．2．1概述3．2．2弹性式压力计3．2．3金属电阻应变式压力计3．2．4压阻式压力计3．2．5电容式差压计3．2．6活塞式压力计3．2．7压力测量仪表的选用3．3流量检测及仪表3．3．1概述3．3．2差压式流量计3．3．3转子流量计3．3．4椭圆齿轮流量计3．3．5电磁流量计3．3．6涡轮流量计3．3．7旋涡流量计23．3．8质量流量计3．3．9超声波流量计3．3．10天然气体积的计量条件3．3．11流量仪表的选用3．4物位检测及仪表3．4．1概述3．4．2差压式液位变送器3．4．3电容式物位计3．4．4核辐射检测3．4．5称重式液罐计量仪3．4．6物位仪表选型原则3．5温度检测及仪表3．5．1温度检测方法3．5．2膨胀式温度计3．5．3金属热电阻温度计3．5．4热电偶温度计3．5．5温度仪表的安装3．5．6温度测量仪表选型原则第4章过程分析仪器4.1概述4.2热导式气体分析仪4.3磁性氧量分析仪4.4氧化锆氧量计4.5红外线气体分析仪4.6气相色谱仪4.7工业质谱仪4.8物性测量仪表4.9过程分析仪器的取样与预处理系统第5章显示仪表5．1动圈式显示仪表5．1．1XCZ—101型动圈式显示仪表5．1．2XCZ—102型动圈式显示仪表5．1．3几点说明5．2自动电子电位差计5．2．1手动电位差计5．2．.2自动电子电位差计的工作原理5．2．3自动电子电位差计的测量桥路5．2．4自动电子电位差计的结构5．3自动电子平衡电桥35．3．1平衡电桥测温原理5．3．2电子自动平衡电桥5．3．3自动电子平衡电桥与自动电子电位差计的比较5．4DDZ-Ⅲ型显示仪表5．4．1DDZ-Ⅲ型电动记录仪5．3．2光柱显示式报警指示计5．5数字式显示仪表5．5．1数字式显示仪表的原理和组成5．5．2模-数转换5．5．3电子计数器5．5．4寄存器5．5．5显示器5．5．6非线性补偿5．5．7标度变换5．5．8数字式显示仪表举例5．6新型显示记录仪表5．6．1概述5．6．2无笔、无纸记录仪的原理和组成5．6．3记录仪的使用第6章自动控制仪表6．1概述6．1．1、基地式控制仪表6．1．2单元组合式仪表中的控制单元6．1．3以微处理器为基元的控制装置6．2基本控制规律及其对系统过渡过程的影响6．2．1双位控制6．2．2比例控制(P)6．2．3积分控制(I)6．2．4微分控制（D）5．3模拟式控制器6．3．1基本构成原理及部件6．3．2气动控制器6．3．3DDZ-Ⅱ电动控制器6．3．4DDZ-Ⅲ型电动控制器6．4数字式控制器6．4．1数字式控制器的主要特点6．4．2数字式控制器的构成原理6．4．3单回路数字控制器6．4．4可编程序控制器4第7章执行器7．1气动执行器7．1．1气动执行器的结构与分类7．1．2控制阀的流量特性7．2电动执行器7．3电-气转换器及电-阀门定位器7．3．1．电-气转换器7．3．2电-气阀门定位器7．3．3智能式阀门定位器7．4控制阀的选择7．4．1．执行器结构形式的选择7．4．2．调节阀流量特性的选择7．4．3控制阀口径的选择7．4．4气动执行器的安装和维护第8章简单控制系统8．1简单控制系统8．2被控变量的选择8．3操纵变量的选择8．3．1操纵变量8．3．2对象特性对选择操纵变量的影响8．3．3操纵变量的选择原则8．4测量元件特性的影响8．4．1测量元件的时间常数8．4．2测量元件的纯滞后8．4．3信号的传送滞后8．5控制器控制规律的选择8．5．1控制器控制规律的确定8．5．2控制器正、反作用的确定8．6控制器参数的工程整定8．6．1临界比例度法8．6．2衰减曲线法8．6．3经验凑试法第9章复杂控制系统9．1串级控制系统9．1．1概述9．1．2串级控制系统的工作过程9．1．3串级控制系统的特点9．1．4串级控制系统中副回路的确定9．1．5主、副控制器控制规律及正、反作用的选择59．1．6控制器参数的工程整定9．2均匀控制系统9．2．1均匀控制的目的9．2．2均匀控制方案9．3比值控制系统9．3．1概述9．3．2比值控制系统的类型9．4前馈控制系统9．4．1前馈控制系统及其特点9．4．2前馈控制的主要形式9．4．3前馈控制的应用场合9．5选择性控制系统9．5．1基本概念9．5．2选择性控制系统的类型9．5．3积分饱和及其防止9．6分程控制系统9．6．1概述9．6．2分程控制的应用场合9．6．3分程控制中的几个问题9．7多冲量控制系统9．7．1概述9．7．2单冲量液位控制系统9．7．3双冲量液位控制系统9．7．4三冲量液位控制系统第10章新型控制系统10．1自适应控制系统10．1．1变增益自适应控制10．1．2模型参考自适应控制系统10．1．3直接优化目标函数的自适应控制系统10．1．4自校正控制系统10．2预测控制10．2．1模型算法控制10．2．2动态矩阵控制10．2．3广义预测控制10．2．4内部模型控制10．3智能控制与专家系统10．3．1智能控制的基本概念10．3．2智能控制的主要类型10．3．3智能控制的主要内容610．3．4专家控制系统10．4模糊控制10．4．1模糊控制系统的基本结构10．4．2模糊控制的种方法10．5神经元网络控制10．5．1神经元模型10．5．2人工神经网络10．5．3神经网络在控制中的主要作用10．5．4神经网络控制的分类10．6故障检测与故障诊断10．6．1提高控制系统可靠性的主要方法10．6．2主要故障10．6．3故障检测和诊断的含量义10．6．4故障检测和诊断的主要方法第11章典型设备控制方案11．1流体输送设备的控制方案11．1．1离心泵的控制方案11．1．2往复泵的控制方案11．1．3压气机的控制方案11．1．4离心式压缩机的防喘振控制11．2传热设备的自动控制11．2．1两侧均无相变化的换热器控制方案11．2．2载热体进行冷凝的加热器自动控制（有相变）11．2．3冷却剂进行汽化的冷却器自动控制11．3化学反应器的自动控制11．3．1工艺要求11．3．2精馏塔的干扰因素11．3．3精馏塔的控制方案11．4化学反应器的自动控制11．4．1．化学反应器的控制要求11．4．2釜式反应器的温度自动控制11．4．3固定床反应器的自动控制11．4．4流化床反应器的自动控制附:仪表与自动化习题第12章可编程序控制器（PLC）12.1可编程序控制器的构成及工作原理12.1.1概述12.1.2PLC的基本构成及工作原理12.1.3PLC的技术规格与分类12.2可编程序控制器的硬件系统712.2.1系统硬件配置12.2.2基本I/O单元12.2.3特殊扩展设备12.2.4机型和产品规格12.3可编程序控制器的程序设计12.3.1编程方式与和软元件12.3.2基本指令系统12.3.3典型的单元程序12.3.4应用指令和步进指令12.4可编程序控制器的应用12.4.1控制系统的设计和PLC的选型12.4.2PLC外围电路设计12.4.3控制程序设计12.4.4应用实例.12.4.5PLC控制系统的安装、调试及维护12.5可编程序控制器网络12.5.1PLC网络慨述12.5.2可编程序控制器的典型网络12.5.3组态软件第13章集散控制系统13.1概述13.1.1集散控制系统概念与发展历史13.1.1集散控制系统的基本组成13.1.2集散控制系统的基本特点13.1.3集散控制系统的基本功能13.2集散控制系统的基本结构13.2.1集散控制系统的功能层次结构13.2.2集散控制系统的结构特征13.2.3集散控制系统的结构分类13.2.4分散过程控制装置的构成13.3集散控制系统的可靠性与安全性技术13.3.1系统可靠性设计技术13.3.2系统安全性设计技术13.3.3环境适应性设计技术13.3.4软件可靠性设计与质量保证13.4集散控制系统的应用13.5集散控制系统的故障诊断13.6集散控制系统的安装、调试与维护13.6.1集散控制系统的安装813.6.2集散控制系统的调试13.6.3集散控制系统的验收13.6.4集散控制系统的管理与维护第14章监控与数据采集系统（SCADA）14.1概述14.2SCADA系统的构成14.2.1控制中心计算机系统14.2.2站控计算机系统14.3SCADA系统的通讯网络14.3.1主计算机网络14.3.2数据传输系统14.4软件14.5SCADA系统的功能14.5.1控制中心计算机14.5.2站控系统14.5.3数据传输系统14.6MOSCADA型SCADA系统14.7矿场集输及处理过程中的SCADA系统14.7.1SCADA系统网络结构14.7.2系统结构机选型14.7.3各级的配置及功能14.7.4生产过程的模拟即优化处理14.7.5生产过程的安全保护14.7.6系统的通讯和接口14.8SCADA系统在长输管道上的应用14.9SCADA系统在气体监测中的应用第15章现场总线技术15.1概述15.2现场总线控制网络技术15.2.1现场总线控制系统15.2.2现场总线控制系统的组成15.2.3现场总线控制系统的体系结构15.2.4现场总线与网络的差异15.3现场总线设备15.4现场总线控制网络的体系结构15.4.1现场总线控制网络的模型15.4.2FCS的拓扑结构15.5通信模型与协议15.5.1基金会现场总线通信模型915.5.2LonWorks通信模型15.5.3Profibus通信模型15.5.4CAN通信模型15.6现场总线控制系统的软件结构15.6.1软件设计的基本原则15.6.2数据采集工作站及现场总线通信服务器15.6.3实时数据库15.6.4控制策略组态15.6.5监控组态系统15.6.6远程应用15.7现场总线控制系统的集成15.7.1控制系统的集成15.7.2现场总线控制网络与信息网络的集成15.7.3现场总线控制系统建立时注意的技术问题15.8现场总线控制系统的功能块及组态15.8.1功能块组态概述15.8.2功能块库15.8.3功能块的内部结构与功能块连接15.8.4功能块的应用进程15.9现场总线控制系统的网络布线与安装15.10现场总线的发展趋势，15.10.1现场总线与计算机通信技术的关系15.10.2国内现场总线的发展趋势15.10.3现场总线应用工程的发展趋势·15.11Profibus总线技术15.11.1Profibus基本特性15.11.2Profibus总线15.11.3Profibus通信协议15.11.4Profibus控制系统的集成技术15.11.5Profibus总线技术应用15.12基金会现场总线技术15.12.1基金会现场总线的核心技术15.12.2通信系统结构及其相互关系15.12.3基金会现场总线的物理层及其网络连接第16章ESD系统16.1概述16.2ESD系统的安全性16.3ESD系统的应用实例分析第17章自控常用标准1017.1常用仪表、控制图形符号17.1.1图形符号17.1.2字母代号17.1.3仪表位号的表示方法17.2HG20505-92标准与ISA、ISO标准比较分析17.3自动化仪表施工及安装规范附录17-1自控专业标准体系即标准代号含义附录17-2自控专业标准明细表附录17-3自控常用英文缩写第二篇实际操作技能第18章电工基础知识18．1电路基础知识18．2三相