过程自动化及仪表PDF电子书下载

1.1 自动化及仪表发展状况 1

1 自动控制系统概述 1

1.2 自动控制系统 2

1.2.1 自动控制系统 2

1.2.2 闭环控制与开环控制 3

1.2.3 自动控制系统的组成及方框图 4

1.2.4 自动控制系统的分类 6

1.3 自动控制系统的过渡过程及品质指标 8

1.3.1 静态与动态 8

1.3.2 自动控制系统的过渡过程 9

1.3.3 自动控制系统的品质指标 9

2 过程特性 13

2.1 过程特性的类型 13

2.2 过程的数学描述 15

2.3 过程特性的一般分析 16

2.3.1 放大系数K 16

2.3.2 时间常数T 18

2.3.3 纯滞后τ 19

2.4 过程特性参数的实验测定方法 20

思考题与习题2 21

3.1 概述 22

3.1.1 测量误差 22

3 检测变送 22

3.1.2 仪表性能指标 23

3.2 温度检测 25

3.2.1 温度检测方法 25

3.2.2 热电偶 26

3.2.3 热电阻 29

3.2.4 热电偶、热电阻的选用 30

3.3 流量检测 31

3.3.1 流量检测的主要方法 32

3.3.2 速度式流量计 32

3.3.3 容积式流量计 37

3.3.4 质量流量计 37

3.3.5 流量仪表的选用 39

3.4 压力检测 40

3.4.1 压力单位和压力检测方法 40

3.4.2 常用压力检测仪表 42

3.4.3 压力表的选用 45

3.5.1 物位检测方法 46

3.5.2 常用物位检测仪表 46

3.5 物位检测 46

3.5.3 物位检测仪表的选用 50

3.6 成分和物性参数检测 50

3.6.1 成分和物性参数检测方法 51

3.6.2 成分、物性检测的静态特性 56

3.6.3 成分、物性检测的动态特性 57

3.7 其他变量检测 58

3.7.1 位移量检测 58

3.7.2 转速检测 59

3.7.3 振动检测 60

3.7.5 火焰检测 61

3.7.6 重量检测 61

3.7.4 厚度检测 61

3.8 变送器 62

3.8.1 变送器量程迁移和零点迁移 63

3.8.2 温度变送器 64

3.8.3 差压变送器 67

3.8.4 智能变送器 71

3.9 现代传感器技术的发展 74

思考题与习题3 75

4 显示仪表 77

4.1 模拟式显示仪表 77

4.1.1 电子电位差计 78

4.1.2 电子自动平衡电桥 80

4.2 数字式显示仪表 81

4.2.1 数显仪表的分类 81

4.2.2 数显仪表的主要技术指标 81

4.2.3 数显仪表的基本组成 81

4.2.4 数字模拟混合记录仪 83

4.3 新型显示仪表 83

4.3.1 显示仪表发展动态 84

4.3.2 无纸记录仪 85

4.3.3 虚拟显示仪表 85

思考题与习题4 86

5 执行器 87

5.1 执行机构 88

5.1.1 气动执行机构 88

5.2 控制阀 90

5.2.1 控制阀结构 90

5.1.2 电动执行机构 90

5.2.2 控制阀类型 91

5.3 气动薄膜控制阀的流量特性 92

5.3.1 理想流量特性 93

5.3.2 工作流量特性 94

5.3.3 动态特性 95

5.4.1 控制阀流量系数KV的计算 96

5.4.2 控制阀口径的确定 96

5.4 控制阀口径的确定 96

5.5.1 电气阀门定位器 97

5.5.2 阀门定位器作用 97

5.5 阀门定位器 97

5.6 气动薄膜控制阀的选用 98

5.6.1 控制阀结构形式及材质的选择 98

5.6.2 控制阀流量特性的选择 100

5.6.3 气动薄膜控制阀的安装使用 101

5.7 数字阀和智能控制阀 101

5.7.2 智能控制阀 102

思考题与习题5 102

5.7.1 数字阀 102

6 控制器 104

6.1 控制器概述 104

6.2 控制器的基本控制规律 105

6.2.1 连续PID控制算法 106

思考题与习题 112

6.2.2 离散PID控制算法 114

6.3 模拟式控制器 116

6.3.1 模拟式控制器基本结构 116

6.3.2 DDZ-Ⅲ型电动单元控制器 116

6.4 数字式控制器 118

6.4.1 数字式控制器主要特点 118

6.4.2 数字式控制器的基本构成 119

6.4.3 KMM控制器 122

思考题与习题6 133

7.1 系统组成原理及分析 135

7.1.1 系统组成原理 135

7 简单控制系统 135

7.1.2 控制过程分析 136

7.2 简单控制系统的设计 137

7.2.1 控制系统设计概述 137

7.2.2 被控变量的选择 138

7.2.3 操纵变量的选择 138

7.2.4 控制器及控制规律的选择 138

7.2.5 执行器(气动薄膜控制阀)的选择 141

7.3 简单控制系统的投运与参数整定 142

7.3.1 投运步骤 142

7.3.2 控制器参数整定 142

7.4 简单控制系统设计案例 145

7.4.1 储槽液位控制系统设计 145

7.4.2 喷雾式干燥设备控制系统设计 146

思考题与习题7 147

8 复杂控制系统 149

8.1 串级控制系统 149

8.1.1 组成原理 149

8.1.2 控制过程 151

8.1.3 系统特点 151

8.1.4 系统设计 151

8.2 均匀控制系统 154

8.2.1 均匀控制原理 154

8.2.2 均匀控制的实现方案 155

8.3 比值控制系统 156

8.3.1 比值控制原理 156

8.3.2 比值控制系统类型 156

8.3.3 比值系数的计算 157

8.4.1 分程控制原理 158

8.4 分程控制系统 158

8.4.2 分程控制的应用 159

8.5 选择性控制系统 161

8.5.1 选择性控制原理 161

8.5.2 选择性控制系统的类型 162

8.6 前馈控制系统 164

8.6.1 前馈控制原理 164

8.6.2 前馈控制与反馈控制的比较 164

8.6.3 前馈控制的应用 165

思考题与习题8 167

9 先进控制系统 168

9.1 基于模型的预测控制 168

9.1.1 预测控制的基本原理 169

9.1.2 预测控制的优良性质 170

9.1.3 预测控制的应用 170

9.2 推断控制 170

9.3.1 机理分析与辅助变量的选择 172

9.3 软测量技术 172

9.3.2 数据采集和处理 173

9.3.3 软测量模型的建立 173

9.3.4 软测量模型的在线校正 174

9.4 双重控制系统 174

9.5 纯滞后补偿控制系统 175

9.5.1 史密斯预估补偿控制 175

9.6.1 系统的关联分析 176

9.6 解耦控制系统 176

9.5.2 史密斯预估补偿控制实施中若干问题 176

9.6.2 减少与解除耦合途径 177

9.7 差拍控制系统 178

9.7.1 差拍控制系统 179

9.7.2 达林控制算法 179

9.7.3 V.E.控制算法 179

9.8 自适应控制 179

9.8.2 模型参考型自适应控制系统 180

9.8.1 简单自适应控制系统 180

9.8.3 自校正控制系统 181

9.9 鲁棒控制 181

9.10 智能控制系统 181

9.10.1 智能控制简介 181

9.10.2 专家系统 182

9.10.3 模糊逻辑控制 183

9.10.4 神经网络控制 184

9.11 故障检测诊断和容错控制 185

9.11.1 故障检测和诊断 185

9.11.2 容错控制 186

思考题与习题9 186

10 计算机控制系统 188

10.1 概述 188

10.1.1 计算机控制系统的组成 188

10.2.1 集散控制系统的特点和发展概况 189

10.1.2 计算机控制系统的发展 189

10.2 集散控制系统 189

10.2.2 集散控制系统的硬件和软件 190

10.2.3 TDC3000系统简介 192

10.2.4 集散控制系统应用示例 195

10.3 可编程序控制器 197

10.3.1 可编程序控制器的特点及发展 197

10.3.2 可编程序控制器的工作原理 198

10.3.3 可编程序控制器的编程 201

10.3.4 可编程序控制器系统应用示例 204

10.4 现场总线控制系统 206

10.4.1 现场总线系统的特点 206

10.4.2 现场总线控制系统的发展 207

10.4.3 基金会现场总线 208

10.4.4 现场总线控制系统的应用 211

10.5.1 综合自动化的意义 214

10.5 综合自动化系统 214

10.5.2 综合自动化系统的特点 215

10.5.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成 215

思考题与习题10 217

11 生产过程控制 218

11.1 流体输送设备的控制 218

11.1.1 泵的控制 218

11.1.2 压缩机的控制 220

11.1.3 防喘振控制系统 221

11.2 传热设备的控制 223

11.2.1 传热设备的静态数学模型 223

11.2.2 一般传热设备的控制 223

11.2.3 管式加热炉的控制 225

11.3 锅炉设备的控制 227

11.3.1 锅炉汽包水位的控制 227

11.3.2 锅炉燃烧系统的控制 230

11.4 工业窑炉过程的控制 232

11.3.3 蒸汽过热系统的控制 232

11.4.1 电热式工业窑炉控制 233

11.4.2 燃烧式工业窑炉控制 234

11.5 精馏塔的控制 236

11.5.1 工艺要求和扰动分析 236

11.5.2 精馏塔被控变量的选择 238

11.5.3 精馏塔的控制方案 240

11.5.4 精馏塔的新型控制方案 242

11.6 化学反应器的控制 247

11.6.1 反应器的控制要求和被控变量的选择 247

11.6.2 釜式反应器的控制 248

11.6.3 固定床反应器的控制 248

11.6.4 流化床反应器的控制 250

11.6.5 管式热裂解反应器的控制 250

11.6.6 鼓泡床反应器的控制 252

11.7.1 常用生化过程控制 253

11.7 生化过程的控制 253

11.7.2 青霉素发酵过程控制 255

11.7.3 啤酒发酵过程控制 255

11.8 转炉的控制 257

11.8.1 顶吹供氧控制系统 257

11.8.2 底吹供气控制系统 258

11.8.3 炉口微差压及煤气回收控制系统 259

11.9 造纸过程的控制 260

11.9.1 纸浆浓度的控制 261

11.9.2 纸料配浆的比值控制 262

11.9.3 磨浆机的控制 263

11.9.4 白水回收控制 264

思考题与习题11 265

附录1 自控工程设计字母代号 266

附录2 部分热电偶、热电阻分度表 267

参考文献 271