過程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計前言

截至2009年底，為了滿足國內(nèi)行業(yè)對“寬口徑”人才培養(yǎng)的迫切需要，全國已經(jīng)有一百多所院校設(shè)置了“過程裝備與控制工程”專業(yè)，以服務(wù)過程工業(yè)為宗旨，圍繞過程裝備與控制技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)開展教育教學(xué)工作。新的形勢對該專業(yè)教學(xué)教材建設(shè)也提出了更新更高的要求。隨著對本學(xué)科發(fā)展規(guī)律的深入了解，以及教學(xué)改革的不斷深入開展，許多過程裝備與控制工程專業(yè)在基礎(chǔ)課階段給學(xué)生開設(shè)了自動控制原理的課程。但是，如何將理論與應(yīng)用緊密聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，以適應(yīng)控制技術(shù)及應(yīng)用飛速發(fā)展的形勢，需要在掌握基本理論的基礎(chǔ)上，增加學(xué)生對過程裝備控制技術(shù)的軟硬件知識的理解和掌握?；诖耍⒆阌诩訌?qiáng)學(xué)生的能力培養(yǎng)、拓展知識面、了解新技術(shù)發(fā)展趨勢，編者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗和體會編寫了《過程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計》這本教材。2100433B

第1章 基本概念

1.1 過程自動化的主要內(nèi)容

1.2 自動控制系統(tǒng)的組成

1.3 自動控制系統(tǒng)的框圖

1.3.1 框圖的組成和繪制

1.3.2 環(huán)節(jié)的基本連接形式

1.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的框圖

1.4 自動控制系統(tǒng)的分類

1.4.1 按給定值變化規(guī)律分類

1.4.2 按控制作用的形式分類

1.4.3 按系統(tǒng)的特性分類

1.4.4 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類

1.4.5 按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類

1.4.6 按控制系統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目分類

1.4.7 按被控變量數(shù)目分類

1.5 自動控制系統(tǒng)過渡過程及其品質(zhì)指標(biāo)

1.5.1 自動控制系統(tǒng)的過渡過程

1.5.2 過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)

1.5.3 對自動控制系統(tǒng)的性能基本要求

1.6 過程控制系統(tǒng)設(shè)計研究的基本內(nèi)容

1.6.1 過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

1.6.2 被控變量與輸入變量的選擇

1.6.3 控制方案的確定

1.6.4 硬件設(shè)備的選擇

1.6.5 控制器的設(shè)定

1.7 過程控制系統(tǒng)應(yīng)用實例

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

第2章 被控對象動態(tài)特性及實驗測定

2.1 被控對象動態(tài)特性

2.1.1 一階系統(tǒng)動態(tài)特性與基本參數(shù)

2.1.2 二階系統(tǒng)動態(tài)特性與基本參數(shù)

2.1.3 高階系統(tǒng)動態(tài)特性

2.2 被控對象的數(shù)學(xué)描述

2.2.1 微分方程描述

2.2.2 傳遞函數(shù)描述

2.2.3 零極點(diǎn)增益描述

2.2.4 部分分式描述

2.2.5 狀態(tài)方程描述

2.3 數(shù)學(xué)描述的轉(zhuǎn)換

2.4 建立數(shù)學(xué)模型的方法

2.4.1 建立數(shù)學(xué)模型概述

2.4.2 機(jī)理演繹法

2.4.3 系統(tǒng)辨識法

2.4.4 混合建模法

2.5 單容液位對象的動態(tài)特性和數(shù)學(xué)描述

2.5.1 有自衡能力的對象

2.5.2 無自衡能力對象

2.6 多容對象的特性、純滯后與容量滯后

2.6.1 雙容對象的特性

2.6.2 雙容對象的有自衡響應(yīng)

2.6.3 雙容對象的無自衡響應(yīng)

2.6.4 雙容對象的干擾特性

2.6.5 純滯后

2.6.6 容量滯后

2.7 被控對象特性的實驗測定

2.7.1 實驗測定方法概述

2.7.2 實驗測定的時域法

2.7.3 實驗測定的頻域法

2.7.4 實驗測定的最小二乘法

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

第3章 過程控制裝置

3.1 概述

3.2 變送器

3.2.1 變送器概述

3.2.2 常用變送器及其工作原理

3.3 控制器

3.3.1 控制器的控制規(guī)律

3.3.2 控制器的運(yùn)算電路

3.4 執(zhí)行器和防爆柵

3.4.1 執(zhí)行器

3.4.2 防爆柵

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

第4章 單回路控制系統(tǒng)及其控制器參數(shù)整定

4.1 單回路控制系統(tǒng)的組成及分析方法

4.2 被控變量的選擇

4.3 控制變量的選擇

4.3.1 控制變量和干擾

4.3.2 過程靜態(tài)特性的分析

4.3.3 過程動態(tài)特性的分析

4.3.4 選擇控制參數(shù)的一般原則

4.4 控制器控制規(guī)律的選擇原則

4.4.1 控制器控制規(guī)律的選擇

4.4.2 控制器正反作用的選取

4.5 單回路控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的工程整定

4.5.1 臨界比例度法

4.5.2 衰減曲線法

4.5.3 響應(yīng)曲線法

4.5.4 經(jīng)驗試湊法

4.6 控制系統(tǒng)的投運(yùn)及操作中的

常見問題

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

第5章 復(fù)雜控制系統(tǒng)

5.1 前饋控制系統(tǒng)

5.1.1 前饋控制原理

5.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

5.1.3 前饋控制的主要結(jié)構(gòu)形式

5.1.4 前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

5.2 串級控制系統(tǒng)

5.2.1 串級控制的基本原理

5.2.2 串級控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用場合

5.2.3 副回路的確定

5.2.4 控制器正、反作用的選擇

5.2.5 串級控制系統(tǒng)的控制器參數(shù)的工程整定

5.3 比值控制系統(tǒng)

5.3.1 比值控制的基本概念

5.3.2 比值控制系統(tǒng)的類型

5.3.3 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施方案

5.3.4 比值控制系統(tǒng)的整定

5.4 均勻控制系統(tǒng)

5.4.1 均勻控制系統(tǒng)的組成

5.4.2 控制器的控制規(guī)律的選擇

5.4.3 控制器的整定

5.5 選擇性控制系統(tǒng)

5.5.1 選擇性控制系統(tǒng)的原理

5.5.2 選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用

5.5.3 控制器的選擇

5.5.4 積分飽和及其防止措施

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題.

第6章 計算機(jī)控制系統(tǒng)

6.1 概述

6.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理組成及分類

6.2.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

6.2.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成

6.2.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

6.3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)

6.3.1 基本構(gòu)成

6.3.2 DDC中的PID算式

6.3.3 *可編程控制器

6.4 集散控制系統(tǒng)

6.4.1 概述

6.4.2 主要特點(diǎn)

6.4.3 基本構(gòu)成

6.4.4 典型DCS簡介

6.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

6.5.1 概述

6.5.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

6.5.3 幾種典型的現(xiàn)場總線

6.5.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基礎(chǔ)和目標(biāo)

6.5.5 發(fā)展中的現(xiàn)場總線系統(tǒng)

6.5.6 一般的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)

6.6 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

6.6.1 工業(yè)以太網(wǎng)概況

6.6.2 Ethernet應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)

6.6.3 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議

6.6.4 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

6.6.5 工業(yè)以太網(wǎng)在控制領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

6.7 無線現(xiàn)場儀表與網(wǎng)絡(luò)

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

第7章 自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

7.1 石油加工蒸餾裝置的自動控制系統(tǒng)

7.1.1 常壓爐溫度先進(jìn)控制

7.1.2 蒸餾裝置中現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

7.2 熱交換器控制系統(tǒng)

7.2.1 靜態(tài)前饋控制

7.2.2 反饋-前饋控制系統(tǒng)

7.2.3 前饋-串級控制系統(tǒng)

7.3 流體輸送設(shè)備的自動控制

7.3.1 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

7.3.2 壓縮機(jī)輸出壓力控制系統(tǒng)

7.4 化學(xué)反應(yīng)器的自動控制

7.5 其他典型過程工業(yè)應(yīng)用實例

7.5.1 DCS在電廠中的實現(xiàn)

7.5.2 爐溫控制系統(tǒng)的計算機(jī)控制

7.6 軟測量技術(shù)及其應(yīng)用

7.6.1 軟測量技術(shù)的四個組成

7.6.2 軟測量建模方法

7.6.3 軟測量在過程優(yōu)化中的應(yīng)用

7.6.4 軟測量在加氫裂化分餾塔航煤干點(diǎn)測量中的應(yīng)用

7.6.5 軟測量在吸收法捕集二氧化碳過程離子濃度監(jiān)測中的

應(yīng)用

小結(jié)

復(fù)習(xí)思考題

參考文獻(xiàn)

《過程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計》比較系統(tǒng)地介紹了過程控制裝置及其設(shè)計的基本概念及步驟，主要內(nèi)容包括過程自動控制的基小概念，過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟，被控對象的動態(tài)特性的描述和建模以及各種動態(tài)特性的實驗測定，常規(guī)過程控制裝置包括典型變送器、控制器和執(zhí)行器的工作原理，單回路控制系統(tǒng)及其參數(shù)的整定方法，常用的以前饋、串級、比值、均勻、選擇性控制系統(tǒng)為主的復(fù)雜控制系統(tǒng)原理，計算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。同時，介紹了現(xiàn)場總線系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)以及智能無線儀表與網(wǎng)絡(luò)以及軟測量等新知識點(diǎn)，還對自動控制系統(tǒng)的一些典型應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。

《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程及方法探究》從整體的角度和系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，分析了機(jī)械系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)，闡述了機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計過程和設(shè)計方法，主要內(nèi)容包括：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方法、機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計與總體設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計、操縱系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械系統(tǒng)實用設(shè)計技術(shù)、機(jī)械系統(tǒng)綜合設(shè)計實踐等?！稒C(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程及方法探究》結(jié)構(gòu)合理，條理清晰，內(nèi)容豐富新穎，是一本值得學(xué)習(xí)研究的著作。

1、熱工儀表及控制裝置應(yīng)結(jié)合機(jī)組檢修，與主設(shè)備同時進(jìn)行定級。2、熱工儀表及控制裝置必須消除缺陷，并經(jīng)驗收評定后方可按標(biāo)準(zhǔn)升級。3、儀表測量系統(tǒng)各點(diǎn)校驗誤差不應(yīng)大于系統(tǒng)綜合誤差；主蒸汽溫度表、壓力常用點(diǎn)的校驗誤差，應(yīng)小于系統(tǒng)綜合誤差的1/2。.4、熱工自動調(diào)節(jié)設(shè)備的投入累計時間占主設(shè)備運(yùn)行時間的80%以上方可列入統(tǒng)計設(shè)備；熱工自動保護(hù)設(shè)備應(yīng)能隨主設(shè)備同時投入運(yùn)行。5、熱工調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量應(yīng)符合《試生產(chǎn)期及大修后熱工儀表及控制裝置考核指標(biāo)》的要求。