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课程概述课程目标掌握石油化工自动化控制系统基本原理学习内容从基础测量到先进控制技术全面覆盖考核方式
第一章：石油化工自动化概述1定义利用自动化技术实现石化生产过程的控制与优化2发展历程从机械式→电气式→电子式→计算机控制系统3重要性
石油化工自动化的特点复杂性工艺流程多变，控制关系复杂连续性生产过程常年连续不间断运行高风险性
自动化控制系统的基本组成检测单元测量工艺参数，如温度、压力、流量等控制单元处理数据，执行控制算法，生成控制信号执行单元接收控制信号，调节工艺过程
第二章：石油化工过程参数测量温度反映物质热状态的物理量压力单位面积上的作用力流量单位时间通过的介质体积或质量液位容器中液体的高度
温度测量热电偶基于热电效应，测量范围广热电阻基于电阻温度效应，精度高红外测温非接触式，适用于高温或移动物体
压力测量压力变送器测量绝对压力或表压差压变送器测量两点间压力差压力表现场直观显示压力值
流量测量流量计类型测量原理适用介质差压式流量计压力差与流量关系液体、气体涡街流量计卡门涡街频率低粘度流体质量流量计科里奥利力要求高精度场合
液位测量1浮球式液位计利用浮力原理，简单可靠2差压式液位计测量液柱压力确定液位3雷达液位计电磁波反射时间测量，非接触式
第三章：自动控制系统基础控制系统的分类按结构、功能、控制方式等多维度划分开环控制与闭环控制有无反馈是关键区别反馈控制原理测量→比较→控制→执行→反馈循环
PID控制微分控制预测偏差变化趋势积分控制消除静态误差比例控制控制输出与偏差成比例
PID参数整定整定方法试错法、临界比例法、衰减曲线法参数影响分析比例增大响应快但易震荡实际应用案例温度控制、压力控制等实例
第四章：分散控制系统（DCS）1985年中国首套DCS标志自动化控制系统现代化99.99%系统可用率高可靠性设计要求1000+控制点数大型装置常见规模
DCS硬件组成控制器系统核心，执行控制算法I/O模块连接现场设备，信号转换操作员站人机交互界面，过程监控
DCS软件组成系统配置软件硬件组态，网络配置应用程序控制逻辑，连锁保护人机界面软件图形界面，趋势显示，报警管理
DCS网络结构数据网络连接上层管理系统控制网络连接控制器和操作站现场总线连接智能仪表和I/O
第五章：安全仪表系统（SIS）特性SISDCS主要功能安全保护过程控制可靠性要求极高高响应时间极短一般冗余设计必须选配
SIS系统结构传感器子系统检测危险状态，高可靠性要求逻辑解算子系统处理安全逻辑，决策判断执行机构子系统执行安全动作，如紧急停车
SIS的设计原则独立性：与基本控制系统分离多样性：不同设备和技术实现同一功能冗余性：多重备份确保可靠性
SIS在石油化工中的应用紧急停车系统异常情况下安全停车保护火气检测系统检测火灾和可燃气体泄漏高完整性压力保护系统防止设备超压破裂
第六章：先进过程控制（APC）APC与传统PID控制的区别多变量、预测性、优化能力APC优势提高产品质量稳定性降低能耗提高装置产能减少排放
模型预测控制（MPC）PID控制MPC控制MPC控制效果更平稳，波动较小
多变量控制多变量控制的概念处理多输入多输出系统多变量控制策略解耦控制，协调优化应用案例分析蒸馏塔控制，反应器温度控制
神经网络控制神经网络基础模拟人脑结构的算法模型过程控制应用复杂非线性过程建模控制案例分析催化裂化装置产品质量预测控制
第七章：过程优化生产计划优化资源配置，长期规划调度优化短期生产计划，任务分配实时优化操作条件即时调整
实时优化技术静态优化稳态模型，寻找最优操作点动态优化考虑时变因素，优化过程轨迹优化算法线性规划，非线性规划，启发式算法
调度优化不同优化方法效率提升百分比对比
生产计划优化优化方法适用场景优势线性规划资源配置求解速度快整数规划设备选择处理离散决策非线性规划复杂工艺处理非线性关系
第八章：工业以太网和现场总线工业以太网高速通信，TCP/IP协议现场总线数字通信，减少接线通信协议Modbus、Profibus、FoundationFieldbus
工业以太网特点高速率开放性好支持多种拓扑拓扑结构星型环形树形应用场景DCS通信网络MES系统接入远程监控
PROFIBUS总线PROFIBUS-DP高速现场设备通信速率：12Mbps用于离散控制PROFIBUS-PA过程自动化应用本质安全设计两线制供电通信应用案例石化装置现场总线网络减少70%接线量故障诊断能力强
FoundationFieldbusFF-H131.25kbps，用于连接现场仪表FF-HSE100Mbps，高速以太网标准应用优势分布式控制，减少中央控制器负担应用案例炼油厂过程控制网络
HART协议HART原理：数字信号调制在4-20mA模拟信号上HART设备：变送器、控制阀、分析仪器等应用优势：兼容传统
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