化工自動化及儀表（工藝類專業(yè)適用 第二版）

1自動控制系統(tǒng)概述1
1.1自動控制系統(tǒng)的組成1
1.2自動控制系統(tǒng)的分類2
1.2.1定值控制系統(tǒng) 2
1.2.2隨動控制系統(tǒng)3
1.2.3程序控制系統(tǒng)3
1.3自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標3
1.3.1系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)3
1.3.2系統(tǒng)的過渡過程3
1.3.3描述系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)指標4
1.4傳遞函數(shù)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(shù)9
1.4.4方塊圖9
1.5管道及儀表流程圖13
1.5.1圖形符號14
1.5.2字母代號15
1.5.3儀表位號16
思考題與習題16
2控制系統(tǒng)基本組成環(huán)節(jié)特性分析18
2.1被控對象特性及其對過渡過程的影響18
2.1.1被控對象的數(shù)學描述方法18
2.1.2對象數(shù)學模型的建立方法19
2.1.3對象機理數(shù)學模型的建立19
2.1.4描述對象特性的參數(shù)及其對過渡過程的影響23
2.1.5被控對象特性參數(shù)的實驗測定方法26
2.2測量、變送環(huán)節(jié)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(zhí)行器特性及其對過渡過程的影響29
2.4控制規(guī)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(shù)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(shù)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壓力檢測儀表的選用和安裝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其他溫度檢測儀表簡介78
3.3.6溫度檢測儀表的選用和安裝78
3.4流量檢測79
3.4.1流量檢測概述80
3.4.2節(jié)流式流量計80
3.4.3轉(zhuǎn)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流量檢測儀表的選用和安裝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物位檢測儀表的選用和安裝93
3.6成分和物性參數(shù)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安全儀表系統(tǒng)100
3.8.1安全儀表系統(tǒng)的基本概念100
3.8.2安全儀表系統(tǒng)的結構101
3.8.3安全儀表系統(tǒng)(SIS)集成設計101
3.8.4安全儀表系統(tǒng)中傳感器設計原則102
思考題與習題103
4控制器106
4.1控制器概述106
4.2數(shù)字式控制器106
4.2.1數(shù)字式控制器的主要特點106
4.2.2數(shù)字式控制器的構成原理107
4.2.3SLPC可編程調(diào)節(jié)器110
思考題與習題116
5計算機控制系統(tǒng)117
5.1概述117
5.1.1計算機控制系統(tǒng)的基本組成117
5.1.2計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程118
5.1.3計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展特征120
5.1.4離散化PID控制和數(shù)字濾波算法121
5.2可編程序控制器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的程序設計簡介126
5.3集散控制系統(tǒng)131
5.3.1概述131
5.3.2DCS的硬件體系結構132
5.3.3DCS的軟件系統(tǒng)136
5.3.4DCS的組態(tài)（開發(fā)與生成）137
5.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)140
5.4.1現(xiàn)場總線的概述140
5.4.2基金會現(xiàn)場總線143
5.4.3Profibus現(xiàn)場總線146
5.4.4幾個具體問題的分析150
5.5工業(yè)以太網(wǎng)151
5.5.1以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議151
5.5.2以太網(wǎng)應用于工業(yè)現(xiàn)場的關鍵技術152
5.5.3工業(yè)以太網(wǎng)的應用153
思考題與習題154
6執(zhí)行器157
6.1概述157
6.1.1執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用157
6.1.2執(zhí)行器的構成157
6.1.3執(zhí)行器的分類157
6.1.4執(zhí)行器的作用方式158
6.2執(zhí)行機構158
6.2.1氣動執(zhí)行機構158
6.2.2電動執(zhí)行機構159
6.2.3智能式電動執(zhí)行機構159
6.3調(diào)節(jié)機構160
6.4調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)和流量特性162
6.4.1流量系數(shù)162
6.4.2流量特性163
6.4.3調(diào)節(jié)閥的可調(diào)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(zhí)行器的選擇、計算和安裝168
6.6.1執(zhí)行器結構形式的選擇168
6.6.2調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇169
6.6.3調(diào)節(jié)閥的口徑選擇170
6.6.4氣動調(diào)節(jié)閥的安裝171
思考題與習題172
7簡單控制系統(tǒng)173
7.1簡單控制系統(tǒng)的結構與組成173
7.2自動控制的目的及被控變量的選擇174
7.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及控制變量的選擇176
7.3.1控制變量與干擾變量176
7.3.2對象特性對控制質(zhì)量的影響176
7.3.3控制變量的選擇原則與選擇方法178
7.4測量滯后對控制質(zhì)量的影響及測量信號的處理181
7.4.1測量滯后對控制質(zhì)量的影響181
7.4.2克服測量滯后的幾種方法182
7.4.3測量信號的處理182
7.5負荷變化對控制質(zhì)量的影響及調(diào)節(jié)閥的選擇183
7.6控制規(guī)律的選擇184
7.6.1控制規(guī)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(tǒng)的投運與參數(shù)整定186
7.7.1控制系統(tǒng)的投運186
7.7.2控制器參數(shù)的工程整定186
思考題與習題190
8復雜控制系統(tǒng)192
8.1串級控制系統(tǒng)192
8.1.1概述192
8.1.2串級控制系統(tǒng)的工作過程194
8.1.3串級控制系統(tǒng)的特點及應用范圍195
8.1.4串級控制系統(tǒng)主、副回路的選擇195
8.1.5主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇198
8.1.6主、副控制器參數(shù)的工程整定200
8.2均勻控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)206
8.4.1概述206
8.4.2選擇性控制系統(tǒng)的類型206
8.4.3積分飽和及抗積分飽和措施209
8.5分程控制系統(tǒng)210
8.5.1概述210
8.5.2分程控制的應用211
8.5.3分程控制系統(tǒng)應用中應注意的幾個問題213
8.6前饋控制系統(tǒng)213
8.6.1概述213
8.6.2前饋控制系統(tǒng)的結構215
8.6.3前饋控制系統(tǒng)的應用場合216
8.7多沖量控制系統(tǒng)217
思考題與習題219
9新型控制系統(tǒng)222
9.1解耦控制222
9.1.1系統(tǒng)間的相互關聯(lián)222
9.1.2解耦控制224
9.2推斷控制226
9.3自適應控制227
9.3.1自適應控制系統(tǒng)的特點與功能227
9.3.2自適應控制系統(tǒng)的類型227
9.4預測控制228
9.4.1預測控制的基本特征228
9.4.2預測控制算法的類型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(jīng)元網(wǎng)絡控制234
9.6.1神經(jīng)元模型234
9.6.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡236
9.6.3神經(jīng)網(wǎng)絡在自動控制中的應用237
9.7智能控制與專家系統(tǒng)237
9.7.1智能控制概述237
9.7.2智能控制的主要類型238
9.7.3專家控制系統(tǒng)239
9.8故障檢測與故障診斷240
9.8.1提高控制系統(tǒng)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計算機控制系統(tǒng)的應用257
11.1計算機控制系統(tǒng)的工程設計257
11.1.1計算機控制系統(tǒng)的基本設計原則257
11.1.2計算機控制系統(tǒng)的工程設計程序257
11.1.3計算機控制系統(tǒng)的硬件設計258
11.1.4計算機控制系統(tǒng)的軟件設計260
11.2PLC在啤酒發(fā)酵過程中的應用260
11.2.1發(fā)酵過程的生產(chǎn)工藝和控制要求簡介260
11.2.2S7 PLC的硬件設計261
11.2.3軟件設計263
11.3DCS在鏈條鍋爐系統(tǒng)中的應用265
11.3.1工藝簡介265
11.3.2系統(tǒng)的主要控制要求266
11.3.3系統(tǒng)控制方案分析266
11.3.4控制方案在DCS上的實現(xiàn)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(tǒng)簡介273
11.4.3控制要求在FCS上的實現(xiàn)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系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