过程控制与自动化仪表(第2版)

序

前言

第1章 绪论1

1.1过程控制概述1

1.1.1过程控制的特点、任务及要求1

1.1.2过程控制的发展概况6

1.1.3过程控制系统的组成、分类及性能指标7

1.2自动化仪表概述10

1.2.1自动化仪表的分类与发展10

1.2.2自动化仪表的信号制与能源供给12

1.2.3安全防爆仪表与安全防爆系统13

思考题与习题15

第2章 过程参数的检测与变送17

2.1参数检测与变送概述17

2.1.1检测仪表17

2.1.2检测误差18

2.1.3检测仪表的基本特性20

2.1.4变送器的构成原理23

2.1.5变送器的信号传输方式25

2.2温度的检测与变送26

2.2.1温度检测方法26

2.2.2典型模拟式温度变送器34

2.2.3智能式温度变送器40

2.3压力的检测与变送42

2.3.1压力的概念及其检测42

2.3.2DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器44

2.3.3电容式差压变送器48

2.3.4智能式差压变送器50

2.4流量的检测与变送53

2.4.1流量的概念与检测方法53

2.4.2典型流量检测仪表54

2.5物位的检测与变送58

2.5.1物位检测的主要方法58

2.5.2典型物位检测仪表59

2.6成分的检测与变送62

2.6.1概述62

2.6.2红外式气体成分的检测及仪表63

2.6.3氧气成分的检测及仪表64

2.6.4多种组分的检测及仪表70

思考题与习题71

第3章 过程控制仪表74

3.1过程控制仪表概述74

3.2DDZ-Ⅲ型模拟式调节器75

3.2.1比例积分微分调节规律75

3.2.2DDZ-Ⅲ型PID基型调节器78

3.3数字式控制器87

3.3.1数字式控制器的基本构成88

3.3.2数字式控制器实例89

3.4执行器94

3.4.1执行器的构成原理94

3.4.2气动执行器的应用97

3.4.3电/气转换器与阀门定位器103

3.4.4智能式电动执行器105

3.5安全栅107

3.5.1齐纳式安全栅107

3.5.2隔离式安全栅108

思考题与习题110

第4章 被控过程的数学模型113

4.1过程建模的基本概念113

4.1.1被控过程的数学模型及其作用113

4.1.2被控过程的特性114

4.1.3过程建模方法117

4.2解析法建立过程的数学模型119

4.2.1解析法建模的一般步骤119

4.2.2单容过程的解析法建模119

4.2.3多容过程的解析法建模122

4.3试验法建立过程的数学模型125

4.3.1响应曲线法126

4.3.2最小二乘法133

思考题与习题142

第5章 简单控制系统的设计146

5.1简单控制系统设计概述146

5.1.1控制系统设计任务及开发步骤147

5.1.2设计中需要注意的有关问题148

5.2控制方案的确定149

5.2.1被控参数的选取149

5.2.2控制参数的选择150

5.2.3被控参数的测量与变送153

5.2.4调节规律对控制质量的影响及其选择154

5.2.5执行器的选择 160

5.2.6调节器正/反作用方式的选择160

5.3调节器的参数整定161

5.3.1调节器参数整定的理论基础161

5.3.2调节器参数的整定163

5.3.3PID调节器参数的自整定168

5.4单回路控制系统设计实例173

5.4.1干燥过程的控制系统设计173

5.4.2储槽液位过程控制系统的设计175

思考题与习题176

第6章 常用高性能过程控制系统180

6.1串级控制系统180

6.1.1串级控制的基本概念180

6.1.2串级控制系统的控制效果181

6.1.3串级控制系统的适用范围186

6.1.4串级控制系统的设计188

6.1.5串级控制系统的参数整定191

6.2前馈控制系统193

6.2.1前馈控制的基本概念193

6.2.2前馈控制的特点及局限性194

6.2.3静态补偿与动态补偿195

6.2.4前馈-反馈复合控制195

6.2.5引入前馈控制的原则及应用实例196

6.3大滞后过程控制系统198

6.3.1大滞后过程概述198

6.3.2史密斯预估控制198

6.3.3改进型史密斯预估控制200

6.3.4内模控制202

思考题与习题205

第7章 实现特殊工艺要求的过程控制系统208

7.1比值控制系统208

7.1.1比值控制概述208

7.1.2比值控制系统的设计211

7.1.3比值控制系统的参数整定215

7.2均匀控制系统215

7.2.1均匀控制的提出及其特点215

7.2.2均匀控制系统的设计217

7.3分程控制系统219

7.3.1分程控制概述219

7.3.2分程控制系统的设计220

7.3.3分程控制系统的应用222

7.4自动选择性控制系统223

7.4.1自动选择性控制概述223

7.4.2系统的类型及工作过程224

7.4.3自动选择性控制系统的设计225

思考题与习题227

第8章 复杂过程控制系统231

8.1序言231

8.2多变量解耦控制系统231

8.2.1耦合过程及其要解决的问题231

8.2.2相对增益与相对增益矩阵232

8.2.3解耦控制系统的设计237

8.3适应过程参数变化的控制系统242

8.3.1适应静态增益变化的控制系统242

8.3.2适应纯滞后时间变化的控制系统244

8.3.3适应时间常数变化的控制系统246

8.4推理控制系统248

8.4.1推理控制系统的组成248

8.4.2推理-反馈控制系统250

8.4.3输出可测条件下的推理控制系统252

8.5预测控制系统255

8.5.1预测控制的基本思想255

8.5.2预测模型256

8.5.3典型预测控制算法259

思考题与习题267

第9章 基于网络的过程计算机控制系统269

9.1集散控制系统269

9.1.1集散控制系统概述269

9.1.2集散控制系统的通信网络系统277

9.1.3集散控制系统的控制器280

9.1.4集散控制系统操作员站283

9.1.5集散控制系统工程师站与组态软件285

9.1.6集散控制系统的设计实例296

9.2基于现场总线的过程控制系统299

9.2.1现场总线的基本概念299

9.2.2现场总线的通信模型300

9.2.3基于现场总线的控制系统的设计306

思考题与习题309

第10章 典型生产过程控制与工程设计311

10.1典型生产过程控制311

10.1.1电厂锅炉的过程控制311

10.1.2精馏塔的过程控制317

10.2过程控制系统的工程设计322

10.2.1工程设计的目的和主要内容322

10.2.2工程设计的具体步骤323

10.2.3控制系统的抗干扰和接地设计326

思考题与习题330

附录333

参考文献3362100433B

本书是依据普通高等学校“过程控制与自动化仪表”教学大纲的要求，在第1版（2000年）和第2版（2007年）的基础上修订而成。 本书从当前生产过程自动化的实际需要和过程控制的新发展出发，在介绍了生产过程控制系统与自动化仪表的基本概念、工作原理及使用要求、简单控制系统设计方案的基础上，重点介绍了智能仪表、过程系统建模、特殊工艺及复杂过程控制系统的分析与设计、基于网络的计算机控制系统及工程应用等问题。 本书取材适当、深度与广度适中，能适应不同高校本科电气信息类专业的教学需求；内容叙述简明扼要、通俗易懂、循序渐进、方便自学；每章开始扼要提出了本章教学内容和应达到的基本要求；每章末编写了基本练习题、综合练习题和设计题，以适应学生不同的学习需求，也便于教师因材施教。 本书可作为高等学校电气信息类专业的教材，也可供相关专业师生和专业工程技术人员参考。

《自动化仪表与过程控制》分为自动化仪表与过程控制两篇。其中，自动化仪表篇包括自动化仪表概述、过程检测仪表、调节器、执行器、显示记录仪表、自动化仪表的安全与防爆、现场总线技术；过程控制篇包括过程控制系统概述、被控对象的数学模型、单回路过程控制系统设计、复杂过程控制系统、先进过程控制系统简介。

《自动化仪表与过程控制》可作为普通高等院校自动化专业、电气工程及其自动化专业及相关专业的本科生教材或参考用书，也可供相关工程技术人员参考。