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第1章 绪论 1

1.1过程控制系统与自动化仪表发展概况 1

1.2过程控制系统的组成与特点 2

1.2.1过程控制系统的组成 2

1.2.2过程控制系统的特点 3

1.3过程控制系统与自动化仪表的分类 3

1.4评价过程控制系统的性能指标 5

思考题与习题 7

第2章 过程特性 9

2.1过程的数学模型 10

2.1.1过程变量 10

2.1.2状态变量和状态方程 10

2.2机理法建模 11

2.2.1单容过程建模 12

2.2.2过程特性 14

2.2.3多容过程建模 16

2.2.4分布式参数系统建模 16

2.3测试法建模 17

2.3.1冲激响应 17

2.3.2响应曲线法 18

2.3.3相关统计法 20

2.3.4最小二乘法 25

思考题与习题 28

第3章 检测与变送 30

3.1过程检测仪表的组成 30

3.2测量误差和检测仪表性能指标 31

3.2.1测量误差的分类 31

3.2.2检测仪表的基本技术指标 31

3.3温度检测 33

3.3.1热电偶 33

3.3.2热电阻 38

3.3.3温度变送器 40

3.3.4辐射温度计 40

3.4压力检测 43

3.4.1弹性式压力测量元件与压力表 44

3.4.2固态压力仪表 45

3.4.3压力变送器 46

3.5流量检测 48

3.5.1流量检测的基本概念及单位 48

3.5.2流量检测仪表 49

3.6物位测量 57

3.6.1液位检测 58

3.6.2料位与相界面检测 60

3.7成分检测仪表 65

3.7.1红外气体分析仪表 65

3.7.2热导式气体分析仪表 67

3.7.3气相色谱分析仪表 68

思考题与习题 71

第4章 调节器 73

4.1调节器的PID控制规律 73

4.1.1比例作用控制算法 74

4.1.2比例-积分作用控制算法 76

4.1.3比例-微分作用控制算法 77

4.1.4比例-积分-微分作用控制算法 79

4.1.5一组MATLAB仿真实验 79

4.2 DDZ-Ⅲ调节器 80

4.2.1基型调节器的盘面布置 80

4.2.2基型调节器的组成 81

4.2.3输入电路 82

4.2.4 PID运算电路 83

4.2.5输出电路 85

4.2.6手动操作电路及自动-手动切换 85

4.2.7测量及给定指示电路 87

4.3可编程数字调节器 88

4.3.1 KMM可编程调节器的主要特点 88

4.3.2 KMM可编程调节器的构成 88

4.3.3 KMM可编程调节器的功能 90

4.3.4可编程序调节器的用户编程 94

思考题与习题 100

第5章 执行器与安全栅 101

5.1执行器 101

5.1.1执行器的构成 101

5.1.2执行器的分类及特点 101

5.2气动执行器 102

5.2.1气动执行机构 102

5.2.2调节阀 104

5.2.3电-气转换器与阀门定位器 112

5.3电动执行器 113

5.3.1电动执行机构工作原理 113

5.3.2电动执行机构的特性 115

5.4智能执行器 115

5.4.1概述 115

5.4.2智能执行器应用举例 117

5.5安全栅 117

5.5.1安全火花防爆系统与防爆等级 118

5.5.2齐纳式安全栅 118

5.5.3隔离式安全栅 119

思考题与习题 121

第6章 单回路控制系统 123

6.1单回路控制系统设计概述 123

6.1.1过程控制系统设计的基本要求 123

6.1.2过程控制系统设计的基本方法 124

6.1.3过程控制系统设计的步骤 124

6.2单回路控制系统方案设计 125

6.2.1被控参数的选择 125

6.2.2控制参数的选择 125

6.2.3测量、变送器的选择 128

6.2.4执行器的选择 129

6.2.5调节器的选择 130

6.3调节器参数的工程整定方法 135

6.3.1临界比例度法 135

6.3.2衰减曲线法 136

6.3.3响应曲线法 137

6.3.4经验试凑法 138

6.3.5几种工程整定方法的比较 139

6.4单回路控制系统设计应用举例 140

6.4.1储槽液位控制系统设计 140

6.4.2 乳化物干燥系统设计 141

思考题与习题 143

第7章 复杂过程控制系统 144

7.1串级控制系统 144

7.1.1串级控制系统的原理与结构 144

7.1.2串级控制系统分析 146

7.2串级控制系统设计 149

7.2.1主、副回路控制器选择 149

7.2.2串级控制系统参数的整定 150

7.2.3串级控制系统设计举例 151

7.3前馈控制系统 152

7.3.1前馈控制系统的基本原理 152

7.3.2前馈控制系统的主要结构形式 154

7.3.3前馈控制的选用与稳定性 156

7.3.4前馈控制系统参数的整定 156

7.4时间滞后控制系统 157

7.4.1史密斯预估控制系统 157

7.4.2采样控制系统 158

7.4.3时间滞后控制系统应用举例 159

7.5比值控制系统 160

7.5.1单闭环比值控制 160

7.5.2双闭环比值控制 160

7.5.3变比值控制 161

7.5.4比值控制系统应用举例 162

7.6均匀控制系统 162

7.6.1均匀控制系统的基本原理 162

7.6.2均匀控制系统方案 162

7.7分程控制系统 163

7.7.1分程控制原理 164

7.7.2分程控制系统设计 165

7.7.3分程控制系统应用 165

7.8选择性控制 167

7.8.1选择性控制系统类型 167

7.8.2选择性控制系统设计 168

7.8.3选择性控制系统的工业应用 169

7.8.4选择性控制系统中的积分饱和及其防止 169

7.9多变量解耦控制系统 170

7.9.1多变量过程及其耦合 170

7.9.2相对增益与相对增益矩阵 170

7.9.3变量配对 174

7.9.4解耦控制系统的设计 175

思考题与习题 179

第8章 先进控制系统 182

8.1概述 182

8.2适应性控制系统 182

8.2.1预先适应控制 182

8.2.2自适应控制 184

8.3基于模型的控制 184

8.3.1内模控制 185

8.3.2模型预测控制 185

8.3.3基于过程模型的控制 187

8.4专家系统 187

8.5模糊控制 188

8.6适应过程参数变化的控制系统 190

8.6.1适应静态增益变化的控制系统 190

8.6.2适应纯滞后时间变化的控制系统 192

8.6.3适应时间常数变化的控制系统 193

思考题与习题 195

第9章 计算机过程控制系统 196

9.1计算机过程控制系统的构成 196

9.1.1计算机过程控制系统的特点 196

9.1.2计算机过程控制系统的发展趋势 197

9.2可编程序控制器 197

9.2.1可编程序控制器的组成与工作原理 198

9.2.2可编程序控制器的应用 202

9.3集散控制系统 203

9.3.1 DCS组成与体系结构 203

9.3.2集散型控制系统的应用 206

9.4现场总线控制系统 207

9.4.1 FCS组成与结构 207

9.4.2几种主要的现场总线简介 208

9.4.3现场总线控制系统应用 210

9.5工业以太网络 211

9.5.1工业以太网概述 212

9.5.2工业以太网的应用 213

思考题与习题 216

第10章 生产过程控制实例 217

10.1发电厂单元机组协调控制系统 217

10.1.1单元机组的生产过程及其协调控制系统 217

10.1.2单元机组负荷控制方式 219

10.2转炉的过程控制 221

10.2.1顶吹供氧控制系统 221

10.2.2底吹供气控制系统 222

10.3精馏塔的控制 223

10.3.1精馏塔的控制要求 223

10.3.2被控变量的选择 224

10.3.3精馏塔的控制方案 225

思考题与习题 226

参考文献 227