過程控制與自動化儀表（第3版）

序

前言

第1章 緒論1

1.1過程控制概述1

1.1.1過程控制的特點、任務(wù)及要求1

1.1.2過程控制的發(fā)展概況6

1.1.3過程控制系統(tǒng)的組成、分類及性能指標7

1.2自動化儀表概述10

1.2.1自動化儀表的分類與發(fā)展10

1.2.2自動化儀表的信號制與能源供給12

1.2.3安全防爆儀表與安全防爆系統(tǒng)13

思考題與習(xí)題15

第2章 過程參數(shù)的檢測與變送17

2.1參數(shù)檢測與變送概述17

2.1.1檢測儀表17

2.1.2檢測誤差18

2.1.3檢測儀表的基本特性20

2.1.4變送器的構(gòu)成原理23

2.1.5變送器的信號傳輸方式25

2.2溫度的檢測與變送26

2.2.1溫度檢測方法26

2.2.2典型模擬式溫度變送器34

2.2.3智能式溫度變送器40

2.3壓力的檢測與變送42

2.3.1壓力的概念及其檢測42

2.3.2DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差壓變送器44

2.3.3電容式差壓變送器48

2.3.4智能式差壓變送器50

2.4流量的檢測與變送53

2.4.1流量的概念與檢測方法53

2.4.2典型流量檢測儀表54

2.5物位的檢測與變送58

2.5.1物位檢測的主要方法58

2.5.2典型物位檢測儀表59

2.6成分的檢測與變送62

2.6.1概述62

2.6.2紅外式氣體成分的檢測及儀表63

2.6.3氧氣成分的檢測及儀表64

2.6.4多種組分的檢測及儀表70

思考題與習(xí)題71

第3章 過程控制儀表74

3.1過程控制儀表概述74

3.2DDZ-Ⅲ型模擬式調(diào)節(jié)器75

3.2.1比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律75

3.2.2DDZ-Ⅲ型PID基型調(diào)節(jié)器78

3.3數(shù)字式控制器87

3.3.1數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成88

3.3.2數(shù)字式控制器實例89

3.4執(zhí)行器94

3.4.1執(zhí)行器的構(gòu)成原理94

3.4.2氣動執(zhí)行器的應(yīng)用97

3.4.3電/氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器103

3.4.4智能式電動執(zhí)行器105

3.5安全柵107

3.5.1齊納式安全柵107

3.5.2隔離式安全柵108

思考題與習(xí)題110

第4章 被控過程的數(shù)學(xué)模型113

4.1過程建模的基本概念113

4.1.1被控過程的數(shù)學(xué)模型及其作用113

4.1.2被控過程的特性114

4.1.3過程建模方法117

4.2解析法建立過程的數(shù)學(xué)模型119

4.2.1解析法建模的一般步驟119

4.2.2單容過程的解析法建模119

4.2.3多容過程的解析法建模122

4.3試驗法建立過程的數(shù)學(xué)模型125

4.3.1響應(yīng)曲線法126

4.3.2最小二乘法133

思考題與習(xí)題142

第5章 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計146

5.1簡單控制系統(tǒng)設(shè)計概述146

5.1.1控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)及開發(fā)步驟147

5.1.2設(shè)計中需要注意的有關(guān)問題148

5.2控制方案的確定149

5.2.1被控參數(shù)的選取149

5.2.2控制參數(shù)的選擇150

5.2.3被控參數(shù)的測量與變送153

5.2.4調(diào)節(jié)規(guī)律對控制質(zhì)量的影響及其選擇154

5.2.5執(zhí)行器的選擇 160

5.2.6調(diào)節(jié)器正/反作用方式的選擇160

5.3調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定161

5.3.1調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)161

5.3.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定163

5.3.3PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的自整定168

5.4單回路控制系統(tǒng)設(shè)計實例173

5.4.1干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計173

5.4.2儲槽液位過程控制系統(tǒng)的設(shè)計175

思考題與習(xí)題176

第6章 常用高性能過程控制系統(tǒng)180

6.1串級控制系統(tǒng)180

6.1.1串級控制的基本概念180

6.1.2串級控制系統(tǒng)的控制效果181

6.1.3串級控制系統(tǒng)的適用范圍186

6.1.4串級控制系統(tǒng)的設(shè)計188

6.1.5串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定191

6.2前饋控制系統(tǒng)193

6.2.1前饋控制的基本概念193

6.2.2前饋控制的特點及局限性194

6.2.3靜態(tài)補償與動態(tài)補償195

6.2.4前饋-反饋復(fù)合控制195

6.2.5引入前饋控制的原則及應(yīng)用實例196

6.3大滯后過程控制系統(tǒng)198

6.3.1大滯后過程概述198

6.3.2史密斯預(yù)估控制198

6.3.3改進型史密斯預(yù)估控制200

6.3.4內(nèi)模控制202

思考題與習(xí)題205

第7章 實現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制系統(tǒng)208

7.1比值控制系統(tǒng)208

7.1.1比值控制概述208

7.1.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計211

7.1.3比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定215

7.2均勻控制系統(tǒng)215

7.2.1均勻控制的提出及其特點215

7.2.2均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計217

7.3分程控制系統(tǒng)219

7.3.1分程控制概述219

7.3.2分程控制系統(tǒng)的設(shè)計220

7.3.3分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用222

7.4自動選擇性控制系統(tǒng)223

7.4.1自動選擇性控制概述223

7.4.2系統(tǒng)的類型及工作過程224

7.4.3自動選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計225

思考題與習(xí)題227

第8章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)231

8.1序言231

8.2多變量解耦控制系統(tǒng)231

8.2.1耦合過程及其要解決的問題231

8.2.2相對增益與相對增益矩陣232

8.2.3解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計237

8.3適應(yīng)過程參數(shù)變化的控制系統(tǒng)242

8.3.1適應(yīng)靜態(tài)增益變化的控制系統(tǒng)242

8.3.2適應(yīng)純滯后時間變化的控制系統(tǒng)244

8.3.3適應(yīng)時間常數(shù)變化的控制系統(tǒng)246

8.4推理控制系統(tǒng)248

8.4.1推理控制系統(tǒng)的組成248

8.4.2推理-反饋控制系統(tǒng)250

8.4.3輸出可測條件下的推理控制系統(tǒng)252

8.5預(yù)測控制系統(tǒng)255

8.5.1預(yù)測控制的基本思想255

8.5.2預(yù)測模型256

8.5.3典型預(yù)測控制算法259

思考題與習(xí)題267

第9章 基于網(wǎng)絡(luò)的過程計算機控制系統(tǒng)269

9.1集散控制系統(tǒng)269

9.1.1集散控制系統(tǒng)概述269

9.1.2集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)277

9.1.3集散控制系統(tǒng)的控制器280

9.1.4集散控制系統(tǒng)操作員站283

9.1.5集散控制系統(tǒng)工程師站與組態(tài)軟件285

9.1.6集散控制系統(tǒng)的設(shè)計實例296

9.2基于現(xiàn)場總線的過程控制系統(tǒng)299

9.2.1現(xiàn)場總線的基本概念299

9.2.2現(xiàn)場總線的通信模型300

9.2.3基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的設(shè)計306

思考題與習(xí)題309

第10章 典型生產(chǎn)過程控制與工程設(shè)計311

10.1典型生產(chǎn)過程控制311

10.1.1電廠鍋爐的過程控制311

10.1.2精餾塔的過程控制317

10.2過程控制系統(tǒng)的工程設(shè)計322

10.2.1工程設(shè)計的目的和主要內(nèi)容322

10.2.2工程設(shè)計的具體步驟323

10.2.3控制系統(tǒng)的抗干擾和接地設(shè)計326

思考題與習(xí)題330

附錄333

參考文獻3362100433B

本書是依據(jù)普通高等學(xué)校“過程控制與自動化儀表”教學(xué)大綱的要求，在第1版（2000年）和第2版（2007年）的基礎(chǔ)上修訂而成。 本書從當(dāng)前生產(chǎn)過程自動化的實際需要和過程控制的新發(fā)展出發(fā)，在介紹了生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與自動化儀表的基本概念、工作原理及使用要求、簡單控制系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，重點介紹了智能儀表、過程系統(tǒng)建模、特殊工藝及復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計、基于網(wǎng)絡(luò)的計算機控制系統(tǒng)及工程應(yīng)用等問題。 本書取材適當(dāng)、深度與廣度適中，能適應(yīng)不同高校本科電氣信息類專業(yè)的教學(xué)需求；內(nèi)容敘述簡明扼要、通俗易懂、循序漸進、方便自學(xué)；每章開始扼要提出了本章教學(xué)內(nèi)容和應(yīng)達到的基本要求；每章末編寫了基本練習(xí)題、綜合練習(xí)題和設(shè)計題，以適應(yīng)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求，也便于教師因材施教。 本書可作為高等學(xué)校電氣信息類專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)師生和專業(yè)工程技術(shù)人員參考。

本書為“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”，主要討論生產(chǎn)過程自動化中使用的各種測控儀表的工作原理，以及過程控制系統(tǒng)的設(shè)計整定方法。

全書分上、下兩篇。上篇為自動化儀表，介紹工業(yè)上最常用的檢測儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和防爆柵的工作原理及使用特點。重點討論DDZ—Ⅲ型電動單元組合儀表、YS—80及YS—1000系列數(shù)字調(diào)節(jié)器、CENTUM CS3000集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。下篇為過程控制，在介紹對象動態(tài)特性的測試方法、單回路及串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計方法和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的基礎(chǔ)上，介紹了解耦控制、推理控制及預(yù)測控制等先進控制系統(tǒng)的基本原理，最后介紹了幾種典型調(diào)節(jié)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程自動控制中的應(yīng)用實例。

上篇 自動化儀表

自動化儀表概述

0.1 自動化儀表及其發(fā)展概況

0.2 電動單元組合儀表及其控制系統(tǒng)的組成

0.3 儀表的基本技術(shù)指標

復(fù)習(xí)思考題

第1章 檢測儀表

1.1 溫度檢測儀表

1.1.1 測量溫度的主要方法

1.1.2 熱電偶

1.1.3 熱電阻

1.1.4 半導(dǎo)體熱敏電阻

1.1.5 熱電偶溫度變送器的基本結(jié)構(gòu)

1.1.6 DDZ—Ⅲ型熱電偶溫度變送器的實際線路

1.2 壓力檢測儀表2100433B