化工DCS技術與操作(第三版)（簡體書）

本教材根據行業企業發展需要和完成職業崗位實際工作任務所需要的知識、能力、素質要求，選取教學內容。運用項目教學法的理念，以化工生產過程中常用儀表、常見的控制方案為項目，以生產過程儀表的選用、檢修、控制工藝流程圖繪製、控制方案的投運等為任務，主要介紹了化工產品生產中生產過程操作與控制相關知識、技術。主要內容包括儀表選型、使用與校準，簡單控制系統分析與控制，帶控制點的工藝流程圖分析，產品生產過程仿真操作，監督計算機控制系統、分布式控制系統及其組態，化工總控工考核項目等。本教材配二維碼，掃碼可觀看動畫和視頻，有助於讀者更加深入理解教材內容。本教材可供高職高專院校化工技術類及相關專業使用，也可作為化工企業技術人員的培訓教材。

吳健，一、工作經歷 1.2003年7月至2004年8月，在武漢鍋爐集團閥門有限責任公司技術部工作； 2.2004年8月至2007年8月，在浙江工業大學浙西分校（現為衢州學院）從事教學工作，主要授課課程有：《機床電器與PLC》《化工腐蝕與防護》《化工CAD》； 3.2007年9月至今，在杭州職業技術學院生態健康學院從事教學工作。 二、近5年來承擔的主要課程 1.《化工CAD》，專業平臺課，5學時/周，5屆學生共600人； 2.《化工腐蝕與防護》，專業限選課，2學時/周，2屆學生共90人； 3.《化工DCS技術與操作》，專業核心課，4學時/周，5屆學生共600人； 4.《化工工藝設計基礎》，專業核心課，2學時/周，1屆學生共50人； 5.《化工設備使用與維護》，專業平臺課，3學時/周，5屆學生共600人； 6.《化工安全與標準化》，專業平臺課，2學時/周，2屆學生共220人； 三、獲得的學術研究表彰/獎勵 1.2008年全國化工總控工大賽優秀指導教師。 2.2010年在學校舉辦了青年教師“教學做”課堂教學技能比賽中獲得“校級十佳青年教師”稱號。 3.2016年校級教學成果獎二等獎 4.2016年杭州市優秀黨員 5.2017年度優秀教師 6.2018杭州市教育系統優秀教師 7.2019年獲得全國石油和化工教育優秀教學團隊； 四、近五年來承擔的技術開發或技術服務（培訓）項目及效果 1. 完成了2016-2020級精細化工技術專業500人的化工總控工中級工職業資格考核工作。 2. 近五年獲得指導學生參加化工生產技術大賽省級以上獎項6項。

前言

本教材第一版是浙江省高等學校重點教材，於2012年7月出版。第二版於2016年5月出版，被評為“十二五”職業教育國家規劃教材。教材在國內多所高職高專院校使用，在教學過程中發揮了較好的作用。為滿足新形勢下的教學需求、及時跟進行業企業發展要求，編者對教材進行了第三版修訂。

本次修訂保持了原來教材體系的基本穩定，經過企業實踐和調研，對項目六內容做了調整，把原來的項目六“MCGS組態軟件認識與應用”名稱更改為“監督計算機控制系統、分布式控制系統及其組態”，更改後該項目六仍然分為兩個任務，任務一為“監督計算機控制系統及其應用系統組態”，任務二為“分布式控制系統（DCS）及其應用系統組態”，分別包含了原來項目六中的任務內容和知識內容。其中任務二的內容做了全部更新，與目前的技術現狀相匹配。本次修訂對第二版教材中涉及的標準全面核對更新，使教材更具有先進性、實用性。在每個任務環節中增加了思政教學內容，以便教師在授課時適時融入，從而實現把課程思政工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人的根本育人任務。同時，教材中對一些知識點增加了動畫和視頻內容，掃描二維碼即可觀看，以助於讀者更加深入地理解。

本教材由杭州職業技術學院吳健擔任主編並協調組織修訂工作，項目一、項目二、項目三（任務一、任務二）、項目四（任務一、任務二）由吳健負責修訂，項目五及附錄一～附錄四由河北醫藥職業技術學院陳亞鵬負責修訂，項目三任務三、任務四以及項目四任務三由杭州職業技術學院劉松暉負責修訂，項目四任務四、項目七由杭州職業技術學院丁曉民負責修訂；項目六（任務一）由吳健負責編寫；項目六（任務二）由劉松暉負責編寫。吳健、劉松暉、童國通、丁曉民、陳亞鵬參與課程思政及資源的編寫和整理工作。

本教材在編寫過程中得到杭州格林達電子化學品有限公司尹云艦、杭州電化集團有限公司吳小林、杭州雅露拜爾生物科技有限公司張立發的幫助和指導。在此表示衷心感謝。

由於編者水平有限和時間倉促，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。



編者

2022年5月









第一版前言

“化工DCS技術與操作”是應用化工技術、精細化學品生產技術、石油化工生產技術等專業的一門專業核心課程，擔負著向化工行業提供具有良好設備巡檢和生產監控技能的應用型人才的任務。

本教材的特點是運用項目化教學的思想，根據化工行業企業發展需要和完成職業崗位實際工作任務所需要的知識、能力、素質，選取典型儀表、工藝流程控制與操作等為教學內容，突破傳統教學方法，以學生認知規律安排、整合教學內容，科學設計學習性工作任務，每一單元內容將知識、技能、素質緊密融入載體，采取邊做邊學，學做合一，使學生在鍛煉技能的同時，內化了知識，提升了素質。本教材的編寫便於師生采取工學交替、任務驅動、課堂與實習地點一體化的教學模式開展教學活動。

教材以杭州職業技術學院開設此課程為例，提供了課程設計及教學的相關文件，主要包括教學內容的組織與安排、教學內容的具體表現形式、授課計劃等。能夠為教材使用者的實驗實訓條件建設、項目化教學提供經驗和指導。選用本教材的學校可以與化學工業出版社聯繫（cipedu@163.com），免費索取。

本教材適合高等職業教育化工技術類及相關專業（包括應用化工、精細化工、石油化工、輕化工等）作為教材選用。也可作為本科院校實訓教材或各企事業單位有關人員的培訓教材使用。

本教材由杭州職業技術學院吳健任主編，河北化工醫藥職業技術學院陳亞鵬，杭州職業技術學院劉松暉任副主編。吳健完成項目一、項目三（任務一、任務二）、項目四（任務一、任務二）、項目六的編寫，陳亞鵬完成項目五及附錄一～附錄四的編寫，劉松暉完成項目三任務三及項目四任務三、任務四的編寫，金華職業技術學院蔣偉華完成項目二的編寫，寧夏工商職業技術學院溫艷完成項目七的編寫。在編寫過程中得到杭州職業技術學院童國通、謝建武，杭州格林達化學有限公司的尹云艦，浙江日華化學有限公司陳樟陸，杭州菲絲凱化妝品有限公司肖炎偉，國際香料香精（浙江）有限公司趙文佳的幫助和指導。在此一並表示衷心感謝。

由於編者水平有限和時間倉促，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。



編者

2012年3月









第二版前言

化工DCS技術是現代化工行業所需人才最基本的技術，也是化工總控工及儀表維修工技能大賽中的重要組成部分。本教材第一版是浙江省高等學校重點教材，於2012年7月出版，至今已有3年。這期間，編者根據社會調研、畢業生回訪、用戶反饋分析，同時結合企業技術的更新發展，確定了本教材第二版的修訂方案。本教材根據化工行業專家對化工生產技術專業所涵蓋的工作領域進行工作任務和職業能力分析，同時遵循高等職業院校學生的認知規律，緊密結合化工總控工職業資格證書中相關考核要求，確定本教材的任務模塊和內容。

化工自動化控制系統種類繁多，液位、溫度、流量、壓力是儀表自動化控制最常見的四個參數，掌握自動控制系統需要同時具備軟件與硬件知識，本教材在內容安排上既考慮到學生的認知水平又深入淺出，實現能力的遞進，所以內容基本按照學生的認知規律，由簡單到複雜，由單元到系統，教學項目的選取均結合企業一線生產實際。以具體的設備、儀表安裝使用、化工DCS自動控制為線索組織編寫內容；以具體設備、儀表結構為基本目標，以設備、儀表操作過程組織教學，能很好地與生產實際任務相匹配。使學生通過對本書的學習，盡快熟悉崗位任務。對化工自動控制系統的學習按照生產控制過程由易到難、由淺入深順序，逐步實施，使學生知識、能力、素質得到有序提高。在典型控制工藝流程的編排上，先對整體控制工藝流程圖進行識讀，再討論相關的控制方案、控制質量，最後通過仿真實訓和生產實訓進一步實施操作與控制，使學生能夠掌握化工自動控制相關的概念與知識。這樣以實際生產設備來設計任務與知識、技能的聯繫，增強了學生的直觀體驗，激發了學生的學習興趣。

本教材經全國職業教育教材審定委員會審定，被立項為“十二五”職業教育國家規劃教材。適合高等職業教育化工技術類及相關專業作為教材選用，本科院校可作為實訓教材使用，也可作為各企事業單位有關人員的培訓教材使用。

本教材由杭州職業技術學院吳健任主編，杭州職業技術學院劉松暉、河北化工醫藥職業技術學院陳亞鵬任副主編。金華職業技術學院蔣偉華完成項目一的編寫，陳亞鵬完成項目四、項目五及附錄一～附錄四的編寫，寧夏工商職業技術學院溫艷完成項目六的編寫，劉松暉完成項目二任務三、項目三任務三、任務四、項目七的編寫。在編寫過程中得到杭州格林達化學有限公司的尹云艦、浙江日華化學有限公司陳樟陸、杭州菲絲凱化妝品有限公司肖炎偉、國際香料香精(浙江)有限公司趙文佳、杭州電化集團有限公司胡萬明、周有平的幫助和指導。在此一並表示衷心感謝。

由於編者水平有限和時間倉促，書中難免有些不妥和疏漏之處，懇請讀者批評指正。



編者

2015年8月

項目一自動控制系統的認識001

一、任務分析001

二、案例引入001

三、任務實施004

四、相關知識005

（一）被控物件005

（二）被控變量005

（三）操縱變量006

（四）DCS系統體系結構006

（五）MACS主要模塊007

思政課堂008

思考練習題008



項目二儀表的選型、使用與校準010

任務一壓力檢測儀表選型、使用

與校準010

一、任務分析 010

二、案例引入010

三、任務實施：彈簧管壓力表的調校011

四、相關知識013

（一）壓力單位及測壓儀表013

（二）彈性式壓力計015

（三）電氣式壓力計017

（四）智能式變送器019

（五）壓力計的選用及安裝020

（六）測量的相關知識023

（七）例題分析026

思政課堂029

思考練習題030

任務二常規壓力變送器的校驗030

一、任務分析031

二、案例引入031

三、任務實施：常規壓力變送器的校驗031

思政課堂033

任務三流量檢測儀表選型、使用034

一、任務分析 034

二、案例引入034

三、任務實施：流量計性能測定035

（一）流量計性能測定035

（二）電磁流量計的校驗039

（三）渦輪流量計的校驗041

四、相關知識042

（一）差壓式流量計042

（二）質量流量計052

（三）電磁流量計057

思政課堂060

思考練習題061

任務四溫度檢測儀表選型、使用與校準061

一、任務分析 061

二、案例引入062

三、任務實施：鉑電阻和熱電偶測溫性能實驗062

四、相關知識065

（一）溫度測量方法065

（二）測溫儀表的分類065

（三）測溫儀表選用的基本原則066

（四）熱電偶溫度計067

（五）熱電阻溫度計082

（六）測溫元件的安裝088

（七）顯示儀表089

思政課堂092

思考練習題092

任務五物位檢測儀表選型、使用與校準094

一、任務分析 095

二、案例引入095

三、任務實施096

（一）1151電容式變送器的工作原理和結構認識096

（二）液位測量096

四、相關知識098

（一）常用物位儀表098

（二）差壓式液位變送器100

（三）其他物位檢測儀表104

思政課堂106

思考練習題106



項目三簡單控制系統的分析、控制107

任務一物件特性測試107

一、任務分析107

二、案例引入107

三、任務實施107

四、相關知識109

思政課堂112

任務二簡單液位自動控制系統分析、控制113

一、任務分析 113

二、案例引入113

三、任務實施：單容水箱液位定值控制實驗113

四、相關知識118

（一）自動控制系統的分類118

（二）自動控制系統的過渡過程及其質量指標119

（三）控制器的認識123

思政課堂133

思考練習題133

任務三簡單溫度自動控制系統分析、控制134

一、任務分析135

二、案例引入135

三、任務實施：鍋爐內膽水溫定值控制實驗135

思政課堂138

思考練習題138

任務四簡單流量自動控制系統分析、控制139

一、任務分析139

二、案例引入140

三、任務實施：單閉環流量定值控制系統實驗140

四、相關知識141

思政課堂145

思考練習題145



項目四帶控制點的工藝流程圖分析147

任務一帶控制點管路拆裝工藝流程分析147

一、任務分析147

二、任務實施147

三、相關知識：管道及儀表流程圖（PID圖）149

（一）帶控制點的工藝流程圖的內容151

（二）工藝流程圖中的圖例與代號151

（三）帶控制點工藝流程圖的繪製步驟154

思政課堂157

思考練習題157

任務二管路拆裝裝置投運作業157

一、任務分析 157

二、任務實施158

（一）管路拆裝裝置圖分析158

（二）管路拆裝投運作業158

（三）管路拆裝裝置操作（實訓）規程159

思考練習題159

任務三流體輸送裝置投運作業159

一、任務分析160

二、任務實施160

（一）流體輸送裝置圖分析160

（二）流體輸送裝置投運作業160

思政課堂163

思考練習題163

任務四精餾單元帶有控制點的工藝流程圖分析164

一、任務分析 164

二、任務實施 164

三、相關知識 167

（一）安全生產技術167

（二）工業衛生和勞動保護168

思政課堂169

思考練習題170



項目五典型DCS技術仿真操作實訓171

任務一換熱器溫度控制仿真實訓171

一、任務分析 171

二、任務實施171

（一）工藝流程說明171

（二）主要設備172

（三）操作規程172

（四）儀表174

（五）事故處理174

（六）仿真界面177

思政課堂177

思考練習題177

任務二液位自動控制仿真實訓177

一、任務分析 177

二、任務實施178

（一）工藝流程說明178

（二）主要設備179

（三）操作規程179

（四）儀表181

（五）事故處理182

（六）仿真界面185

三、相關知識：複雜控制系統分類185

（一）串級控制系統185

（二）其他複雜控制系統188

思政課堂190

思考練習題190

任務三精餾塔仿真實訓190

一、任務分析191

二、任務實施191

（一）工藝流程說明191

（二）精餾單元操作規程192

（三）儀表一覽表194

（四）事故設置一覽194

（五） 仿真界面196

思政課堂196

思考練習題196



項目六監督計算機控制系統、分布式控制系統及其組態199

任務一監督計算機控制系統及其應用系統組態199

一、任務分析199

二、案例導入199

三、任務實施：組態操作步驟200

四、相關知識203

（一）組態與組態軟件203

（二）MCGS組態軟件的結構204

（三）MCGS組態軟件的工作方式204

思政課堂206

任務二分布式控制系統（DCS）及其應用系統組態206

一、任務分析207

二、案例引入207

（一）原料油加熱工藝流程207

（二）項目硬件選型及組態設計208

三、任務實施：原料油加熱爐工藝的JX-300XP 監控組態操作210

四、相關知識：DCS的基本特徵217

思政課堂217



項目七複雜生產工藝流程分析與DCS仿真操作219

任務一帶控制點乙醛氧化制醋酸生產工藝流程圖分析219

一、任務分析219

二、任務實施 219

三、相關知識 222

（一）乙醛氧化制醋酸生產方法及工藝路線222

（二）工藝流程簡述223

任務二氧化工段開停車操作225

一、任務分析 225

二、任務實施225

（一）乙醛氧化制醋酸冷態開車/裝置開工225

（二）正常停車228

（三）事故停車和緊急停車228

任務三醋酸氧化精制工段仿真操作229

一、任務分析 230

二、任務實施230

（一）工藝流程簡述230

（二）工藝參數運行指標235

（三）冷態開車236

（四）正常停車237

（五）緊急停車238

（六）產質量量與操作參數的關係239

（七）精餾崗位操作法239

（八）事故處理241



附錄全國職業院校化工生產技術（化工總控工）技能競賽要求及評分細則242

附錄一管道系統安裝242

附錄二精餾操作技術247

附錄三流體輸送（現場操作）252

附錄四化工DCS仿真操作256



參考文獻257