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本書以計(jì)算機(jī)類控制工具（DCS、FCS、PLC）為主，講述過程控制工程設(shè)計(jì)的整體情況。主要內(nèi)容包括：自控工程設(shè)計(jì)任務(wù)與方法步驟、自控方案、信號(hào)報(bào)警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)、自控設(shè)備的選擇、控制室的設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)連接、電纜的敷設(shè)與儀表的安裝、儀表供電、供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、節(jié)流裝置、調(diào)節(jié)閥及差壓式液位計(jì)的計(jì)算、自控設(shè)計(jì)中的安全及防護(hù)措施、自控設(shè)計(jì)中涉及的其他文件、自控工程的施工、試運(yùn)行及驗(yàn)收。

本書以工程設(shè)計(jì)的問題為主線介紹相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，優(yōu)先介紹國際通用設(shè)計(jì)體制工程表達(dá)和設(shè)計(jì)文件的繪制（編制），同時(shí)介紹了老設(shè)計(jì)體制。書中的工程表達(dá)方法以國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主，兼顧一些工程界的習(xí)慣表達(dá)。

本書可作為高等院校過程自動(dòng)化和測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)過程控制工程設(shè)計(jì)教材，也可作為過程自動(dòng)化工程技術(shù)人員的參考用書。

前言

自2013年成為華盛頓協(xié)議預(yù)備會(huì)員開始，我國工科專業(yè)開始向國際工程教育標(biāo)準(zhǔn)靠攏，并于2016年成為華盛頓協(xié)議正式成員，于是，國內(nèi)高校工科專業(yè)的工程教育變得越來越重要�！哆^程控制工程設(shè)計(jì)》一書是自動(dòng)化專業(yè)工程教育比較成熟的教材之一，自成書以來被許多院校采用。由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工程理念的變化，該書有些內(nèi)容需要重新調(diào)整。特別是自動(dòng)化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更新之后，一些基本概念發(fā)生了變化，所以編者對(duì)該書進(jìn)行重新修訂。

作為自動(dòng)化與測(cè)控專業(yè)的學(xué)生，要有系統(tǒng)理論知識(shí)，還要有工程方面的知識(shí)，這是其工程素養(yǎng)的重要組成部分。本書的目的就是使學(xué)生建立起過程控制工程設(shè)計(jì)的概念，對(duì)過程控制工程設(shè)計(jì)有一整體的了解。

由于化工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)更新到2014年標(biāo)準(zhǔn)，所以本書中的相應(yīng)內(nèi)容需要進(jìn)行更新�？紤]到一些小項(xiàng)目還可能采用常規(guī)儀表作為控制裝置來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，所以化工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)仍然保留了《自控專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》（HG 205061992）,也就是說該標(biāo)準(zhǔn)仍然是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

與第二版相比，本次修訂依據(jù)HG/T 205052014，重點(diǎn)更新了自控工程圖例符號(hào)，增加了儀表保溫基本計(jì)算、接地基本原理和基本計(jì)算、工程監(jiān)理部分內(nèi)容，提供一些工程項(xiàng)目進(jìn)行中的調(diào)試記錄模板以供參考。

該書為自動(dòng)化專業(yè)控制工程課程設(shè)計(jì)用教材，全書為40課時(shí)。

全書共14章，孫洪程修訂緒論、第1章、第4～11章、第13章、第14章；李大字修訂第2章、第3章和第12章，其中第5章內(nèi)容由李大字增補(bǔ)。全書由孫洪程統(tǒng)稿。

由于編者水平有限，書中難免出現(xiàn)不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2019年3月

第一版前言

《過程控制工程設(shè)計(jì)》一書是針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)、測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置要求而編寫的。

作為自動(dòng)化與測(cè)控專業(yè)的學(xué)生，除了要有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)之外，還必須掌握一些工程方面的知識(shí)，才可能成為合格的自動(dòng)化工程技術(shù)人員。要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，必須經(jīng)過過程控制工程設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。本書的目的就是使學(xué)生建立起過程控制工程設(shè)計(jì)的概念，對(duì)過程控制工程設(shè)計(jì)有一整體的了解。

由于早期的過程自動(dòng)化主要是由儀表作為控制裝置來實(shí)現(xiàn)的，所以原化學(xué)工業(yè)部推出的早期標(biāo)準(zhǔn)（例如CD 50A21984）是針對(duì)儀表制定的。由于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是這些技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的大量應(yīng)用，使得自動(dòng)化發(fā)生了根本性的變化，原標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適用了，為此，原化學(xué)工業(yè)部在老設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上又推出了新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即《自控專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》（HG 205061992），該標(biāo)準(zhǔn)是目前正在使用的標(biāo)準(zhǔn)。近些年來由于改革開放，對(duì)外合作工程項(xiàng)目越來越多，需要制定出與國際接軌的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為此，中國于1998年推出了國際通用設(shè)計(jì)體制的標(biāo)準(zhǔn)，即化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定（上、下卷）。一般稱國際通用設(shè)計(jì)體制為新設(shè)計(jì)體制，稱以前的標(biāo)準(zhǔn)為老設(shè)計(jì)體制�？紤]到目前設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的狀況，本書中對(duì)于這兩種體制都做了介紹。

本書中以工程設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容為線索，分別介紹了相關(guān)的基本概念、原理、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)原則、工程表達(dá)和設(shè)計(jì)文件的繪制（編制），工程表達(dá)和設(shè)計(jì)文件的繪制（編制）中分別介紹了兩種設(shè)計(jì)體制下的內(nèi)容。

該書為自動(dòng)化專業(yè)控制工程課程設(shè)計(jì)用教材，授課時(shí)數(shù)為40。

全書共14章，翁唯勤編寫了緒論、第一～第四章，孫洪程編寫了第五～第十四章和前言，全書由孫洪程統(tǒng)稿。本書由北京化工大學(xué)化新教材建設(shè)基金提供贊助，在此表示感謝。

由于編者水平有限，書中難免會(huì)出現(xiàn)疏漏，懇切希望使用本書的各方人士提出批評(píng)意見，編者將不勝感激。

編者

2000年8月

第二版前言

《過程控制工程設(shè)計(jì)》一書成書之后，經(jīng)過多次重印，已經(jīng)被多所院校采用。由于技術(shù)的快速發(fā)展，使得該書有些內(nèi)容需要重新整合，內(nèi)容偏老、偏舊的需要?jiǎng)h除，新內(nèi)容需要添加，有些新的觀念、思路需要替換老的內(nèi)容，所以對(duì)該書進(jìn)行修訂。

作為工科學(xué)生，作為自動(dòng)化與測(cè)控專業(yè)的學(xué)生，既要有系統(tǒng)的理論知識(shí)，還要有工程方面的知識(shí)，這是其工程素養(yǎng)的重要組成部分。本書的目的就是使學(xué)生建立起過程控制工程設(shè)計(jì)的概念，對(duì)過程控制工程設(shè)計(jì)有一個(gè)整體的了解。

由于早期的過程自動(dòng)化主要是由儀表作為控制裝置來實(shí)現(xiàn)的，所以原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)儀表制定的。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制工具在自動(dòng)化領(lǐng)域的大量應(yīng)用，使得自動(dòng)化工程發(fā)生了根本性的變化，為此《自控專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》（HG 205061992）中兼顧了傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)兩個(gè)方面，但該標(biāo)準(zhǔn)還是一個(gè)過渡性標(biāo)準(zhǔn)。為此，又推出了與國際接軌的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，此即1998年推出的化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定（上、下卷）國際通用設(shè)計(jì)體制。一般稱國際通用設(shè)計(jì)體制為新設(shè)計(jì)體制，稱以前的標(biāo)準(zhǔn)為老設(shè)計(jì)體制。修訂后，本書以新體制為主，附帶介紹一些老體制。

該書為自動(dòng)化專業(yè)控制工程課程設(shè)計(jì)用教材，全書的課時(shí)數(shù)為40課時(shí)。

全書共14章，孫洪程修訂緒論、第一章、第四章、第六章～第十一章、第十三章、第十四章；李大字修訂第二章、第三章和第十二章，增補(bǔ)第五章內(nèi)容；全書由孫洪程統(tǒng)稿。

本書獲得北京化工大學(xué)精品教材立項(xiàng)和北京市高等教育精品教材立項(xiàng)贊助，在此表示感謝。

由于編者水平有限，書中難免會(huì)出現(xiàn)疏漏，懇切希望使用本書的各方人士提出批評(píng)意見，編者將不勝感激。

編者

2008年10月

緒論1

第1章自控工程設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法步驟5

1.1自控工程設(shè)計(jì)的任務(wù)5

1.1.1工程項(xiàng)目的劃分及參與各方5

1.1.2自控工程設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與任務(wù)6

1.2自控工程設(shè)計(jì)的體制7

1.2.1國際通用設(shè)計(jì)體制（HG/T 20636～20639）7

1.2.2過渡設(shè)計(jì)體制8

1.3自控工程設(shè)計(jì)的階段劃分和設(shè)計(jì)內(nèi)容9

1.3.1國際通用設(shè)計(jì)體制中的階段劃分和設(shè)計(jì)內(nèi)容10

1.3.2老設(shè)計(jì)體制中的階段劃分和設(shè)計(jì)內(nèi)容16

1.4自控工程設(shè)計(jì)的方法和程序17

1.4.1自控工程設(shè)計(jì)的方法17

1.4.2自控工程設(shè)計(jì)的程序18

1.5自控設(shè)計(jì)與其他專業(yè)的協(xié)作關(guān)系23

1.5.1自控專業(yè)與工藝專業(yè)的設(shè)計(jì)條件關(guān)系23

1.5.2自控專業(yè)與系統(tǒng)專業(yè)的設(shè)計(jì)條件關(guān)系24

1.5.3自控專業(yè)與管道專業(yè)的設(shè)計(jì)分工24

1.5.4自控專業(yè)與電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)分工25

1.5.5自控專業(yè)與電信、機(jī)泵及安全（消防）專業(yè)的設(shè)計(jì)分工26

1.6自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)中常用規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)27

第2章自控方案30

2.1自控方案的確定30

2.1.1可靠性與先進(jìn)性的關(guān)系31

2.1.2自控與工藝、設(shè)備的關(guān)系31

2.1.3技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系31

2.2圖例符號(hào)的統(tǒng)一規(guī)定32

2.2.1儀表回路號(hào)與儀表位號(hào)32

2.2.2圖形符號(hào)46

2.3管道儀表流程圖（P&ID）的繪制57

2.3.1P&ID的主要內(nèi)容57

2.3.2P&ID的設(shè)計(jì)過程58

2.3.3P&ID設(shè)計(jì)所需資料58

2.3.4P&ID的圖面布置和制圖要求59

2.3.5P&ID的安全分析61

第3章信號(hào)報(bào)警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)62

3.1信號(hào)報(bào)警、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則62

3.2信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)63

3.2.1信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)的組成63

3.2.2信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)的功能及動(dòng)作67

3.2.3用DCS/PLC實(shí)現(xiàn)的信號(hào)報(bào)警68

3.3安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）的設(shè)計(jì)68

3.3.1安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能和要求69

3.3.2安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的附加功能70

3.4信號(hào)報(bào)警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的工程表達(dá)72

3.4.1信號(hào)報(bào)警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的邏輯表達(dá)72

3.4.2信號(hào)報(bào)警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá)符號(hào)75

第4章順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)79

4.1順序控制概述79

4.1.1順序控制的概念79

4.1.2順序控制系統(tǒng)分類與組成80

4.2順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設(shè)計(jì)81

4.2.1順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá)81

4.2.2順序控制系統(tǒng)邏輯功能的實(shí)現(xiàn)83

第5章計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)84

5.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）84

5.1.1SCADA系統(tǒng)概述84

5.1.2SCADA系統(tǒng)組成85

5.1.3SCADA系統(tǒng)功能85

5.1.4SCADA系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)86

5.2計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)89

5.2.1ERP系統(tǒng)90

5.2.2MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)92

5.2.3MIS系統(tǒng)94

5.2.4信息系統(tǒng)工程實(shí)施設(shè)計(jì)95

第6章自控設(shè)備的選擇99

6.1控制裝置的選擇99

6.1.1控制裝置的類型和特點(diǎn)99

6.1.2控制裝置的選擇101

6.2檢測(cè)儀表（元件）、控制閥的選擇108

6.2.1溫度測(cè)量儀表的選型109

6.2.2壓力測(cè)量儀表的選型112

6.2.3流量測(cè)量儀表的選型114

6.2.4物位測(cè)量儀表的選型121

6.2.5過程分析儀表的選型123

6.2.6控制閥的選型127

6.3儀表數(shù)據(jù)表131

6.4自控設(shè)備表136

第7章控制室的設(shè)計(jì)原則139

7.1概述139

7.2采用DCS系統(tǒng)的控制室設(shè)計(jì)139

7.2.1位置選擇139

7.2.2布局和面積141

7.2.3環(huán)境條件143

7.2.4建筑要求144

7.2.5照明及其他145

7.3常規(guī)儀表控制室的設(shè)計(jì)146

7.3.1控制室設(shè)計(jì)的一般要求146

7.3.2控制室的平面布置147

7.3.3儀表盤的設(shè)計(jì)147

第8章系統(tǒng)連接154

8.1系統(tǒng)的整體連接154

8.1.1采用DCS系統(tǒng)的整體連接154

8.1.2采用常規(guī)儀表系統(tǒng)的整體連接161

8.2電纜的連接170

8.2.1電纜表171

8.2.2外部系統(tǒng)連接圖173

8.2.3接線箱接線圖175

8.3控制室內(nèi)電纜連接的表達(dá)176

第9章電纜的敷設(shè)與儀表的安裝178

9.1電纜的敷設(shè)178

9.1.1電纜敷設(shè)所要解決的問題178

9.1.2電纜敷設(shè)圖181

9.2儀表的安裝191

9.2.1控制室儀表的安裝191

9.2.2現(xiàn)場(chǎng)儀表的安裝192

第10章儀表供電、供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)200

10.1儀表供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)200

10.1.1儀表供電要求200

10.1.2儀表供電配電設(shè)計(jì)203

10.1.3儀表供電系統(tǒng)的工程表達(dá)204

10.1.4工程中自動(dòng)化與電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)分界206

10.1.5電器選擇206

10.2儀表供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)208

10.2.1儀表供氣系統(tǒng)的要求208

10.2.2儀表供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)210

10.2.3儀表供氣系統(tǒng)工程表達(dá)213

第11章節(jié)流裝置、調(diào)節(jié)閥與差壓式液位計(jì)的計(jì)算218

11.1節(jié)流裝置的計(jì)算218

11.1.1節(jié)流裝置計(jì)算的基本公式及取壓方法218

11.1.2計(jì)算中有關(guān)參數(shù)的確定220

11.2調(diào)節(jié)閥流通能力的計(jì)算226

11.2.1調(diào)節(jié)閥C值計(jì)算公式的推導(dǎo)226

11.2.2調(diào)節(jié)閥C值的計(jì)算227

11.2.3流量系數(shù)C的具體計(jì)算公式229

11.3差壓式液位計(jì)的計(jì)算241

第12章自控設(shè)計(jì)中的安全及防護(hù)措施244

12.1儀表防爆設(shè)計(jì)244

12.1.1防爆設(shè)計(jì)的重要性244

12.1.2危險(xiǎn)環(huán)境的分類245

12.1.3防爆電氣設(shè)備的類型及標(biāo)志247

12.1.4防爆電氣設(shè)備的選擇250

12.1.5過程控制系統(tǒng)工程中的安全問題252

12.2儀表及管線的保溫問題254

12.2.1保溫設(shè)計(jì)的目的254

12.2.2保溫對(duì)象254

12.2.3保溫方法255

12.2.4保溫、伴熱計(jì)算256

12.2.5設(shè)計(jì)中需注意的問題258

12.3表的隔離和吹洗設(shè)計(jì)258

12.3.1隔離258

12.3.2吹洗261

12.4儀表接地設(shè)計(jì)262

12.4.1接地原理262

12.4.2接地作用和要求263

12.4.3接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則與方法265

12.4.4接地系統(tǒng)電阻計(jì)算267

第13章自控設(shè)計(jì)中涉及的其他文件269

13.1電氣設(shè)備材料表269

13.2綜合材料表270

13.3測(cè)量管路表271

13.4絕熱伴熱表272

13.5儀表安裝材料表273

第14章自控工程的施工、試運(yùn)行及驗(yàn)收274

14.1自控工程的施工275

14.1.1工程監(jiān)理過程276

14.1.2施工條件276

14.1.3施工工作內(nèi)容及相互關(guān)系277

14.2自控工程的試運(yùn)行和驗(yàn)收278

14.2.1儀表調(diào)試、安裝及機(jī)柜就位278

14.2.2施工階段自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試288

14.2.3試運(yùn)行階段自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試292

14.2.4自控工程的交工驗(yàn)收297

附錄301

附錄1DCS工程設(shè)計(jì)程序301

附錄2DCS技術(shù)規(guī)格書編制大綱303

附錄3PLC技術(shù)規(guī)格書編制大綱313

附錄4SIS、ESD技術(shù)規(guī)格書編制大綱314

參考文獻(xiàn)317

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