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第1篇 过程控制基础知识 2

第1章 绪论 2

1．1 生产过程自动化概述 2

1．1．1 生产过程及其特点 2

1．1．2 生产过程对控制的要求 3

1．1．3 生产过程自动化的发展历程 4

1．2 过程控制系统的组成及分类 4

1．2．1 过程控制系统的组成 4

1．2．2 过程控制系统的分类 6

1．3 过程控制系统的方块图与工艺控制流程图 7

1．3．1 过程控制系统的方块图 7

1．3．2 过程控制系统的工艺控制流程图 9

1．4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 11

1．4．1 过程控制系统的过渡过程 11

1．4．2 过程控制系统的性能指标 12

习题 15

第2章 被控对象的特性 17

2．1 概述 17

2．1．1 基本概念 17

2．1．2 被控对象的阶跃响应特性 18

2．2 被控对象特性的数学描述 20

2．2．1 一阶对象的机理建模及特性分析 20

2．2．2 二阶对象的机理建模及特性分析 24

2．2．3 纯滞后对象的机理建模及特性分析 26

2．3 被控对象的实验测试建模 27

2．3．1 阶跃响应曲线的获取 28

2．3．2 一阶纯滞后对象特性参数的确定 29

2．3．3 二阶对象特性参数的确定 30

习题 31

第2篇 过程自动化装置 34

第3章 过程测量仪表 34

3．1 测量仪表中的基本概念 34

3．1．1 测量过程及测量仪表 34

3．1．2 检测系统的基本特性及性能指标 35

3．2 温度测量 37

3．2．1 概述 37

3．2．2 热电偶温度计 39

3．2．3 热电阻温度计 44

3．2．4 温度测量仪表的选用 47

3．2．5 温度变送器 47

3．2．6 一体化温度变送器 48

3．2．7 智能温度变送器 49

3．3 压力测量 49

3．3．1 概述 49

3．3．2 弹性式压力表 51

3．3．3 电容式压力变送器 52

3．3．4 扩散硅压力交送器 54

3．3．5 智能差压变送器 55

3．3．6 压力表的选择和使用 56

3．4 流量测量 58

3．4．1 概述 58

3．4．2 差压式流量计 60

3．4．3 容积式流量计 65

3．4．4 浮子式流量计 65

3．4．5 电磁流量计 66

3．4．6 涡街流量计 67

3．5 物位测量 68

3．5．1 概述 68

3．5．2 静压式液位计 70

3．5．3 磁浮子式液位计 72

3．5．4 电容式物位计 74

3．5．5 其他物位测量仪表 75

3．6 显示仪表 75

3．6．1 概述 75

3．6．2 模拟式显示仪表 76

3．6．3 数字式显示仪表 78

3．6．4 智能化、数字化记录仪 79

习题 82

第4章 过程控制仪表 84

4．1 基本控制规律 84

4．1．1 位式控制 84

4．1．2 比例控制 86

4．1．3 比例积分控制 89

4．1．4 比例微分控制 91

4．1．5 比例积分微分控制 93

4．2 DDZ-Ⅲ型调节器 94

4．2．1 主要功能 94

4．2．2 构成原理 95

4．3 可编程调节器 96

4．3．1 KMM可编程调节器的构成 96

4．3．2 KMM可编程调节器的主要功能 98

4．3．3 正面板和侧面板 104

4．4 可编程控制器 108

4．4．1 可编程控制器的产生与发展 108

4．4．2 可编程控制器的应用场合 109

4．4．3 可编程控制器的构成、分类及工作过程 110

4．4．4 可编程控制器的编程语言 112

4．4．5 可编程控制器选型基本原则 112

4．4．6 松下FP1可编程控制器 115

习题 122

第5章 过程执行仪表 125

5．1 概述 125

5．2 执行机构 126

5．2．1 气动执行机构 126

5．2．2 电动执行机构 128

5．3 调节机构 129

5．3．1 常用调节机构及特点 129

5．3．2 流量系数与可调比 132

5．3．3 流量特性 134

5．4 电-气转换器和阀门定位器 138

5．4．1 电-气转换器 138

5．4．2 阀门定位器的主要用途 140

5．4．3 电-气阀门定位器 141

习题 142

第3篇 过程控制系统 144

第6章 简单控制系统 144

6．1 概述 144

6．2 被控变量的选择 145

6．3 操纵变量的选择 147

6．3．1 对象静态特性对控制质量的影响 148

6．3．2 对象动态特性对控制质量的影响 148

6．3．3 选择操纵变量的原则 149

6．4 控制系统中的测量变送问题 150

6．4．1 测量变送问题对控制质量的影响 150

6．4．2 克服测量变送问题的措施 151

6．5 执行器的选择 153

6．5．1 阀流量特性的选择 153

6．5．2 执行器开闭形式的选择 154

6．6 控制器的选择 155

6．6．1 控制规律的选择 155

6．6．2 控制器正反作用的确定 156

6．7 控制系统的投运及控制器参数的整定 157

6．7．1 控制系统的投运 157

6．7．2 控制器参数的整定 159

习题 161

第7章 复杂控制系统 164

7．1 串级控制系统 164

7．1．1 串级控制系统的结构 164

7．1．2 串级控制系统的工作过程 167

7．1．3 串级控制系统的特点及应用场合 168

7．1．4 串级控制系统设计中的几个问题 169

7．1．5 串级控制系统的整定 171

7．2 比值控制系统 172

7．2．1 概述 172

7．2．2 比值控制系统的类型 173

7．3 前馈控制系统 176

7．3．1 概述 176

7．3．2 前馈控制系统的结构形式 178

7．3．3 前馈控制系统的应用 180

7．4 均匀控制系统 181

7．4．1 均匀控制问题的提出 181

7．4．2 均匀控制的特点 181

7．4．3 均匀控制系统的结构形式 182

7．5 分程控制系统 183

7．5．1 基本概念 183

7．5．2 分程控制系统的应用场合 184

7．6 选择性控制系统 186

7．6．1 基本概念 186

7．6．2 选择性控制系统的实例分析 187

7．7 多冲量控制系统 188

习题 190

第8章 先进过程控制系统介绍 192

8．1 软测量技术 192

8．1．1 辅助变量的选择 193

8．1．2 数据采集与处理 193

8．1．3 软测量模型的建立 193

8．1．4 模型校正 194

8．2 时滞补偿控制 194

8．2．1 Smith预估补偿控制 194

8．2．2 控制实施中的若干问题 195

8．3 解耦控制 195

8．3．1 耦合现象的影响及分析 195

8．3．2 解耦控制 196

8．4 预测控制 197

8．4．1 预测控制的基本原理 197

8．4．2 预测控制工业应用 198

8．5 自适应控制 198

8．5．1 自校正控制系统 199

8．5．2 模型参考自适应控制系统 199

8．6 推断控制 200

8．7 模糊控制 201

8．7．1 模糊控制的特点 201

8．7．2 模糊控制的结构 202

8．8 神经网络控制 204

8．8．1 神经元模型 204

8．8．2 人工神经网络 205

8．8．3 神经网络在控制中的应用 205

8．9 故障诊断与容错控制 206

8．9．1 故障检测与诊断 206

8．9．2 容错控制 207

习题 207

第4篇 计算机控制系统 210

第9章 计算机控制系统基础 210

9．1 概述 210

9．2 系统的硬件组成 211

9．3 系统的软件组成 214

9．3．1 过程检测 214

9．3．2 过程控制 216

9．3．3 组态软件 218

习题 221

第10章 常用计算机控制系统介绍 224

10．1 概述 224

10．1．1 数据采集系统 224

10．1．2 操作指导控制系统 224

10．1．3 直接数字控制系统 225

10．1．4 监督计算机控制系统 225

10．2 工业控制计算机 226

10．2．1 结构组成 226

10．2．2 功能特点 227

10．3 分散控制系统 227

10．3．1 结构组成 228

10．3．2 功能特点 232

10．3．3 应用举例 233

10．4 现场总线控制系统 237

10．4．1 结构组成 237

10．4．2 功能特点 238

10．4．3 应用举例 239

习题 241

附录1 典型单元操作控制方案示例 242

F1．1 化学反应器的控制 242

F1．1．1 反应器的基本控制方案 243

F1．1．2 反应器的新型控制方案 244

F1．2 精馏塔的控制 244

F1．2．1 精馏塔的基本控制方案 245

F1．2．2 精馏塔的前馈、串级、比值、均匀控制 246

F1．2．3 精馏塔的节能控制 247

F1．3 泵和压缩机的控制 248

F1．3．1 泵的控制方案 248

F1．3．2 压缩机的控制方案 249

F1．3．3 压缩机的串、并联运行 250

F1．4 燃烧过程的控制 250

附录2 分度表 252

F2．1 热电偶分度表 252

F2．2 热电阻分度表 258

参考文献 260