第1章 流程工业工程控制基础 1
1.1 流程工业工程控制的发展 1
1.1.1 流程工业工程控制发展概况 1
1.1.2 流程工业综合自动化技术的总体结构 1
1.2 过程控制系统基础知识 2
1.2.1 过程控制系统的组成与分类 2
1.2.2 控制系统的过渡过程及其质量指标 5
1.3 基础自动化知识 8
1.3.1 自动化仪表概述 8
1.3.2 检测仪表的测量误差 8
1.3.3 检测仪表的性能指标 9
1.4 计算机控制基础 11
1.4.1 计算机控制系统的原理 11
1.4.2 计算机控制系统的组成及特点 11
1.5 流程工业控制工程常用图例符号 13
1.5.1 自控工程设计中常用图形符号 13
1.5.2 字母代号 14
1.5.3 仪表位号 16
1.5.4 控制符号图表示方法示例 16
1.5.5 用SAMA图表示的自动控制系统图 16
1.5.6 简单控制系统控制符号图识图初步 18
思考题与习题 18
第2章 过程参数的检测与变送 20
2.1 概述 20
2.1.1 检测与变送基本概念 20
2.1.2 变送器的基本输入输出特性 20
2.1.3 模拟式变送器的基本构成原理 21
2.1.4 智能式变送器的基本构成原理 21
2.1.5 变送器的若干共性问题 22
2.2 温度检测与变送 25
2.2.1 概述 25
2.2.2 热电偶 25
2.2.3 热电阻 30
2.2.4 温度变送器 31
2.2.5 常用的温度显示仪表 32
2.2.6 其他温度仪表简介 35
2.2.7 测温仪表的选用与安装 35
2.3 压力测量 36
2.3.1 压力的表示方法 36
2.3.2 压力检测的主要方法 37
2.3.3 常见压力检测仪表 38
2.3.4 智能式压力变送器 41
2.3.5 压力仪表的选用和安装 43
2.4 流量测量 46
2.4.1 概述 46
2.4.2 速度式流量计 47
2.4.3 容积式流量计 53
2.4.4 质量流量计 53
2.4.5 流量仪表的选用 55
2.5 物位测量 55
2.5.1 物位仪表的分类 55
2.5.2 常用物位计 56
2.5.3 物位检测仪表的选用 58
2.6 成分和物性参数检测 59
2.6.1 热导式气体成分检测 59
2.6.2 磁导式气体成分检测 60
2.6.3 红外式气体成分检测 60
2.6.4 溶解氧的检测 61
2.6.5 色谱分析 62
2.6.6 pH值的检测 63
2.6.7 浊度的检测 63
2.7 新型测量仪表简介 64
2.7.1 现场总线仪表 64
2.7.2 软测量技术 64
思考题与习题 65
第3章 过程控制仪表 67
3.1 电动仪表的安全防爆 67
3.1.1 易燃易爆场所对防爆电气设备的要求 67
3.1.2 安全栅 68
3.1.3 易燃易爆场所仪表操作注意事项 70
3.2 控制器 71
3.2.1 DDZ-Ⅲ型控制器 71
3.2.2 可编程数字控制器 74
3.3 执行器 79
3.3.1 电动执行器 80
3.3.2 气动执行器 82
思考题与习题 92
第4章 基本控制规律及其工程实现 93
4.1 位式控制 93
4.1.1 双位控制 93
4.1.2 具有中间区的双位控制 93
4.2 比例控制 94
4.2.1 比例控制规律 94
4.2.2 比例度及其对控制过程的影响 94
4.3 积分控制及比例积分控制 96
4.3.1 积分控制规律 96
4.3.2 比例积分控制规律 97
4.3.3 积分时间及其对过渡过程的影响 97
4.4 微分控制及比例微分控制 98
4.4.1 微分控制规律 98
4.4.2 比例微分控制规律 99
4.4.3 微分时间及其对过渡过程的影响 99
4.5 比例积分微分控制规律 100
4.6 PID控制器的工程实现 100
4.6.1 给定值处理 101
4.6.2 被控量处理 102
4.6.3 偏差处理 102
4.6.4 PID计算 103
4.6.5 控制量处理 104
4.6.6 自动手动切换 104
思考题与习题 106
第5章 过程控制系统 107
5.1 简单控制系统的分析与设计 107
5.1.1 系统被控变量与操纵变量的选择 107
5.1.2 测量变送在系统分析设计中的考虑 108
5.1.3 执行器的选择 111
5.1.4 控制规律的选取 111
5.1.5 控制器的参数整定 112
5.1.6 简单控制系统的投运及故障分析 114
5.2 串级控制系统 118
5.2.1 串级控制系统的基本概念 118
5.2.2 串级控制系统的特点及应用范围 119
5.2.3 串级控制系统的设计 122
5.2.4 串级控制系统的投运及参数整定 125
5.3 前馈控制系统 128
5.3.1 前馈控制的基本概念和方块图 128
5.3.2 前馈控制的特点和局限性 129
5.3.3 前馈控制系统的几种结构形式 129
5.3.4 前馈控制系统的选用原则和应用实例 131
5.4 比值控制系统 132
5.4.1 概述 132
5.4.2 常见的比值控制方案 133
5.5 均匀控制系统 134
5.5.1 均匀控制原理 135
5.5.2 均匀控制方案 135
5.6 分程控制系统 136
5.6.1 概述 136
5.6.2 分程控制的应用场合 137
5.6.3 分程控制系统应用中应注意的几个问题 139
5.7 选择性控制系统 140
5.7.1 概述 140
5.7.2 选择性控制系统的类型 140
5.7.3 选择性控制系统的设计 142
5.8 新型控制系统简介 142
5.8.1 预测控制 143
5.8.2 推理控制 143
5.8.3 解耦控制 143
5.8.4 鲁棒控制 144
5.8.5 自适应控制 144
5.8.6 智能控制 144
5.9 控制流程图识图 145
5.9.1 常规控制流程图的识图 145
5.9.2 计算机控制流程图识图初步 147
思考题与习题 148
第6章 过程输入输出通道 150
6.1 模拟量输入通道 150
6.1.1 模拟量输入通道的组成 150
6.1.2 DCS的模拟量输入（AI）设备 160
6.2 模拟量输出通道 163
6.2.1 模拟量输出通道的组成 163
6.2.2 D/A转换器的性能指标 164
6.2.3 调零和增益校准 165
6.2.4 D/A转换器输入输出特征 165
6.2.5 DCS的模拟量输出（AO）设备 166
6.3 开关量输入输出通道 168
6.3.1 开关量输入通道 169
6.3.2 开关量输出通道 170
6.3.3 DCS的开关量输入／输出（DI/DO）设备 172
思考题与习题 176
第7章 计算机控制系统的抗干扰技术 177
7.1 干扰的来源与传播途径 177
7.1.1 干扰的来源 177
7.1.2 干扰的传播途径 178
7.2 硬件抗干扰措施 179
7.2.1 串模干扰及其抑制 179
7.2.2 共模干扰及其抑制 180
7.2.3 长线传输干扰的抑制 183
7.2.4 信号线的选择与敷设 184
7.2.5 电源系统的抗干扰 185
7.2.6 接地系统的抗干扰 188
7.3 软件抗干扰措施 191
7.3.1 指令冗余技术 191
7.3.2 软件陷阱技术 192
7.4 程序运行监视系统 192
7.4.1 Watchdog Timer的工作原理 192
7.4.2 Watchdog Timer的实现方法 193
思考题与习题 194
第8章 控制网络技术 195
8.1 数据通信基础 195
8.1.1 数据通信系统的构成 195
8.1.2 数据通信方式 196
8.1.3 通信同步技术 197
8.1.4 通信模型 198
8.1.5 通信介质 199
8.1.6 数据传输编码 201
8.1.7 多路复用技术 203
8.2 控制网络技术 205
8.2.1 网络拓扑结构 205
8.2.2 网络控制方法 206
8.2.3 差错控制技术 207
8.3 网络体系结构 208
8.3.1 开放系统互连参考模型 208
8.3.2 TCP/IP协议 210
8.3.3 OPC技术 211
8.4 现场总线技术 212
8.4.1 现场总线技术概念 212
8.4.2 现场总线的发展现状 212
8.4.3 基金会现场总线 213
8.4.4 Profibus总线技术 214
8.4.5 现场总线的技术特点及前景 215
8.5 工业以太网技术 215
8.5.1 以太网的优势 215
8.5.2 工业以太网要解决的问题 216
8.5.3 工业以太网解决非确定性问题的措施 217
8.6 工业控制网络现状 218
思考题与习题 219
第9章 分布式控制系统 220
9.1 概述 220
9.1.1 DCS的发展概况 220
9.1.2 DCS的特点 221
9.1.3 DCS系统的构成方式 222
9.2 DCS的硬件体系结构与功能 224
9.2.1 DCS的过程控制装置 224
9.2.2 操作管理装置 228
9.2.3 DCS主要的数据通信系统 230
9.3 DCS的软件体系与组态方法 230
9.3.1 DCS的软件体系 230
9.3.2 DCS的组态方法 232
9.4 DCS应用实例 238
9.4.1 概述 238
9.4.2 装置规模 238
9.4.3 MACS_V对该装置的控制方案 239
9.4.4 DCS与PLC及第三方设备的通信 247
9.5 DCS的在线调试与投运 248
9.5.1 DCS的在线调试 248
9.5.2 系统投运 251
9.6 几种典型的DCS结构与特点 251
9.6.1 Honeywell公司的Experion PKS系统 251
9.6.2 ABB公司的IndustrialIT系统 253
9.6.3 Emerson公司的PlantWeb系统 255
9.6.4 西门子SIMATIC PCS 7 256
思考题与习题 258
第10章 典型过程的控制 259
10.1 锅炉的过程控制 259
10.1.1 汽包水位控制 259
10.1.2 过热蒸汽温度控制 261
10.1.3 燃烧过程的控制 262
10.1.4 锅炉控制方案实例 263
10.2 化学反应器的过程控制 271
10.2.1 化学反应器的分类方式与控制 272
10.2.2 化学反应器的典型控制方案 273
10.3 精馏塔的过程控制 275
10.3.1 概述 275
10.3.2 精馏塔控制的基本方案 277
10.4 流体输送设备的过程控制 278
10.4.1 泵的控制 278
10.4.2 离心式压缩机的控制 281
10.5 传热设备的过程控制 283
10.5.1 传热设备的静态数学模型 283
10.5.2 一般传热设备的控制 284
10.5.3 管式加热炉的控制 286
思考题与习题 288
附录 289
附录一 铂铑10-铂热电偶分度表 289
附录二 镍铬-铜镍热电偶分度表 294
附录三 镍铬-镍硅热电偶分度表 295
附录四 铂电阻分度表 299
附录五 铜电阻分度表 302
参考文献 304