化工自動化及儀表（工藝類專業適用）（第二版）

1自動控制系統概述1
1.1自動控制系統的組成1
1.2自動控制系統的分類2
1.2.1定值控制系統 2
1.2.2隨動控制系統3
1.2.3程式控制系統3
1.3自動控制系統的過渡過程和品質指標3
1.3.1系統的穩態和動態3
1.3.2系統的過渡過程3
1.3.3描述系統過渡過程的品質指標4
1.4傳遞函數和方塊圖6
1.4.1問題的引入6
1.4.2拉普拉斯變換7
1.4.3傳遞函數9
1.4.4方塊圖9
1.5管道及儀錶流程圖13
1.5.1圖形符號14
1.5.2字母代號15
1.5.3儀錶位號16
思考題與習題16

2控制系統基本組成環節特性分析18
2.1被控物件特性及其對過渡過程的影響18
2.1.1被控物件的數學描述方法18
2.1.2物件數學模型的建立方法19
2.1.3物件機理數學模型的建立19
2.1.4描述物件特性的參數及其對過渡過程的影響23
2.1.5被控物件特性參數的實驗測定方法26
2.2測量、變送環節特性及其對過渡過程的影響27
2.2.1測量元件28
2.2.2變送器29
2.3執行器特性及其對過渡過程的影響29
2.4控制規律及其對過渡過程的影響31
2.4.1雙位控制31
2.4.2比例控制（P）33
2.4.3比例積分控制（PI）36
2.4.4比例微分控制（PD）38
2.4.5比例積分微分控制（PID）40
思考題與習題41

3過程參數的檢測43
3.1概述43
3.1.1檢測過程與測量誤差43
3.1.2過程參數的一般檢測原理47
3.1.3變送器的基本特性和構成原理48
3.1.4變送器的若干共性問題50
3.2壓力檢測52
3.2.1壓力的表示方法52
3.2.2壓力檢測概述53
3.2.3彈性式壓力檢測53
3.2.4電氣式壓力檢測58
3.2.5智能式壓力/差壓變送器60
3.2.6壓力檢測儀錶的選用和安裝61
3.3溫度檢測65
3.3.1溫度檢測概述65
3.3.2熱電偶及其測溫原理66
3.3.3熱電阻及其測溫原理72
3.3.4溫度變送器簡介73
3.3.5其他溫度檢測儀錶簡介78
3.3.6溫度檢測儀錶的選用和安裝78
3.4流量檢測79
3.4.1流量檢測概述80
3.4.2節流式流量計80
3.4.3轉子流量計83
3.4.4電磁流量計85
3.4.5渦輪流量計85
3.4.6旋渦流量計86
3.4.7容積式流量計87
3.4.8其他流量檢測方法87
3.4.9流量檢測儀錶的選用和安裝89
3.5物位檢測90
3.5.1物位檢測概述90
3.5.2差壓式液位計91
3.5.3浮筒式液位計91
3.5.4電容式物位計92
3.5.5核輻射式物位計93
3.5.6物位檢測儀錶的選用和安裝93
3.6成分和物性參數的檢測94
3.6.1熱導式氣體成分檢測94
3.6.2紅外式氣體成分檢測95
3.6.3溶解氧的檢測95
3.6.4pH值的檢測97
3.6.5濁度的檢測97
3.7軟測量技術簡介97
3.8安全儀錶系統100
3.8.1安全儀錶系統的基本概念100
3.8.2安全儀錶系統的結構101
3.8.3安全儀錶系統(SIS)集成設計101
3.8.4安全儀錶系統中感測器設計原則102
思考題與習題103

4控制器106
4.1控制器概述106
4.2數字式控制器106
4.2.1數位式控制器的主要特點106
4.2.2數位式控制器的構成原理107
4.2.3SLPC可程式設計調節器110
思考題與習題116

5電腦控制系統117
5.1概述117
5.1.1電腦控制系統的基本組成117
5.1.2電腦控制系統的發展過程118
5.1.3電腦控制系統的發展特徵120
5.1.4離散化PID控制和數位濾波演算法121
5.2可編程式控制器123
5.2.1概述123
5.2.2PLC基本組成124
5.2.3PLC的基本工作原理125
5.2.4PLC的程式設計簡介126
5.3集散控制系統131
5.3.1概述131
5.3.2DCS的硬體體系結構132
5.3.3DCS的軟體系統136
5.3.4DCS的組態（開發與生成）137
5.4現場匯流排控制系統140
5.4.1現場匯流排的概述140
5.4.2基金會現場匯流排143
5.4.3Profibus現場匯流排146
5.4.4幾個具體問題的分析150
5.5工業乙太網151
5.5.1乙太網的介質存取控制協定151
5.5.2乙太網應用於工業現場的關鍵技術152
5.5.3工業乙太網的應用153
思考題與習題154

6執行器157
6.1概述157
6.1.1執行器在自動控制系統中的作用157
6.1.2執行器的構成157
6.1.3執行器的分類157
6.1.4執行器的作用方式158
6.2執行機構158
6.2.1氣動執行機構158
6.2.2電動執行機構159
6.2.3智能式電動執行機構159
6.3調節機構160
6.4調節閥的流量係數和流量特性162
6.4.1流量係數162
6.4.2流量特性163
6.4.3調節閥的可調比165
6.5閥門定位器166
6.5.1電/氣閥門定位器166
6.5.2氣動閥門定位器167
6.5.3智能式閥門定位器167
6.6執行器的選擇、計算和安裝168
6.6.1執行器結構形式的選擇168
6.6.2調節閥流量特性的選擇169
6.6.3調節閥的口徑選擇170
6.6.4氣動調節閥的安裝171
思考題與習題172

7簡單控制系統173
7.1簡單控制系統的結構與組成173
7.2自動控制的目的及被控變數的選擇174
7.3物件特性對控制品質的影響及控制變數的選擇176
7.3.1控制變數與干擾變數176
7.3.2物件特性對控制品質的影響176
7.3.3控制變數的選擇原則與選擇方法178
7.4測量滯後對控制品質的影響及測量信號的處理181
7.4.1測量滯後對控制品質的影響181
7.4.2克服測量滯後的幾種方法182
7.4.3測量信號的處理182
7.5負荷變化對控制品質的影響及調節閥的選擇183
7.6控制規律的選擇184
7.6.1控制規律的選擇184
7.6.2控制器正、反作用的選擇184
7.7控制系統的投運與參數整定186
7.7.1控制系統的投運186
7.7.2控制器參數的工程整定186
思考題與習題190

8複雜控制系統192
8.1串級控制系統192
8.1.1概述192
8.1.2串級控制系統的工作過程194
8.1.3串級控制系統的特點及應用範圍195
8.1.4串級控制系統主、副回路的選擇195
8.1.5主、副控制器控制規律及正、反作用的選擇198
8.1.6主、副控制器參數的工程整定200
8.2均勻控制系統201
8.2.1均勻控制的目的201
8.2.2均勻控制方案202
8.3比值控制系統203
8.3.1概述203
8.3.2比值控制的類型203
8.4選擇性控制系統206
8.4.1概述206
8.4.2選擇性控制系統的類型206
8.4.3積分飽和及抗積分飽和措施209
8.5分程式控制制系統210
8.5.1概述210
8.5.2分程式控制制的應用211
8.5.3分程式控制制系統應用中應注意的幾個問題213
8.6前饋控制系統213
8.6.1概述213
8.6.2前饋控制系統的結構215
8.6.3前饋控制系統的應用場合216
8.7多衝量控制系統217
思考題與習題219

9新型控制系統222
9.1解耦控制222
9.1.1系統間的相互關聯222
9.1.2解耦控制224
9.2推斷控制226
9.3自我調整控制227
9.3.1自我調整控制系統的特點與功能227
9.3.2自我調整控制系統的類型227
9.4預測控制228
9.4.1預測控制的基本特徵228
9.4.2預測控制演算法的類型229
9.5模糊控制232
9.5.1模糊控制的基本原理232
9.5.2模糊控制的幾種方法234
9.6神經元網路控制234
9.6.1神經元模型234
9.6.2人工神經網路236
9.6.3神經網路在自動控制中的應用237
9.7智慧控制與專家系統237
9.7.1智慧控制概述237
9.7.2智慧控制的主要類型238
9.7.3專家控制系統239
9.8故障檢測與故障診斷240
9.8.1提高控制系統可靠性的主要方法240
9.8.2故障檢測與診斷的主要方法241
思考題與習題242

10典型化工單元的控制243
10.1化工單元自動控制的一般設計原則243
10.2流體輸送設備的控制244
10.2.1離心泵的控制244
10.2.2容積式泵的控制245
10.2.3壓縮機的控制245
10.3傳熱設備的控制247
10.3.1無相變情況下傳熱設備的控制248
10.3.2有相變情況下傳熱設備的控制249
10.4化學反應器的自動控制251
10.4.1釜式反應器的自動控制252
10.4.2固定床反應器的自動控制252
10.4.3流化床反應器的自動控制253
10.4.4鼓泡床反應器的控制254
思考題與習題255

11電腦控制系統的應用257
11.1電腦控制系統的工程設計257
11.1.1電腦控制系統的基本設計原則257
11.1.2電腦控制系統的工程設計程式257
11.1.3電腦控制系統的硬體設計258
11.1.4電腦控制系統的軟體設計260
11.2PLC在啤酒發酵過程中的應用260
11.2.1發酵過程的生產工藝和控制要求簡介260
11.2.2S7 PLC的硬體設計261
11.2.3軟體設計263
11.3DCS在鏈條鍋爐系統中的應用265
11.3.1工藝簡介265
11.3.2系統的主要控制要求266
11.3.3系統控制方案分析266
11.3.4控制方案在DCS上的實現267
11.4FCS在大顆粒尿素裝置中的應用簡介272
11.4.1工藝簡介272
11.4.2DeltaV系統簡介273
11.4.3控制要求在FCS上的實現273
思考題與習題274
部分習題參考答案276

附錄280
附錄1部分壓力單位的換算關係280
附錄2熱電偶分度表280
附錄3熱電阻分度表282
參考文獻284