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上篇 自动化仪表1

自动化仪表概述3

0.1 自动化仪表及其发展概况3

0.2 电动单元组合仪表及其控制系统的组成4

0.3 仪表的基本技术指标6

复习思考题7

第1章 检测仪表8

1.1 温度检测仪表8

1.1.1 测量温度的主要方法8

1.1.2 热电偶9

1.1.3 热电阻11

1.1.4 半导体热敏电阻13

1.1.5 热电偶温度变送器的基本结构13

1.1.6 DDZ—Ⅲ型热电偶温度变送器的实际线路17

1.2 压力检测仪表19

1.2.1 弹性式压力测量元件20

1.2.2 力平衡式压力（差压）变送器21

1.2.3 位移式差压（压力）变送器23

1.2.4 固态测压仪表26

1.3 流量检测仪表27

1.3.1 节流式流量计28

1.3.2 容积式流量计31

1.3.3 涡轮流量计32

1.3.4 电磁流量计33

1.3.5 旋涡式流量计34

1.4 液位检测仪表36

1.4.1 浮力式液位计和静压式液位计36

1.4.2 电容式液位计37

1.4.3 超声波液位计38

1.5 成分分析仪表39

1.5.1 热导式气体分析仪39

1.5.2 红外线气体分析仪41

1.5.3 色谱分析仪43

1.5.4 氧化锆氧分析仪46

复习思考题48

第2章 调节器49

2.1 调节器的调节规律49

2.2 PID运算电路50

2.2.1 比例积分运算电路51

2.2.2 比例微分运算电路53

2.2.3 PID运算电路55

2.3 PID调节器的阶跃响应和频率特性56

2.3.1 PID调节器的阶跃响应56

2.3.2 PID调节器的频率特性57

2.4 PID调节器的完整结构59

2.5 数字控制算法61

2.5.1 基本PID的离散表达式62

2.5.2 采样周期的选择63

2.5.3 变形的PID控制算法64

2.5.4 混合过程PID算法67

2.5.5 字长的考虑68

2.6 可编程序调节器68

2.6.1 可编程序调节器的电路69

2.6.2 数字调节器的工作时序73

2.6.3 用户程序结构及数据格式75

2.6.4 运算模块76

2.6.5 控制模块及编程84

2.6.6 程序的写入和调试94

2.6.7 数字调节器的通信96

复习思考题97

第3章 集散控制系统与现场总线控制系统98

3.1 集散控制系统的发展及其组成98

3.1.1 集散控制系统的发展98

3.1.2 CENTUM CS3000基本组成103

3.1.3 CENTUM CS3000的现场总线网络106

3.1.4 CENTUM CS3000子系统的一体化功能109

3.2 DCS现场控制站的功能110

3.2.1 反馈控制功能111

3.2.2 顺序控制功能120

3.3 DCS操作站的功能129

3.4 现场总线通信技术135

3.4.1 现场总线技术的发展136

3.4.2 开放系统互连参考模型137

3.4.3 HART通信技术138

3.4.4 基金会现场总线通信技术139

3.5 基金会现场总线的用户应用148

3.5.1 用户应用模块148

3.5.2 系统管理159

3.5.3 设备信息文件160

3.5.4 现场总线控制系统的设计162

3.6 信息集成的连接桥梁——OPC技术164

3.6.1 OPC技术简介164

3.6.2 OPC技术规范165

3.6.3 OPC技术应用166

3.7 典型现场总线控制系统举例168

3.7.1 现场总线控制系统System 302的组成168

3.7.2 系统System 302中现场设备与网络的组态172

3.7.3 系统System 302中人机界面的组态174

3.8 过程控制系统的其他结构174

小结175

复习思考题176

第4章 执行器和防爆栅177

4.1 执行器177

4.1.1 气动执行器177

4.1.2 电—气转换器182

4.1.3 阀门定位器183

4.1.4 电动执行器185

4.2 防爆栅187

4.2.1 安全火花防爆系统的概念187

4.2.2 安全火花防爆的等级188

4.2.3 防爆栅的基本工作原理189

4.2.4 隔离式防爆栅190

复习思考题194

下篇 过程控制195

第5章 过程控制对象动态特性及其数学模型197

5.1 单容对象动态特性及其数学描述198

5.1.1 水槽水位的动态特性198

5.1.2 对象的自衡特性200

5.2 多容对象的特性、容量滞后、纯滞后201

5.2.1 双容对象的特性201

5.2.2 纯滞后202

5.3 对象特性的实验测定、时域法203

5.3.1 实验测定方法描述203

5.3.2 测定动态特性的时域方法204

5.4 测定动态特性的频域方法207

5.4.1 正弦波方法207

5.4.2 频率特性的相关测试法208

5.4.3 闭路测定法210

5.5 测定动态特性的统计方法211

5.5.1 相关分析法识别对象动态特性的原理211

5.5.2 基于M序列信号测定对象的动态特性213

复习思考题224

第6章 单回路调节系统的设计及调节器参数整定方法225

6.1 概述225

6.2 对象动态特性对调节质量的影响及调节方案的确定227

6.2.1 干扰通道动态特性对调节质量的影响227

6.2.2 调节通道动态特性对调节质量的影响228

6.2.3 调节方案的确定230

6.3 调节规律对系统动态特性的影响、调节规律的选择232

6.3.1 在干扰作用下双容对象的比例调节232

6.3.2 系统调节性能指标、PI、PD调节作用分析236

6.3.3 调节规律的选择241

6.4 调节器参数的实验整定方法241

6.4.1 稳定边界法242

6.4.2 反应曲线法242

6.4.3 衰减曲线法244

6.4.4 三种整定方法的比较245

复习思考题246

第7章 常用过程控制系统247

7.1 串级调节系统247

7.1.1 串级调节系统的组成247

7.1.2 串级调节系统的特点和效果分析249

7.1.3 调节器的选型和整定方法251

7.2 比值调节系统252

7.2.1 比值调节系统的组成原理252

7.2.2 比值调节系统的整定254

7.3 均匀调节系统256

7.3.1 均匀调节系统的组成256

7.3.2 调节器的选型和参数整定257

7.4 前馈调节系统259

7.4.1 前馈控制的工作原理259

7.4.2 扰动补偿规律及其局限性260

7.4.3 复合调节系统的特性分析261

7.4.4 复合调节系统参数的选择264

7.4.5 自治调节系统265

7.4.6 自治调节系统解耦装置的综合267

复习思考题269

第8章 复杂过程控制系统270

8.1 多变量解耦控制系统270

8.1.1 多变量过程的基本描述270

8.1.2 相对增益与相对增益矩阵271

8.1.3 解耦控制系统的设计274

8.1.4 解耦控制中的一些问题276

8.2 推理控制系统277

8.2.1 推理控制的基本原理277

8.2.2 推理—反馈控制系统279

8.2.3 辅助控制量的选择279

8.2.4 控制作用的限幅280

8.3 预测控制系统280

8.3.1 预测模型281

8.3.2 参考轨迹283

8.3.3 控制算法283

8.3.4 预测控制的优点及存在问题284

8.3.5 基于Laguerre函数的预测控制方法286

复习思考题287

第9章 自动调节系统在生产过程中的应用举例288

9.1 石油加工蒸馏装置的仪表控制系统288

9.1.1 石油加工中的仪表控制系统概要288

9.1.2 蒸馏塔的仪表控制系统288

9.2 钢铁工业中加热炉的控制系统294

9.2.1 钢铁生产过程概要294

9.2.2 加热炉的燃烧控制295

9.2.3 燃烧控制的串级比值调节系统297

9.2.4 交叉限幅并联副回路的串级调节298

9.3 锅炉的自动调节系统301

9.3.1 汽包水位的调节302

9.3.2 燃烧过程的调节305

9.3.3 锅炉控制系统举例307

9.4 火电机组的脱硝控制系统309

9.4.1 火力电厂生产过程309

9.4.2 烟气脱硝过程310

9.4.3 烟气脱硝技术312

9.4.4 基于模型预测控制的烟气脱硝控制系统315

复习思考题317

参考文献318