过程控制装置及系统设计PDF电子书下载

第1章　基本概念 1

1.1　过程自动化的主要内容 2

1.2 自动控制系统的组成 4

1.3 自动控制系统的框图 6

1.3.1　框图的组成和绘制 7

1.3.2　环节的基本连接形式 7

1.3.3 闭环控制系统的框图 9

1.4　自动控制系统的分类 10

1.4.1　按给定值变化规律分类 10

1.4.2　按控制作用的形式分类 10

1.4.3　按系统的特性分类 11

1.4.4　按系统参数是否随时间变化分类 12

1.4.5　按控制系统的结构分类 13

1.4.6　按控制系统闭环回路的数目分类 15

1.4.7　按被控变量数目分类 15

1.5 自动控制系统过渡过程及其品质指标 16

1.5.1 自动控制系统的过渡过程 16

1.5.2　过渡过程的品质指标 17

1.5.3　对自动控制系统的性能基本要求 19

1.6　过程控制系统设计研究的基本内容 20

1.6.1 过程控制系统设计步骤 20

1.6.2　被控变量与输入变量的选择 21

1.6.3　控制方案的确定 21

1.6.4　硬件设备的选择 22

1.6.5　控制器的设定 22

1.7　过程控制系统应用实例 23

小结 26

复习思考题 26

第2章　被控对象动态特性及实验测定 28

2.1 被控对象动态特性 29

2.1.1 一阶系统动态特性与基本参数 29

2.1.2　二阶系统动态特性与基本参数 30

2.1.3　 高阶系统动态特性 32

2.2　被控对象的数学描述 32

2.2.1　微分方程描述 32

2.2.2　传递函数描述 33

2.2.3　零极点增益描述 33

2.2.4　部分分式描述 33

2.2.5　状态方程描述 33

2.3　数学描述的转换 33

2.4　建立数学模型的方法 34

2.4.1　建立数学模型概述 34

2.4.2　机理演绎法 35

2.4.3　系统辨识法 37

2.4.4　混合建模法 37

2.5　单容液位对象的动态特性和数学描述 38

2.5.1　有自衡能力的对象 39

2.5.2　无自衡能力对象 39

2.6　多容对象的特性、纯滞后与容量滞后 40

2.6.1　双容对象的特性 40

2.6.2　双容对象的有自衡响应 40

2.6.3　双容对象的无自衡响应 41

2.6.4　双容对象的干扰特性 41

2.6.5　纯滞后 42

2.6.6　容量滞后 42

2.7　被控对象特性的实验测定 42

2.7.1 实验测定方法概述 42

2.7.2　实验测定的时域法 43

2.7.3　实验测定的频域法 44

2.7.4　实验测定的最小二乘法 48

小结 49

复习思考题 49

第3章　过程控制装置 53

3.1 概述 54

3.2　变送器 54

3.2.1　变送器概述 54

3.2.2　常用变送器及其工作原理 55

3.3　控制器 69

3.3.1　控制器的控制规律 69

3.3.2　控制器的运算电路 80

3.4　执行器和防爆栅 99

3.4.1 执行器 99

3.4.2　防爆栅 109

小结 116

复习思考题 116

第4章　单回路控制系统及其控制器参数整定 118

4.1 单回路控制系统的组成及分析方法 119

4.2　被控变量的选择 120

4.3　控制变量的选择 122

4.3.1 控制变量和干扰 122

4.3.2　过程静态特性的分析 122

4.3.3　过程动态特性的分析 124

4.3.4　选择控制参数的一般原则 126

4.4　控制器控制规律的选择原则 126

4.4.1　控制器控制规律的选择 126

4.4.2　控制器正反作用的选取 127

4.5　单回路控制系统控制器参数的工程整定 128

4.5.1　临界比例度法 128

4.5.2　衰减曲线法 130

4.5.3 响应曲线法 131

4.5.4　经验试凑法 132

4.6　控制系统的投运及操作中的常见问题 135

小结 136

复习思考题 137

第5章　复杂控制系统 139

5.1　前馈控制系统 140

5.1.1　前馈控制原理 140

5.1.2　前馈控制系统的特点 142

5.1.3 前馈控制的主要结构形式 143

5.1.4　前馈控制系统的参数整定 145

5.2 串级控制系统 147

5.2.1 串级控制的基本原理 147

5.2.2 串级控制系统的主要特点及其应用场合 150

5.2.3　副回路的确定 151

5.2.4　控制器正、反作用的选择 154

5.2.5 串级控制系统的控制器参数的工程整定 155

5.3　比值控制系统 156

5.3.1 比值控制的基本概念 156

5.3.2 比值控制系统的类型 157

5.3.3 比值控制系统的设计和实施方案 162

5.3.4　比值控制系统的整定 165

5.4　均匀控制系统 166

5.4.1 均匀控制系统的组成 166

5.4.2　控制器的控制规律的选择 170

5.4.3　控制器的整定 170

5.5　选择性控制系统 171

5.5.1 选择性控制系统的原理 172

5.5.2　选择性控制系统的类型及应用 172

5.5.3　控制器的选择 175

5.5.4　积分饱和及其防止措施 175

小结 176

复习思考题 176

第6章　计算机控制系统 179

6.1 概述 180

6.2　计算机控制系统的工作原理、组成及分类 180

6.2.1 计算机控制系统的硬件组成 181

6.2.2　计算机控制系统的软件组成 183

6.2.3　计算机控制系统的分类 183

6.3　直接数字控制系统 190

6.3.1 基本构成 190

6.3.2　DDC中的PID算式 191

6.3.3 可编程控制器 195

6.4　集散控制系统 201

6.4.1　概述 201

6.4.2　主要特点 202

6.4.3　基本构成 203

6.4.4　典型DCS简介 204

6.5　现场总线控制系统 206

6.5.1　概述 206

6.5.2 现场总线控制系统的技术特点 207

6.5.3　几种典型的现场总线 207

6.5.4　现场总线系统的基础和目标 210

6.5.5　发展中的现场总线系统 210

6.5.6　一般的现场总线结构 211

6.6 工业以太网技术 214

6.6.1　工业以太网概况 214

6.6.2　Ethernet应用于工业现场的关键技术 214

6.6.3　工业以太网协议 215

6.6.4 工业以太网的优势 217

6.6.5　工业以太网在控制领域应用现状 217

6.7　无线现场仪表与网络 219

小结 220

复习思考题 220

第7章 自动控制系统在生产过程中的应用 222

7.1 石油加工蒸馏装置的自动控制系统 223

7.1.1　常压炉温度先进控制 223

7.1.2　蒸馏装置中现场总线控制系统 225

7.2　热交换器控制系统 227

7.2.1　静态前馈控制 227

7.2.2　反馈-前馈控制系统 229

7.2.3 前馈-串级控制系统 230

7.3　流体输送设备的自动控制 231

7.3.1　冷却水循环系统 231

7.3.2　压缩机输出压力控制系统 232

7.4　化学反应器的自动控制 234

7.5　其他典型过程工业应用实例 238

7.5.1　DCS在电厂中的实现 238

7.5.2 炉温控制系统的计算机控制 239

7.6　软测量技术及其应用 242

7.6.1　软测量技术的四个组成 242

7.6.2　软测量建模方法 243

7.6.3软测量在过程优化中的应用 245

7.6.4　软测量在加氢裂化分馏塔航煤干点测量中的应用 245

7.6.5　软测量在吸收法捕集二氧化碳过程离子浓度监测中的应用 246

小结 248

复习思考题 249

参考文献 250