化工仪表及自动化（乐建波）（第五版）

本书针对工艺操作专业人员在实际中的操作问题，精选了有关内容，避免了过多的理论阐述，注重实际应用。书中主要介绍了化工自动化装置及化工自动化的基础知识，包括化工生产过程中的压力、流量、物位、温度、成分的测量及相应的常见仪表的结构、特点和使用，并以工艺操作为出发点，介绍了简单控制系统、复杂控制系统、集散型控制系统在化工生产过程中的应用。书中配有习题，根据内容的要求安排有技能训练。
本书适用于二、三年制化工技工学校和中等职业学校工艺类专业，也可作为化工、炼油、冶金、轻工等行业的培训教材。

化工仪表及自动化课程是化工、石油、医药、冶金等专业的必修课程之一。本书自1999年出版以来，一直受到教学单位和学生的好评。随着社会不断发展及科学技术的不断进步，书中一些内容需要与时俱进，满足新质生产力的需求，因此我们在第四版的基础上进行了修订。本次修订主要针对三个方面：考虑到触摸屏的广泛应用，增加了触摸屏的介绍;增加了PLC控制器的知识及PLC+变频器+触摸屏综合应用实训;强化了数字化的概念，把智能化的概念融进仪表控制系统中。
本书第一章通过对典型化工测量仪表结构和工作原理的分析，介绍过程变量的测量方法，使学生掌握化工测量仪表使用和分析的基本技能，同时增加了触摸屏的应用的内容。第二章介绍常用的工业自动成分分析仪表的原理和使用方法。第三章重点介绍自动控制仪表的基本概念及其控制规律。第四章介绍控制系统中执行器的功能。第五章以简单控制系统为重点，介绍控制系统的相关知识。第六章主要介绍集散型控制系统的体系结构，并介绍了DCS控制系统的搭建，同时介绍了现场总线的基本知识。
本书在讲解经典内容的同时，注重介绍相关技术的最新发展动向，力求做到通俗易懂，避免过多的理论阐述，并围绕着“系统”这个中心来分析阐述，思路清晰，内容精练。每一章里新概念的引入都循序渐进，使学生学起来易于掌握。本书每章配有习题，并根据需要安排有技能训练内容。
本书由陕西省石油化工学校乐建波主编，集美工业学校方清化任副主编，山西工业管理学校王黎明任主审。参加编写的有河南化工技师学院郭坤、中车大同电力机车有限公司赵先亮、陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司双宏宏、河南亦轩智能科技有限公司张洋、广西工业技师学院周奎。在编写和审稿的过程中得到了全国化工类同行许多同志的帮助，在此一并表示衷心的感谢!
由于编写时间仓促，加之水平所限，书中难免有疏漏及不足之处，殷切希望广大读者批评指正。

编者
2024年6月于西安

绪论 1
一、化工自动化的意义 1
二、化工仪表及自动化的发展过程 1
三、化工仪表及化工自动化系统的分类 1
四、本课程的内容及要求 3
习题 3

第一章 化工测量及显示仪表 4
第一节 测量仪表的基础知识 4
一、测量误差 4
二、测量仪表的品质指标 5
三、测量仪表的构成和分类 6
第二节 压力测量 7
一、压力测量的基本知识 7
二、弹性式压力计 9
三、电接点压力表 11
技能训练1：弹簧管压力表的校验 12
第三节 流量测量 14
一、流量测量的基本知识 14
二、差压式流量计 15
三、转子流量计 21
四、其他流量计测量原理简介 23
技能训练2：压力/差压变送器现场调研 29
技能训练3：差压变送器的校验 30
第四节 液位测量 32
一、物位测量的基本知识 32
二、差压式液位计 33
三、其他液位计简介 35
第五节 温度测量 42
一、温度测量的基本知识 42
二、化工生产常用测温仪表 43
三、测温元件 46
四、非接触式测温 52
五、温度变送器 56
六、测温仪表的选用及安装 57
第六节 显示仪表 58
一、概述 58
二、数字式显示仪表(数显表) 58
三、常规数显表 60
四、无纸记录仪表 62
五、触摸屏 64
技能训练4：智能数显表的使用 64
习题 67

第二章 自动成分分析仪表70
第一节 概述70
第二节 热导式气体分析器 71
一、基本知识 71
二、热导式气体分析器的测量原理 72
三、RD-004型热导式H2 分析器 73
第三节 氧化锆分析仪 75
一、氧化锆探头 76
二、温度调节器与显示仪表 77
三、氧化锆分析仪安装注意事项 77
第四节 原子吸收分光光度计 77
一、原子吸收光谱法 77
二、原子吸收分光光度计的结构及原理 78
三、单色器 80
四、检测器 80
第五节 傅里叶变换红外光谱仪 81
一、基本知识 81
二、傅里叶变换红外光谱仪 81
第六节 气相色谱分析仪 83
一、基本知识 83
二、气相色谱仪的组成及工艺流程 84
第七节 工业pH值酸度计 86
一、工业pH计的测量原理 86
二、电极的结构 86
第八节 微量水分析仪 88
一、基本知识 88
二、微量水分析仪组成 89
三、特点与注意事项 89
第九节 有害气体报警器 89
一、有害气体报警器的分类 90
二、有害气体报警器的结构 90
三、常用检测器 91
四、有害气体报警器特点 92
五、有害气体报警器选用原则 93
习题 93

第三章 自动控制仪表 95
第一节 控制器原理及面板功能介绍 95
一、基型控制器的原理 95
二、DTC-3110型刻度控制器的外形结构 96
三、DDZ-Ⅲ型控制器的操作要点 98
技能训练5：DDZ-Ⅲ型基型控制器的使用 98
第二节 控制规律 102
一、双位控制 103
二、比例控制 104
三、积分控制 106
四、微分控制 107
第三节 单元组合仪表的基本知识 109
一、单元组合仪表与自动控制系统 109
二、DDZ-Ⅲ型仪表的特点 110
三、DDZ-Ⅲ型仪表的命名法 112
第四节 数字控制器概述 112
一、数字控制器常见类型 113
二、智能化测控仪表的基本构成 113
第五节 数字调节器 114
第六节 可编程控制器 116
一、PLC的特点 116
二、PLC的应用领域 117
三、PLC的硬件构成 118
四、PLC软件系统及常用编程语言 122
五、PLC的工作过程 122
六、S7-300 PLC简介 122
技能训练6：变频器+PLC+触摸屏设计 123
习题 126

第四章 执行器 128
第一节 气动薄膜调节阀 128
一、气动薄膜调节阀的结构及工作原理 128
二、调节阀的种类 131
第二节 阀门定位器 132
一、配薄膜执行机构的气动阀门定位器 133
二、配薄膜执行机构的电-气阀门定位器 133
第三节 电动执行器 134
第四节 其他执行器简介 135
一、液动执行器 135
二、疏水阀 135
三、保位阀 136
四、限流阀 136
五、止回阀 136
六、呼吸阀 137
七、排泥阀 138
八、圆顶阀 138
九、自力阀 139
技能训练7：带阀门定位器的调节阀现场校验 140
习题 142

第五章 化工自动化基础 144
第一节 化工自动化的基础知识 144
一、人工调节和自动控制 144
二、自动控制系统的组成及分类 145
三、自动控制系统的过渡过程及品质指标 146
四、影响控制系统的过渡过程的主要因素 148
第二节 简单控制系统 154
一、简单控制系统的组成 154
二、简单控制系统的投运 154
三、控制系统中常见问题及处理方法 156
技能训练8：简单控制系统的投运和参数整定 157
第三节 复杂控制系统 158
一、串级控制系统 158
二、均匀控制系统 160
三、比值控制系统 161
四、多冲量控制系统 163
第四节 典型控制系统方案介绍 164
一、流体传送设备的自动控制方案 164
二、传热设备的自动控制方案 165
三、精馏设备的自动控制方案 167
四、反应器的自动控制方案 168
技能训练9：差压变送器校验与串级控制回路联校 169
习题 172

第六章 集散型控制系统 174
第一节 集散型控制系统概述 174
一、集散型控制系统的相关基本概念 174
二、集散型控制系统的特点 176
三、集散型控制系统的发展概况 176
第二节 集散型控制系统的体系结构 177
第三节 集散型控制系统的构成 178
一、DCS系统的总体构成 178
二、人-机接口的构成 179
第四节 集散型控制系统的组态 184
第五节 中控集散型控制系统的组态案例分析 185
一、工艺分析 185
二、DCS硬件组成 186
三、组态 186
第六节 和利时集散型控制系统的组态案例分析 200
一、工艺分析 200
二、硬件组成 201
三、组态 201
第七节 集散型控制系统的投运操作 209
一、DCS控制系统的投运操作步骤 209
二、投运操作记录 210
第八节 现场总线控制系统 212
一、现场总线的概念 212
二、现场总线的实质和优点 212
三、现场总线控制系统的结构 213
四、主流现场总线简介 214
五、PROFIBUS总线应用案例 215
习题 215

参考文献 217