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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

1.4.1 过程控制系统的过渡过程11

1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标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

3.3.1 概述49

3.3 压力测量49

3.2.7 智能温度变送器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 扩散硅压力变送器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

3.5.1 概述68

3.5 物位测量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 松下FP1编程控制器112

习题119

第5章 过程执行仪表121

5.1 概述121

5.2 执行机构122

5.2.1 气动执行机构122

5.2.2 电动执行机构124

5.3 调节机构125

5.3.1 常用调节机构及特点125

5.3.2 流量系数与可调比128

5.3.3 流量特性130

5.4.1 电－气转换器134

5.4 电－气转换器和阀门定位器134

5.4.2 阀门定位器的主要用途136

5.4.3 电－气阀门定位器137

习题138

第3篇 过程控制系统140

第6章 简单控制系统140

6.1 概述140

6.2 被控变量的选择141

6.3 操纵变量的选择143

6.3.1 对象静态特性对控制质量的影响144

6.3.2 对象动态特性对控制质量的影响144

6.3.3 选择操纵变量的原则145

6.4 控制系统中的测量变送问题146

6.4.1 测量变送问题对控制质量的影响146

6.4.2 克服测量变送问题的措施147

6.5 执行器的选择149

6.5.1 阀流量特性的选择149

6.5.2 执行器开闭形式的选择150

6.6 控制器的选择151

6.6.1 控制规律的选择151

6.6.2 控制器正反作用的确定152

6.7 控制系统的投运及控制器参数的整定153

6.7.1 控制系统的投运153

6.7.2 控制器参数的整定155

习题157

第7章 复杂控制系统160

7.1 串级控制系统160

7.1.1 串级控制系统的结构160

7.1.2 串级控制系统的工作过程163

7.1.3 串级控制系统的特点及应用场合164

7.1.4 串级控制系统设计中的几个问题165

7.1.5 串级控制系统的整定167

7.2 比值控制系统168

7.2.1 概述168

7.2.2 比值控制系统的类型169

7.3 前馈控制系统172

7.3.1 概述172

7.3.2 前馈控制系统的结构形式174

7.3.3 前馈控制系统的应用176

7.4 均匀控制系统177

7.4.1 均匀控制问题的提出177

7.4.2 均匀控制的特点177

7.4.3 均匀控制系统的结构形式178

7.5.1 基本概念179

7.5 分程控制系统179

7.5.2 分程控制系统的应用场合180

7.6 选择性控制系统182

7.6.1 基本概念182

7.6.2 选择性控制系统的实例分析183

7.7 多冲量控制系统184

习题186

第8章 先进过程控制系统介绍188

8.1 软测量技术188

8.1.1 辅助变量的选择189

8.1.2 数据采集与处理189

8.1.3 软测量模型的建立189

8.2.1 Smith预估补偿控制190

8.1.4 模型校正190

8.2 时滞补偿控制190

8.2.2 控制实施中的若干问题191

8.3 解耦控制191

8.3.1 耦合现象的影响及分析191

8.3.2 解耦控制192

8.4 预测控制193

8.4.1 预测控制的基本原理193

8.4.2 预测控制工业应用194

8.5 自适应控制194

8.5.1 自校正控制系统195

8.5.2 模型参考自适应控制系统195

8.6 推断控制196

8.7.1 模糊控制的特点197

8.7 模糊控制197

8.7.2 模糊控制的结构198

8.8 神经网络控制200

8.8.1 神经元模型200

8.8.2 人工神经网络201

8.8.3 神经网络在控制中的应用201

8.9 故障诊断与容错控制202

8.9.1 故障检测与诊断202

8.9.2 容错控制203

习题203

第4篇 计算机控制系统206

第9章 计算机控制系统基础206

9.1 概述206

9.2 系统的硬件组成207

9.2.2 人机联系208

9.2.1 过程通道208

9.2.3 通信网络212

9.3 系统的软件组成213

9.3.1 过程检测214

9.3.2 过程控制215

9.2.3 组态软件217

习题218

第10章 计算机控制系统介绍220

10.1 概述220

10.1.1 数据采集系统220

10.1.2 操作指导控制系统220

10.1.3 直接数字控制系统221

10.1.4 监督计算机控制系统221

10.2.1 结构组成222

10.2 工业控制计算机222

10.3 分散控制系统223

10.2.2 功能特点223

10.3.1 结构组成224

10.3.2 功能特点226

10.3.3 应用举例227

10.4 现场总线控制系统231

10.4.1 结构组成231

10.4.2 功能特点232

10.4.3 应用举例233

习题235

附录1 典型单元操作控制方案示例236

F1.1 化学反应器的控制236

F1.1.1 反应器的基本控制方案237

F1.2 精馏塔的控制238

F1.1.2 反应器的新型控制方案238

F1.2.1 精馏塔的基本控制方案239

F1.2.2 精馏塔的前馈、串级、比值、均匀控制240

F1.2.3 精馏塔的节能控制241

F1.3 泵和压缩机的控制242

F1.3.1 泵的控制方案242

F1.3.2 压缩机的控制方案243

F1.3.3 压缩机的串、并联运行244

F1.4 燃烧过程的控制244

附录2 分度表246

F2.1 热电偶分度表246

F2.2 热电阻分度表258

参考文献261