過(guò)程自動(dòng)化及儀表（非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)適用）（第三版）前言

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

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

本書(shū)以自動(dòng)控制系統(tǒng)為主體，輔以各種自動(dòng)化儀表和控制裝置，深入淺出地?cái)⑹隽松a(chǎn)過(guò)程有關(guān)變量的測(cè)量方法及應(yīng)用特點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單、復(fù)雜、先進(jìn)控制系統(tǒng)，以及在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中與工藝過(guò)程有關(guān)知識(shí)要點(diǎn),最后介紹了典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程：流體輸送設(shè)備、傳熱設(shè)備、鍋爐設(shè)備、精餾塔、反應(yīng)器、窯爐、生化過(guò)程、冶金過(guò)程、造紙過(guò)程等的控制。

本書(shū)可作為高等學(xué)校非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)（工藝類(lèi)專(zhuān)業(yè)）自動(dòng)化儀表課程教材，亦可供生產(chǎn)過(guò)程工藝技術(shù)人員參考。

1自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

1.1自動(dòng)化及儀表發(fā)展?fàn)顩r

1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)

1.2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)

122閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制

123自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖

124自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)

13自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及品質(zhì)指標(biāo)

131靜態(tài)與動(dòng)態(tài)

132自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程

133自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)

思考題與習(xí)題1

2過(guò)程特性

21過(guò)程特性的類(lèi)型

22過(guò)程的數(shù)學(xué)描述

23過(guò)程特性的一般分析

231放大系數(shù)K

232時(shí)間常數(shù)T

233純滯后τ

24過(guò)程特性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法

思考題與習(xí)題2

3檢測(cè)變送

31概述

311測(cè)量誤差

312儀表性能指標(biāo)

32溫度檢測(cè)

321溫度檢測(cè)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(cè)

331流量檢測(cè)的主要方法

332速度式流量計(jì)

333容積式流量計(jì)

334質(zhì)量流量計(jì)

335流量?jī)x表的選用

34壓力檢測(cè)

341壓力單位和壓力檢測(cè)方法

342常用壓力檢測(cè)儀表

343壓力表的選用

35物位檢測(cè)

351物位檢測(cè)方法

352常用物位檢測(cè)儀表

353物位檢測(cè)儀表的選用

36成分和物性參數(shù)檢測(cè)

361成分和物性參數(shù)檢測(cè)方法

362成分、物性檢測(cè)的靜態(tài)特性

363成分、物性檢測(cè)的動(dòng)態(tài)特性

37其他變量檢測(cè)

371位移量檢測(cè)

372轉(zhuǎn)速檢測(cè)

373振動(dòng)檢測(cè)

374厚度檢測(cè)

375火焰檢測(cè)

376重量檢測(cè)

38變送器

381變送器量程遷移和零點(diǎn)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(xí)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(jì)

412電子自動(dòng)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(lèi)

422數(shù)顯儀表的主要技術(shù)指標(biāo)

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(dòng)態(tài)

432無(wú)紙記錄儀

433虛擬顯示儀表

思考題與習(xí)題4

5執(zhí)行器

51執(zhí)行機(jī)構(gòu)

511氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

512電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

52控制閥

521控制閥結(jié)構(gòu)

522控制閥類(lèi)型

53氣動(dòng)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(dòng)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(jì)算

542控制閥口徑的確定

55閥門(mén)定位器

551電氣閥門(mén)定位器

552閥門(mén)定位器作用

56氣動(dòng)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(dòng)薄膜控制閥的安裝使用

57智能控制閥

思考題與習(xí)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(dòng)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(diǎn)

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(yīng)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(diǎn)

663集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件

664TPS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

665TPS系統(tǒng)應(yīng)用舉例

67現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

671現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)

672現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的發(fā)展

673基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

674現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用

思考題與習(xí)題6

7簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

71控制系統(tǒng)的組成

72簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

721控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)薄膜控制閥)的選擇

73簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

731經(jīng)驗(yàn)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(yùn)

75簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

思考題與習(xí)題7

8復(fù)雜控制系統(tǒng)

81串級(jí)控制系統(tǒng)

811串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)

812串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

813串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

814串級(jí)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(jì)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(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍

思考題與習(xí)題8

9先進(jìn)控制技術(shù)

91基于模型的預(yù)測(cè)控制

911預(yù)測(cè)控制的基本原理

912預(yù)測(cè)控制的優(yōu)良性質(zhì)

913預(yù)測(cè)控制的應(yīng)用

92推斷控制

93軟測(cè)量技術(shù)

931機(jī)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(cè)量模型的建立

934軟測(cè)量模型的在線校正

935軟測(cè)量技術(shù)工業(yè)應(yīng)用

94雙重控制系統(tǒng)

95純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)

951史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制

952史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制實(shí)施中若干問(wèn)題

96解耦控制系統(tǒng)

961系統(tǒng)的關(guān)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(dá)林控制算法

973VE控制算法

98自適應(yīng)控制

981簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制系統(tǒng)

982模型參考型自適應(yīng)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(jiǎn)介

9102專(zhuān)家系統(tǒng)

9103模糊邏輯控制

9104神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

911故障檢測(cè)診斷和容錯(cuò)控制

9111故障檢測(cè)和診斷

9112容錯(cuò)控制

912綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

9121綜合自動(dòng)化的意義

9122綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

9123工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)的構(gòu)成

思考題與習(xí)題9

10生產(chǎn)過(guò)程控制

101流體輸送設(shè)備的控制

1011泵的控制

1012壓縮機(jī)的控制

1013變頻調(diào)速器的應(yīng)用

1014防喘振控制系統(tǒng)

102傳熱設(shè)備的控制

1021傳熱設(shè)備的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型

1022一般傳熱設(shè)備的控制

1023管式加熱爐的控制

103鍋爐設(shè)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(guò)熱系統(tǒng)的控制

104工業(yè)窯爐過(guò)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(dòng)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(jìn)控制

106化學(xué)反應(yīng)器的控制

1061化學(xué)反應(yīng)器的控制要求

1062化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略

1063化學(xué)反應(yīng)器的基本控制

107合成氨過(guò)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(guò)程的控制

1081常減壓過(guò)程的控制

1082催化裂化過(guò)程的控制

1083乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制

1084聚合過(guò)程的控制

109生化過(guò)程的控制

1091常用生化過(guò)程控制

1092青霉素發(fā)酵過(guò)程控制

1093啤酒發(fā)酵過(guò)程控制

1010造紙過(guò)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(jī)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(xí)題10

附錄1自控工程設(shè)計(jì)字母代號(hào)

附錄2部分熱電偶、熱電阻分度表

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書(shū)可作為應(yīng)用型高等工程教育近機(jī)械類(lèi)、非機(jī)械類(lèi)各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課教材。

本書(shū)介紹了自動(dòng)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(xué)科本科學(xué)生平臺(tái)課程教材和非自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)理工科學(xué)生的教材。全書(shū)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(yǔ)；第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，介紹連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域模型、復(fù)域模型、狀態(tài)空間描述；第3章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和穩(wěn)定性進(jìn)行分析的方法作了詳細(xì)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(shè)計(jì)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?tīng)顟B(tài)空間分析設(shè)計(jì)，討論了線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和基本設(shè)計(jì)方法，各學(xué)?？筛鶕?jù)專(zhuān)業(yè)需要，選擇有關(guān)章節(jié)組織教學(xué)。

本書(shū)的特點(diǎn)是內(nèi)容精煉，重點(diǎn)突出，強(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理的掌握與應(yīng)用，特別適合少學(xué)時(shí)數(shù)自動(dòng)控制原理教學(xué)的要求。

本書(shū)針對(duì)工藝操作專(zhuān)業(yè)人員在實(shí)際中的操作問(wèn)題，精選了有關(guān)內(nèi)容，避免了過(guò)多的理論闡述，注重實(shí)際應(yīng)用。書(shū)中主要介紹了化工自動(dòng)化裝置及化工自動(dòng)化的基礎(chǔ)知識(shí)。具體內(nèi)容包括：化工生產(chǎn)過(guò)程中的壓力、流量、物位、溫度、成分的測(cè)量及相應(yīng)的常見(jiàn)儀表的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和使用，并以工藝操作為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了簡(jiǎn)單、復(fù)雜、集散型控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。書(shū)中配有習(xí)題，根據(jù)內(nèi)容的要求安排有技能訓(xùn)練。

本書(shū)適用于二、三年制化工技工學(xué)校和中等職業(yè)學(xué)校工藝類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生選作教材，也可作為化工、煉油、冶金、輕工等行業(yè)工藝專(zhuān)業(yè)職工的培訓(xùn)教材。