過程自動化及儀表（非自動化專業(yè)適用）（第三版）

本書第一版于2003年出版，2007年獲得過上海市優(yōu)秀教材一等獎。2007年修改后出版第二版，是國家“十一五”規(guī)劃教材，2009年獲得上海市優(yōu)秀教學成果獎二等獎、中國石油和化學工業(yè)優(yōu)秀教材獎一等獎。本書不僅是華東理工大學的上海市精品課程“化工自動化及儀表”所用教材，同時還受到不少大專院校的歡迎，被選為相關課程教材。也受到了許多自動化技術(shù)人員的歡迎。

現(xiàn)在距離本書第二版修訂又過去七年多了，過程自動化及儀表與整個的工業(yè)自動化一樣發(fā)生著變化。除了先進控制策略發(fā)展迅速外，自動化儀表也有所更新變化。本書第三版修訂大體上仍保持原來的體系，保持緊密結(jié)合工業(yè)過程實際、理論聯(lián)系實際的特點，在內(nèi)容上主要針對儀表和控制裝置部分的一些內(nèi)容進行了更新。

1自動控制系統(tǒng)概述

1.1自動化及儀表發(fā)展狀況

1.2自動控制系統(tǒng)

1.2.1自動控制系統(tǒng)

122閉環(huán)控制與開環(huán)控制

123自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖

124自動控制系統(tǒng)的分類

13自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標

131靜態(tài)與動態(tài)

132自動控制系統(tǒng)的過渡過程

133自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標

思考題與習題1

2過程特性

21過程特性的類型

22過程的數(shù)學描述

23過程特性的一般分析

231放大系數(shù)K

232時間常數(shù)T

233純滯后τ

24過程特性參數(shù)的實驗測定方法

思考題與習題2

3檢測變送

31概述

311測量誤差

312儀表性能指標

32溫度檢測

321溫度檢測方法

322熱電偶

323熱電阻

324熱電偶、熱電阻的選用

33流量檢測

331流量檢測的主要方法

332速度式流量計

333容積式流量計

334質(zhì)量流量計

335流量儀表的選用

34壓力檢測

341壓力單位和壓力檢測方法

342常用壓力檢測儀表

343壓力表的選用

35物位檢測

351物位檢測方法

352常用物位檢測儀表

353物位檢測儀表的選用

36成分和物性參數(shù)檢測

361成分和物性參數(shù)檢測方法

362成分、物性檢測的靜態(tài)特性

363成分、物性檢測的動態(tài)特性

37其他變量檢測

371位移量檢測

372轉(zhuǎn)速檢測

373振動檢測

374厚度檢測

375火焰檢測

376重量檢測

38變送器

381變送器量程遷移和零點遷移

382溫度變送器

383差壓變送器

384智能變送器

39現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展

思考題與習題3

4顯示儀表

41模擬式顯示儀表

411電子電位差計

412電子自動平衡電橋

42數(shù)字式顯示儀表

421數(shù)顯儀表的分類

422數(shù)顯儀表的主要技術(shù)指標

423數(shù)顯儀表的基本組成

43新型顯示儀表

431顯示儀表發(fā)展動態(tài)

432無紙記錄儀

433虛擬顯示儀表

思考題與習題4

5執(zhí)行器

51執(zhí)行機構(gòu)

511氣動執(zhí)行機構(gòu)

512電動執(zhí)行機構(gòu)

52控制閥

521控制閥結(jié)構(gòu)

522控制閥類型

53氣動薄膜控制閥的流量特性

531理想流量特性

532工作流量特性

533動態(tài)特性

54控制閥口徑的確定

541控制閥流量系數(shù)KV的計算

542控制閥口徑的確定

55閥門定位器

551電氣閥門定位器

552閥門定位器作用

56氣動薄膜控制閥的選用

561控制閥結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇

562控制閥流量特性的選擇

563氣動薄膜控制閥的安裝使用

57智能控制閥

思考題與習題5

6控制器

61控制器概述

62控制器的基本控制規(guī)律

621連續(xù)PID控制算法

622離散PID控制算法

63模擬式控制器

631模擬式控制器基本結(jié)構(gòu)

632DDZⅢ型電動單元控制器

64數(shù)字式控制器

641數(shù)字式控制器主要特點

642數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成

643YS1700控制器

65可編程序控制器

651可編程序控制器概述

652可編程序控制器的工作原理

653可編程序控制器的編程

654可編程序控制器系統(tǒng)應用示例

66集散控制系統(tǒng)

661集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況

662集散控制系統(tǒng)特點

663集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件

664TPS系統(tǒng)簡介

665TPS系統(tǒng)應用舉例

67現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

671現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點

672現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展

673基金會現(xiàn)場總線

674現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用

思考題與習題6

7簡單控制系統(tǒng)

71控制系統(tǒng)的組成

72簡單控制系統(tǒng)的設計

721控制系統(tǒng)設計概述

722被控變量的選擇

723操縱變量的選擇

724控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇

725執(zhí)行器(氣動薄膜控制閥)的選擇

73簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

731經(jīng)驗整定法

732臨界比例度法

733衰減曲線法

74控制系統(tǒng)的投運

75簡單控制系統(tǒng)設計案例

思考題與習題7

8復雜控制系統(tǒng)

81串級控制系統(tǒng)

811串級控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)

812串級控制系統(tǒng)的特點

813串級控制系統(tǒng)的設計

814串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定

82比值控制系統(tǒng)

821基本原理和結(jié)構(gòu)

822比值系數(shù)的計算

83均勻控制系統(tǒng)

831均勻控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)

832均勻控制系統(tǒng)的控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定

84前饋控制系統(tǒng)

841基本原理

842前饋控制的主要結(jié)構(gòu)形式

843采用前饋控制系統(tǒng)的條件

85選擇性控制系統(tǒng)

86分程控制系統(tǒng)

861不同工況需要不同的控制手段

862擴大控制閥的可調(diào)范圍

思考題與習題8

9先進控制技術(shù)

91基于模型的預測控制

911預測控制的基本原理

912預測控制的優(yōu)良性質(zhì)

913預測控制的應用

92推斷控制

93軟測量技術(shù)

931機理分析與輔助變量的選擇

932數(shù)據(jù)采集和處理

933軟測量模型的建立

934軟測量模型的在線校正

935軟測量技術(shù)工業(yè)應用

94雙重控制系統(tǒng)

95純滯后補償控制系統(tǒng)

951史密斯預估補償控制

952史密斯預估補償控制實施中若干問題

96解耦控制系統(tǒng)

961系統(tǒng)的關聯(lián)分析

962減少與解除耦合途徑

97差拍控制系統(tǒng)

971差拍控制系統(tǒng)

972達林控制算法

973VE控制算法

98自適應控制

981簡單自適應控制系統(tǒng)

982模型參考型自適應控制系統(tǒng)

983自校正控制系統(tǒng)

99魯棒控制

910智能控制系統(tǒng)

9101智能控制簡介

9102專家系統(tǒng)

9103模糊邏輯控制

9104神經(jīng)網(wǎng)絡控制

911故障檢測診斷和容錯控制

9111故障檢測和診斷

9112容錯控制

912綜合自動化系統(tǒng)

9121綜合自動化的意義

9122綜合自動化系統(tǒng)的特點

9123工業(yè)生產(chǎn)過程計算機集成控制系統(tǒng)的構(gòu)成

思考題與習題9

10生產(chǎn)過程控制

101流體輸送設備的控制

1011泵的控制

1012壓縮機的控制

1013變頻調(diào)速器的應用

1014防喘振控制系統(tǒng)

102傳熱設備的控制

1021傳熱設備的靜態(tài)數(shù)學模型

1022一般傳熱設備的控制

1023管式加熱爐的控制

103鍋爐設備的控制

1031鍋爐汽包水位的控制

1032鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制

1033蒸汽過熱系統(tǒng)的控制

104工業(yè)窯爐過程的控制

1041電熱式工業(yè)窯爐控制

1042燃燒式工業(yè)窯爐控制

105精餾塔的控制

1051精餾塔的控制要求

1052精餾塔的擾動分析

1053精餾塔被控變量的選擇

1054精餾塔的控制

1055精餾塔的先進控制

106化學反應器的控制

1061化學反應器的控制要求

1062化學反應器的基本控制策略

1063化學反應器的基本控制

107合成氨過程的控制

1071變換爐的控制

1072轉(zhuǎn)化爐水碳比控制

1073合成塔的控制

108石油化工過程的控制

1081常減壓過程的控制

1082催化裂化過程的控制

1083乙烯生產(chǎn)過程的控制

1084聚合過程的控制

109生化過程的控制

1091常用生化過程控制

1092青霉素發(fā)酵過程控制

1093啤酒發(fā)酵過程控制

1010造紙過程的控制

10101紙漿濃度的控制

10102紙料配漿的比值控制

10103磨漿機的控制

10104白水回收控制

1011轉(zhuǎn)爐控制

10111頂吹供氧控制系統(tǒng)

10112底吹供氣控制系統(tǒng)

10113爐口微差壓及煤氣回收控制系統(tǒng)

思考題與習題10

附錄1自控工程設計字母代號

附錄2部分熱電偶、熱電阻分度表

參考文獻 2100433B

本書以自動控制系統(tǒng)為主體，輔以各種自動化儀表和控制裝置，深入淺出地敘述了生產(chǎn)過程有關變量的測量方法及應用特點，自動控制系統(tǒng)的組成和簡單、復雜、先進控制系統(tǒng)，以及在設計、運行中與工藝過程有關知識要點,最后介紹了典型工業(yè)生產(chǎn)過程：流體輸送設備、傳熱設備、鍋爐設備、精餾塔、反應器、窯爐、生化過程、冶金過程、造紙過程等的控制。

本書可作為高等學校非自動化專業(yè)（工藝類專業(yè)）自動化儀表課程教材，亦可供生產(chǎn)過程工藝技術(shù)人員參考。

本書可作為應用型高等工程教育近機械類、非機械類各專業(yè)基礎課教材。

本書介紹了自動控制原理的基本概念和方法，包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容，適合作為信息學科本科學生平臺課程教材和非自動控制專業(yè)理工科學生的教材。全書共分7章，第1章緒論，引入控制系統(tǒng)的基本概念、定義、術(shù)語；第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，介紹連續(xù)系統(tǒng)的時域模型、復域模型、狀態(tài)空間描述；第3章線性系統(tǒng)的時域分析，對系統(tǒng)動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和穩(wěn)定性進行分析的方法作了詳細的討論；第4章線性系統(tǒng)的頻域分析，介紹線性系統(tǒng)的頻率特性和頻域分析方法；第5章線性系統(tǒng)的校正，介紹線性系統(tǒng)校正的原理和方法，著重討論了PID控制器的設計及其在系統(tǒng)校正中的作用。第6章采樣系統(tǒng)分析，介紹了z變換、脈沖傳遞函數(shù)以及離散系統(tǒng)的分析方法；第7章狀態(tài)空間分析設計，討論了線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和基本設計方法，各學?？筛鶕?jù)專業(yè)需要，選擇有關章節(jié)組織教學。

本書的特點是內(nèi)容精煉，重點突出，強調(diào)基本概念、基本原理的掌握與應用，特別適合少學時數(shù)自動控制原理教學的要求。

本書針對工藝操作專業(yè)人員在實際中的操作問題，精選了有關內(nèi)容，避免了過多的理論闡述，注重實際應用。書中主要介紹了化工自動化裝置及化工自動化的基礎知識。具體內(nèi)容包括：化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、物位、溫度、成分的測量及相應的常見儀表的結(jié)構(gòu)、特點和使用，并以工藝操作為出發(fā)點，重點介紹了簡單、復雜、集散型控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過程中的應用。書中配有習題，根據(jù)內(nèi)容的要求安排有技能訓練。

本書適用于二、三年制化工技工學校和中等職業(yè)學校工藝類專業(yè)的學生選作教材，也可作為化工、煉油、冶金、輕工等行業(yè)工藝專業(yè)職工的培訓教材。