过程自动化及仪表（非自动化专业适用）（第三版）

本书第一版于2003年出版，2007年获得过上海市优秀教材一等奖。2007年修改后出版第二版，是国家“十一五”规划教材，2009年获得上海市优秀教学成果奖二等奖、中国石油和化学工业优秀教材奖一等奖。本书不仅是华东理工大学的上海市精品课程“化工自动化及仪表”所用教材，同时还受到不少大专院校的欢迎，被选为相关课程教材。也受到了许多自动化技术人员的欢迎。

现在距离本书第二版修订又过去七年多了，过程自动化及仪表与整个的工业自动化一样发生着变化。除了先进控制策略发展迅速外，自动化仪表也有所更新变化。本书第三版修订大体上仍保持原来的体系，保持紧密结合工业过程实际、理论联系实际的特点，在内容上主要针对仪表和控制装置部分的一些内容进行了更新。

1自动控制系统概述

1.1自动化及仪表发展状况

1.2自动控制系统

1.2.1自动控制系统

122闭环控制与开环控制

123自动控制系统的组成及方框图

124自动控制系统的分类

13自动控制系统的过渡过程及品质指标

131静态与动态

132自动控制系统的过渡过程

133自动控制系统的品质指标

思考题与习题1

2过程特性

21过程特性的类型

22过程的数学描述

23过程特性的一般分析

231放大系数K

232时间常数T

233纯滞后τ

24过程特性参数的实验测定方法

思考题与习题2

3检测变送

31概述

311测量误差

312仪表性能指标

32温度检测

321温度检测方法

322热电偶

323热电阻

324热电偶、热电阻的选用

33流量检测

331流量检测的主要方法

332速度式流量计

333容积式流量计

334质量流量计

335流量仪表的选用

34压力检测

341压力单位和压力检测方法

342常用压力检测仪表

343压力表的选用

35物位检测

351物位检测方法

352常用物位检测仪表

353物位检测仪表的选用

36成分和物性参数检测

361成分和物性参数检测方法

362成分、物性检测的静态特性

363成分、物性检测的动态特性

37其他变量检测

371位移量检测

372转速检测

373振动检测

374厚度检测

375火焰检测

376重量检测

38变送器

381变送器量程迁移和零点迁移

382温度变送器

383差压变送器

384智能变送器

39现代传感器技术的发展

思考题与习题3

4显示仪表

41模拟式显示仪表

411电子电位差计

412电子自动平衡电桥

42数字式显示仪表

421数显仪表的分类

422数显仪表的主要技术指标

423数显仪表的基本组成

43新型显示仪表

431显示仪表发展动态

432无纸记录仪

433虚拟显示仪表

思考题与习题4

5执行器

51执行机构

511气动执行机构

512电动执行机构

52控制阀

521控制阀结构

522控制阀类型

53气动薄膜控制阀的流量特性

531理想流量特性

532工作流量特性

533动态特性

54控制阀口径的确定

541控制阀流量系数KV的计算

542控制阀口径的确定

55阀门定位器

551电气阀门定位器

552阀门定位器作用

56气动薄膜控制阀的选用

561控制阀结构形式及材质的选择

562控制阀流量特性的选择

563气动薄膜控制阀的安装使用

57智能控制阀

思考题与习题5

6控制器

61控制器概述

62控制器的基本控制规律

621连续PID控制算法

622离散PID控制算法

63模拟式控制器

631模拟式控制器基本结构

632DDZⅢ型电动单元控制器

64数字式控制器

641数字式控制器主要特点

642数字式控制器的基本构成

643YS1700控制器

65可编程序控制器

651可编程序控制器概述

652可编程序控制器的工作原理

653可编程序控制器的编程

654可编程序控制器系统应用示例

66集散控制系统

661集散控制系统发展概况

662集散控制系统特点

663集散控制系统的硬件和软件

664TPS系统简介

665TPS系统应用举例

67现场总线控制系统

671现场总线系统的特点

672现场总线系统的发展

673基金会现场总线

674现场总线控制系统的应用

思考题与习题6

7简单控制系统

71控制系统的组成

72简单控制系统的设计

721控制系统设计概述

722被控变量的选择

723操纵变量的选择

724控制规律及控制器作用方向的选择

725执行器(气动薄膜控制阀)的选择

73简单控制系统的参数整定

731经验整定法

732临界比例度法

733衰减曲线法

74控制系统的投运

75简单控制系统设计案例

思考题与习题7

8复杂控制系统

81串级控制系统

811串级控制系统的基本原理和结构

812串级控制系统的特点

813串级控制系统的设计

814串级控制系统控制器参数的整定

82比值控制系统

821基本原理和结构

822比值系数的计算

83均匀控制系统

831均匀控制系统的基本原理和结构

832均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定

84前馈控制系统

841基本原理

842前馈控制的主要结构形式

843采用前馈控制系统的条件

85选择性控制系统

86分程控制系统

861不同工况需要不同的控制手段

862扩大控制阀的可调范围

思考题与习题8

9先进控制技术

91基于模型的预测控制

911预测控制的基本原理

912预测控制的优良性质

913预测控制的应用

92推断控制

93软测量技术

931机理分析与辅助变量的选择

932数据采集和处理

933软测量模型的建立

934软测量模型的在线校正

935软测量技术工业应用

94双重控制系统

95纯滞后补偿控制系统

951史密斯预估补偿控制

952史密斯预估补偿控制实施中若干问题

96解耦控制系统

961系统的关联分析

962减少与解除耦合途径

97差拍控制系统

971差拍控制系统

972达林控制算法

973VE控制算法

98自适应控制

981简单自适应控制系统

982模型参考型自适应控制系统

983自校正控制系统

99鲁棒控制

910智能控制系统

9101智能控制简介

9102专家系统

9103模糊逻辑控制

9104神经网络控制

911故障检测诊断和容错控制

9111故障检测和诊断

9112容错控制

912综合自动化系统

9121综合自动化的意义

9122综合自动化系统的特点

9123工业生产过程计算机集成控制系统的构成

思考题与习题9

10生产过程控制

101流体输送设备的控制

1011泵的控制

1012压缩机的控制

1013变频调速器的应用

1014防喘振控制系统

102传热设备的控制

1021传热设备的静态数学模型

1022一般传热设备的控制

1023管式加热炉的控制

103锅炉设备的控制

1031锅炉汽包水位的控制

1032锅炉燃烧系统的控制

1033蒸汽过热系统的控制

104工业窑炉过程的控制

1041电热式工业窑炉控制

1042燃烧式工业窑炉控制

105精馏塔的控制

1051精馏塔的控制要求

1052精馏塔的扰动分析

1053精馏塔被控变量的选择

1054精馏塔的控制

1055精馏塔的先进控制

106化学反应器的控制

1061化学反应器的控制要求

1062化学反应器的基本控制策略

1063化学反应器的基本控制

107合成氨过程的控制

1071变换炉的控制

1072转化炉水碳比控制

1073合成塔的控制

108石油化工过程的控制

1081常减压过程的控制

1082催化裂化过程的控制

1083乙烯生产过程的控制

1084聚合过程的控制

109生化过程的控制

1091常用生化过程控制

1092青霉素发酵过程控制

1093啤酒发酵过程控制

1010造纸过程的控制

10101纸浆浓度的控制

10102纸料配浆的比值控制

10103磨浆机的控制

10104白水回收控制

1011转炉控制

10111顶吹供氧控制系统

10112底吹供气控制系统

10113炉口微差压及煤气回收控制系统

思考题与习题10

附录1自控工程设计字母代号

附录2部分热电偶、热电阻分度表

参考文献 2100433B

本书以自动控制系统为主体，辅以各种自动化仪表和控制装置，深入浅出地叙述了生产过程有关变量的测量方法及应用特点，自动控制系统的组成和简单、复杂、先进控制系统，以及在设计、运行中与工艺过程有关知识要点,最后介绍了典型工业生产过程：流体输送设备、传热设备、锅炉设备、精馏塔、反应器、窑炉、生化过程、冶金过程、造纸过程等的控制。

本书可作为高等学校非自动化专业（工艺类专业）自动化仪表课程教材，亦可供生产过程工艺技术人员参考。

本书可作为应用型高等工程教育近机械类、非机械类各专业基础课教材。

本书介绍了自动控制原理的基本概念和方法，包括经典控制理论和现代控制理论的主要内容，适合作为信息学科本科学生平台课程教材和非自动控制专业理工科学生的教材。全书共分7章，第1章绪论，引入控制系统的基本概念、定义、术语；第2章控制系统的数学模型，介绍连续系统的时域模型、复域模型、状态空间描述；第3章线性系统的时域分析，对系统动态性能、稳态性能和稳定性进行分析的方法作了详细的讨论；第4章线性系统的频域分析，介绍线性系统的频率特性和频域分析方法；第5章线性系统的校正，介绍线性系统校正的原理和方法，着重讨论了PID控制器的设计及其在系统校正中的作用。第6章采样系统分析，介绍了z变换、脉冲传递函数以及离散系统的分析方法；第7章状态空间分析设计，讨论了线性定常系统的状态空间分析和基本设计方法，各学校可根据专业需要，选择有关章节组织教学。

本书的特点是内容精炼，重点突出，强调基本概念、基本原理的掌握与应用，特别适合少学时数自动控制原理教学的要求。

本书针对工艺操作专业人员在实际中的操作问题，精选了有关内容，避免了过多的理论阐述，注重实际应用。书中主要介绍了化工自动化装置及化工自动化的基础知识。具体内容包括：化工生产过程中的压力、流量、物位、温度、成分的测量及相应的常见仪表的结构、特点和使用，并以工艺操作为出发点，重点介绍了简单、复杂、集散型控制系统在化工生产过程中的应用。书中配有习题，根据内容的要求安排有技能训练。

本书适用于二、三年制化工技工学校和中等职业学校工艺类专业的学生选作教材，也可作为化工、炼油、冶金、轻工等行业工艺专业职工的培训教材。