化工自动化及仪表PDF电子书下载

第1章 自动控制系统基础 1

1.1 什么是自动化 1

1.2 自动化及仪表发展状况 2

1.3 自动控制系统 4

1.3.1 自动控制系统 4

1.3.2 闭环控制与开环控制 5

1.3.3 自动控制系统的组成及方框图 6

1.3.4 自动控制系统的分类 8

1.4 自动控制系统的过渡过程及品质指标 10

1.4.1 稳态与动态 10

1.4.2 自动控制系统的过渡过程 11

1.4.3 自动控制系统的品质指标 12

思考题 14

第2章 化工过程数学模型 15

2.1 化工过程稳态数学模型 15

2.1.1 机理建模 15

2.1.2 经验模型 17

2.1.3 机理与经验的组合建模 18

2.2 化工过程动态数学模型 19

2.2.1 化工动态数学模型的作用和要求 19

2.2.2 建立化工动态数学模型的途径 20

2.2.3 化工过程动态数学模型 21

2.2.4 化工过程特性的分析 25

2.2.5 系统辨识和参数估计 28

思考题 30

第3章 化工测量仪表 31

3.1 概述 31

3.1.1 测量误差 32

3.1.2 仪表性能指标 32

3.2 温度检测 33

3.2.1 温度检测方法 34

3.2.2 热电偶 35

3.2.3 热电阻 39

3.2.4 热电偶和热电阻的选用 40

3.3 流量检测 41

3.3.1 流量检测的主要方法 41

3.3.2 速度式流量计 42

3.3.3 容积式流量计 47

3.3.4 质量流量计 48

3.3.5 流量仪表的选用 49

3.4 压力检测 51

3.4.1 压力单位和压力检测方法 51

3.4.2 常用压力检测仪表 52

3.4.3 压力表的选用 56

3.5 物位检测 57

3.5.1 物位检测方法 57

3.5.2 常用物位检测仪表 58

3.5.3 物位检测仪表的选用 63

3.6 成分和物性参数检测 63

3.6.1 成分和物性参数检测方法 63

3.6.2 成分、物性检测的稳态特性 70

3.6.3 成分、物性检测的动态特性 70

3.7 其他变量检测 71

3.7.1 位移量检测 71

3.7.2 转速检测 73

3.7.3 振动检测 74

3.7.4 厚度检测 74

3.7.5 火焰检测 74

3.7.6 重量检测 75

3.8 变送器 76

3.8.1 变送器量程迁移和零点迁移 77

3.8.2 温度变送器 78

3.8.3 差压变送器 81

3.8.4 智能变送器 87

3.9 软测量技术 90

3.9.1 机理分析与辅助变量的选择 91

3.9.2 数据采集和处理 92

3.9.3 软测量模型的建立 92

3.9.4 软测量模型的在线校正 93

3.9.5 软测量技术工业应用 93

3.10 显示仪表 94

3.10.1 数字式显示仪表 95

3.10.2 数字式显示仪表的基本组成 95

3.10.3 新型显示仪表 97

思考题 99

第4章 执行器 101

4.1 执行机构 102

4.1.1 气动执行机构 102

4.1.2 电动执行机构 103

4.2 控制阀 104

4.2.1 控制阀结构 104

4.2.2 控制阀类型 105

4.3 气动薄膜控制阀的流量特性 107

4.3.1 理想流量特性 108

4.3.2 工作流量特性 109

4.3.3 动态特性 110

4.4 控制阀口径的确定 110

4.4.1 控制阀流通能力Cv的计算 110

4.4.2 控制阀口径的确定 111

4.5 阀门定位器 111

4.5.1 电-气阀门定位器 112

4.5.2 阀门定位器作用 112

4.6 气动薄膜控制阀的安装使用 113

4.7 智能控制阀 114

4.8 几种现场仪表的安全防爆技术 114

4.8.1 隔爆型仪表 114

4.8.2 本质安全防爆仪表 115

4.8.3 本安防爆系统 115

思考题 116

第5章 控制装置 117

5.1 概述 117

5.2 控制器的基本控制规律 119

5.2.1 连续PID控制算法 119

5.3 模拟式控制器 125

5.3.1 模拟式控制器的基本结构 125

5.3.2 DDZ-Ⅲ型电动单元控制器 126

5.4 数字式控制器 127

5.4.1 数字式控制器的主要特点 128

5.4.2 数字式控制器的基本构成 128

5.5 可编程序控制器 132

5.5.1 可编程序控制器概述 132

5.5.2 可编程序控制器的工作原理 134

5.5.3 可编程序控制器的编程 138

5.5.4 可编程序控制器系统应用示例 141

5.6 计算机监控系统 143

5.6.1 SCADA简介 143

5.6.2 SCADA的人机界面 144

5.6.3 反应釜温度控制监控举例 145

5.7 集散控制系统 152

5.7.1 集散控制系统发展概况 152

5.7.2 集散控制系统特点 153

5.7.3 集散控制系统的硬件和软件 154

5.7.4 TPS系统简介 155

5.7.5 PCS 7系统简介 160

5.7.6 集散控制系统应用举例 164

5.8 现场总线控制系统 168

5.8.1 现场总线系统的特点 168

5.8.2 现场总线标准的发展 169

5.8.3 基金会现场总线 170

5.8.4 现场总线控制系统的应用 172

思考题 175

第6章 常用控制系统 176

6.1 简单控制系统 176

6.1.1 简单控制系统的组成 176

6.1.2 简单控制系统的设计 177

6.1.3 简单控制系统的参数整定 182

6.1.4 控制系统的投运 184

6.1.5 简单控制系统设计案例 185

6.2 串级控制系统 187

6.2.1 串级控制系统的基本原理和结构 187

6.2.2 串级控制系统的特点 188

6.2.3 串级控制系统的设计 189

6.2.4 串级控制系统控制器参数的整定 190

6.3 比值控制系统 191

6.3.1 基本原理和结构 191

6.3.2 比值系数的计算 192

6.4 均匀控制系统 194

6.4.1 基本原理和结构 194

6.4.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定 196

6.5 前馈控制系统 196

6.5.1 基本原理 196

6.5.2 前馈控制的主要结构形式 197

6.5.3 采用前馈控制系统的条件 198

6.6 选择性控制系统 198

6.7 分程控制系统 199

6.7.1 不同工况需要不同的控制手段 199

6.7.2 扩大控制阀的可调范围 200

思考题 200

第7章 先进控制技术 202

7.1 基于模型的预测控制 202

7.1.1 预测控制的基本原理 203

7.1.2 预测控制的优良性质 204

7.1.3 预测控制的应用 204

7.2 纯滞后补偿控制系统 205

7.2.1 史密斯预估补偿控制 205

7.2.2 史密斯预估补偿控制实施中若干问题 205

7.3 解耦控制系统 206

7.3.1 系统的关联分析 206

7.3.2 减少与解除耦合途径 207

7.4 自适应控制及鲁棒控制 208

7.4.1 简单自适应控制系统 209

7.4.2 模型参考型自适应控制系统 209

7.4.3 自校正控制系统 209

7.4.4 鲁棒控制 210

7.5 智能控制系统 210

7.5.1 智能控制简介 210

7.5.2 专家系统 211

7.5.3 模糊逻辑控制 212

7.5.4 神经网络控制 213

7.6 故障检测诊断和容错控制 215

7.6.1 故障检测和诊断 215

7.6.2 容错控制 216

7.7 综合自动化系统 217

7.7.1 综合自动化的意义 217

7.7.2 综合自动化系统的特点 219

7.7.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成 219

思考题 221

第8章 化工生产过程控制 222

8.1 流体输送设备的控制 222

8.1.1 泵的控制 222

8.1.2 压缩机的控制 225

8.1.3 变频调速器的应用 226

8.1.4 防喘振控制系统 227

8.2 传热设备的控制 228

8.2.1 传热设备的稳态数学模型 228

8.2.2 一般传热设备的控制 229

8.2.3 管式加热炉的控制 231

8.3 锅炉设备的控制 233

8.3.1 锅炉汽包水位的控制 233

8.3.2 锅炉燃烧系统的控制 237

8.3.3 蒸汽过热系统的控制 239

8.4 工业窑炉过程的控制 240

8.4.1 电热式工业窑炉控制 240

8.4.2 燃烧式工业窑炉控制 241

8.5 精馏塔的控制 244

8.5.1 精馏塔的控制要求 245

8.5.2 精馏塔的扰动分析 245

8.5.3 精馏塔被控变量的选择 246

8.5.4 精馏塔的控制 248

8.5.5 精馏塔的先进控制 251

8.6 化学反应器的控制 255

8.6.1 化学反应器的控制要求 255

8.6.2 化学反应器的基本控制策略 256

8.6.3 化学反应器的基本控制 257

8.7 合成氨过程的控制 261

8.7.1 变换炉的控制 261

8.7.2 转化炉水碳比控制 261

8.7.3 合成塔的控制 262

8.8 石油化工过程的控制 264

8.8.1 常减压过程的控制 264

8.8.2 催化裂化过程的控制 267

8.8.3 乙烯生产过程的控制 270

8.8.4 聚合过程的控制 273

8.9 生化过程的控制 278

8.9.1 常用的生化过程控制 278

8.9.2 青霉素发酵过程控制 280

8.9.3 啤酒发酵过程控制 281

思考题 283

附录1 自动控制工程设计字母代号 284

附录2 部分热电偶、热电阻分度表 286

参考文献 291