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前言 1

第1章 绪论 1

1.1 过程控制的特点 1

1.2 过程控制的发展概况 2

1.2.1 过程控制装置与系统的发展 3

1.2.2 过程控制策略与算法的发展 4

1.3 过程控制系统分类及其性能指标 5

1.3.1 过程控制系统的分类 5

1.3.2 过程控制系统的性能指标 6

思考题与习题 12

2.1 检测仪表的基本技术指标 13

第2章 检测仪表 13

2.2 温度检测及仪表 15

2.2.1 温度检测方法 15

2.2.2 热电偶 16

2.2.3 热电阻 21

2.2.4 集成温度传感器 22

2.2.5 温度显示与记录 26

2.2.6 温度变送器 30

2.3 压力检测及仪表 36

2.3.1 压力检测的方法 36

2.3.2 弹性式压力计 36

2.3.3 电气式压力计 38

2.4 流量检测及仪表 44

2.3.4 智能式差压变送器 44

2.4.2 差压式流量计 45

2.4.1 流量的基本概念 45

2.4.3 转子流量计 47

2.4.4 靶式流量计 48

2.4.5 椭圆齿轮流量计 49

2.4.6 涡轮流量计 49

2.4.7 电磁流量计 51

2.4.8 旋涡式流量计 51

2.4.9 超声波流量计 53

2.5.1 概述 55

2.5.2 差压式液位变送器 55

2.5 物位检测及仪表 55

2.5.3 电容式物位变送器 57

2.5.4 超声波液位计 60

2.6 成分检测及仪表 60

2.6.1 氧化锆氧量计 60

2.6.2 气相色谱分析仪 62

2.6.3 红外线气体分析仪 66

2.6.4 工业酸度计 68

思考题与习题 69

第3章 控制仪表 72

3.1 基本控制规律及特点 72

3.1.1 双位控制 72

3.1.2 比例控制（P） 73

3.1.3 比例积分控制（PI） 75

3.1.4 比例微分控制 76

3.1.5 比例积分微分控制 76

3.2 模拟式控制器 77

3.2.1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点 77

3.2.2 DDZ-Ⅲ型控制器的组成与操作 77

3.2.3 全刻度指示调节器的线路实例 78

3.3 数字式PID控制器 87

3.3.1 SLPC单回路可编程调节器的电路原理 87

3.3.2 SLPC的数字控制算法 90

3.3.3 SLPC单回路可编程调节器的用户程序 93

3.4 可编程逻辑控制器 99

3.3.4 用户程序的写入和调试 99

3.4.1 PLC的主要组成 100

3.4.2 PLC的内部等效继电器电路 100

3.4.3 PLC的编程语言 101

思考题与习题 106

第4章 执行器及安全栅 107

4.1 执行器 107

4.1.1 气动调节阀 107

4.1.2 电／气转换器 113

4.1.3 阀门定位器 114

4.1.4 电／气阀门定位器 115

4.1.5 电动调节阀 116

4.1.6 智能式调节阀 117

4.2 安全栅 118

4.2.1 安全防爆的基本概念 118

4.2.2 安全火花防爆系统 119

4.2.3 安全栅的工作原理 120

思考题与习题 124

第5章 被控过程的数学模型 125

5.1 被控过程数学模型的作用与要求 125

5.2 建立被控过程数学模型的方法 126

5.3 机理法建模 128

5.3.1 机理法建模的基本原理 128

5.3.2 单容过程建模 129

5.3.3 多容过程建模 134

5.4 测试法建模 138

5.4.1 阶跃响应曲线法建模 139

5.4.2 测定动态特性的频域法 145

5.4.3 测定动态特性的统计相关分析法 147

5.4.4 最小二乘法建立被控过程的数学模型 164

思考题与习题 170

第6章 简单控制系统的设计与参数整定 172

6.1 简单控制系统的结构与组成 172

6.2 简单控制系统设计 173

6.2.1 过程控制系统方案设计的基本要求、主要内容与设计步骤 173

6.2.2 被控参数与控制变量的选择 175

6.2.3 检测环节、执行器及调节器正负作用选择 183

6.3.1 调节规律对控制品质影响的分析 188

6.3 调节规律对控制品质的影响与调节规律选择 188

6.3.2 调节规律的选择 193

6.4 调节器参数的工程整定方法 194

6.4.1 稳定边界法 195

6.4.2 衰减曲线法 196

6.4.3 响应曲线法 197

6.4.4 经验法 200

6.4.5 几种工程整定方法的比较 201

6.5 简单控制系统设计实例 202

6.5.1 生产过程概述 202

6.5.2 控制方案设计 202

思考题与习题 205

6.5.3 调节器参数整定 205

第7章 复杂控制系统 208

7.1 串级控制系统 208

7.1.1 串级控制系统的基本结构与工作原理 208

7.1.2 串级控制系统的特点及其分析 212

7.1.3 串级控制系统的设计与参数整定 216

7.2 前馈控制系统 221

7.2.1 前馈控制的工作原理及其特点 221

7.2.2 前馈控制系统的结构 224

7.3 大滞后过程控制系统 227

7.3.1 大滞后过程的采样控制 228

7.3.2 大滞后过程的Simth预估补偿控制 228

7.4 比值控制系统 230

7.4.1 比值控制系统的种类 231

7.4.2 比值控制系统的设计与参数整定 233

7.5 均匀控制系统 235

7.5.1 均匀控制系统的工作原理及特点 235

7.5.2 均匀控制方案 237

7.5.3 均匀控制系统的参数整定 238

7.6 分程控制系统 239

7.6.1 分程控制系统的工作原理及类型 239

7.6.2 分程控制系统的设计及工业应用 241

7.7 选择性控制系统 244

7.7.1 选择性控制系统的类型 244

7.7.2 选择性控制系统的设计原则 246

7.8.1 被控过程的耦合现象及对控制过程的影响 247

7.8 解耦控制系统 247

7.8.2 解耦控制系统设计 248

7.8.3 解耦控制的进一步讨论 251

思考题与习题 253

第8章 先进过程控制技术 256

8.1 概述 256

8.2 自适应控制 257

8.2.1 自校正控制系统 257

8.2.2 模型参考自适应控制系统 258

8.3 预测控制 258

8.3.1 模型算法控制 259

8.3.2 动态矩阵控制 261

8.3.3 广义预测控制与内部模型控制 262

8.4 专家控制 263

8.5 模糊控制 264

8.5.1 模糊控制系统的基本结构 265

8.5.2 模糊控制的几种实现方法 268

8.6 神经网络控制 268

8.6.1 神经元模型 268

8.6.2 人工神经网络模型 270

8.6.3 神经网络在控制中的应用 271

8.7 推理控制 271

8.7.1 推理控制系统的组成 272

8.7.2 推理－反馈控制系统 273

8.8 基于规则的仿人控制 274

8.8.1 仿人比例控制 275

8.8.2 仿人积分控制 276

思考题与习题 277

第9章 计算机控制系统 279

9.1 概述 279

9.2 直接数字控制（DDC）系统 280

9.2.1 DDC系统的特点及组成 280

9.2.2 DDC系统的设计原则 282

9.3 集散控制系统 283

9.3.1 集散控制系统的发展历程 283

9.3.2 集散控制系统的基本组成与功能划分 284

9.3.3 现场控制站 285

9.3.4 DCS操作站功能 289

9.3.5 DCS的通信网络 295

9.3.6 DCS的发展趋势 298

9.4 现场总线技术与现场总线控制系统 299

9.4.1 现场总线发展及几种主要的现场总线技术 300

9.4.2 现场总线控制系统及其特点 304

9.4.3 控制网络的现状与发展 306

思考题与习题 308

第10章 过程控制系统应用实例 309

10.1 精馏塔过程控制系统 309

10.1.1 分馏原理 309

10.1.2 精馏塔的控制要求及主要干扰 309

10.1.3 精馏塔控制方案 311

10.2 工业锅炉自动控制系统 315

10.2.1 锅炉汽包水位控制系统 316

10.2.2 锅炉蒸气温度控制系统 321

10.2.3 锅炉燃烧过程控制系统 324

10.2.4 锅炉控制系统实例分析 327

思考题与习题 329

附录 331

附录A 铂铑10-铂热电偶分度表（简表） 331

附录B 镍铬－镍硅热电偶分度表（简表） 331

附录C 铂热电阻分度表（简表） 332

附录D 铜热电阻分度表 332

附录E 常用压力表规格及型号 333

参考文献 334