過(guò)程自動(dòng)化及儀表（非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)適用 第四版）

1自動(dòng)控制系統(tǒng)概述1 1.1自動(dòng)化及儀表發(fā)展?fàn)顩r1 1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)2 1.2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)2 1.2.2閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制4 1.2.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖4 1.2.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)6 1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及品質(zhì)指標(biāo)8 1.3.1靜態(tài)與動(dòng)態(tài)8 1.3.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程9 1.3.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)9 思考題與習(xí)題111 2過(guò)程特性12 2.1過(guò)程特性的類(lèi)型12 2.2過(guò)程的數(shù)學(xué)描述14 2.3過(guò)程特性的一般分析15 2.3.1放大系數(shù)K16 2.3.2時(shí)間常數(shù)T17 2.3.3純滯后τ18 2.4過(guò)程特性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法19 思考題與習(xí)題220 3檢測(cè)變送22 3.1概述22 3.1.1測(cè)量誤差23 3.1.2儀表性能指標(biāo)23 3.2溫度檢測(cè)25 3.2.1溫度檢測(cè)方法25 3.2.2熱電偶26 3.2.3熱電阻29 3.2.4熱電偶、熱電阻的選用30 3.3流量檢測(cè)31 3.3.1流量檢測(cè)的主要方法31 3.3.2速度式流量計(jì)32 3.3.3容積式流量計(jì)36 3.3.4質(zhì)量流量計(jì)36 3.3.5流量?jī)x表的選用38 3.4壓力檢測(cè)39 3.4.1壓力單位和壓力檢測(cè)方法39 3.4.2常用壓力檢測(cè)儀表41 3.4.3壓力表的選用44 3.5物位檢測(cè)44 3.5.1物位檢測(cè)方法45 3.5.2常用物位檢測(cè)儀表45 3.5.3物位檢測(cè)儀表的選用50 3.6成分和物性參數(shù)檢測(cè)50 3.6.1成分和物性參數(shù)檢測(cè)方法51 3.6.2成分、物性檢測(cè)的靜態(tài)特性56 3.6.3成分、物性檢測(cè)的動(dòng)態(tài)特性57 3.7其他變量檢測(cè)57 3.7.1位移量檢測(cè)58 3.7.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)59 3.7.3振動(dòng)檢測(cè)60 3.7.4厚度檢測(cè)60 3.7.5火焰檢測(cè)60 3.7.6重量檢測(cè)60 3.8變送器61 3.8.1變送器量程遷移和零點(diǎn)遷移62 3.8.2溫度變送器63 3.8.3差壓變送器66 3.8.4智能變送器70 3.9現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展73 思考題與習(xí)題375 4顯示儀表76 4.1模擬式顯示儀表77 4.1.1電子電位差計(jì)77 4.1.2電子自動(dòng)平衡電橋79 4.2數(shù)字式顯示儀表80 4.2.1數(shù)顯儀表的分類(lèi)80 4.2.2數(shù)顯儀表的主要技術(shù)指標(biāo)80 4.2.3數(shù)顯儀表的基本組成80 4.3新型顯示儀表82 4.3.1顯示儀表發(fā)展動(dòng)態(tài)82 4.3.2無(wú)紙記錄儀83 4.3.3虛擬顯示儀表84 思考題與習(xí)題４84 5執(zhí)行器85 5.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)86 5.1.1氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)86 5.1.2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)88 5.2控制閥88 5.2.1控制閥結(jié)構(gòu)88 5.2.2控制閥類(lèi)型89 5.3氣動(dòng)薄膜控制閥的流量特性90 5.3.1理想流量特性91 5.3.2工作流量特性92 5.3.3動(dòng)態(tài)特性93 5.4控制閥口徑的確定94 5.4.1控制閥流量系數(shù)KV的計(jì)算94 5.4.2控制閥口徑的確定94 5.5閥門(mén)定位器94 5.5.1電-氣閥門(mén)定位器95 5.5.2閥門(mén)定位器作用95 5.6氣動(dòng)薄膜控制閥的選用96 5.6.1控制閥結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)的選擇96 5.6.2控制閥流量特性的選擇98 5.6.3氣動(dòng)薄膜控制閥的安裝使用98 5.7智能控制閥99 思考題與習(xí)題５100 6控制器101 6.1控制器概述101 6.2控制器的基本控制規(guī)律102 6.2.1連續(xù)PID控制算法103 6.2.2離散PID控制算法112 6.3模擬式控制器113 6.3.1模擬式控制器基本結(jié)構(gòu)113 6.3.2DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元控制器114 6.4數(shù)字式控制器115 6.4.1數(shù)字式控制器主要特點(diǎn)116 6.4.2數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成116 6.4.3AI-759/759P控制器119 6.5可編程序控制器125 6.5.1可編程序控制器概述125 6.5.2可編程序控制器的工作原理127 6.5.3可編程序控制器的編程131 6.5.4可編程序控制器系統(tǒng)應(yīng)用示例141 6.6集散控制系統(tǒng)143 6.6.1集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況143 6.6.2集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)144 6.6.3集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件144 6.6.4TPS系統(tǒng)簡(jiǎn)介145 6.6.5TPS系統(tǒng)應(yīng)用舉例150 6.7現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)155 6.7.1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)155 6.7.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的發(fā)展156 6.7.3基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線156 6.7.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用158 6.8工業(yè)短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)161 6.8.1概述161 6.8.2工業(yè)短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)162 6.8.3工業(yè)短程無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用類(lèi)別163 思考題與習(xí)題6164 7簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)166 7.1控制系統(tǒng)的組成166 7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)167 7.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述167 7.2.2被控變量的選擇168 7.2.3操縱變量的選擇168 7.2.4控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇168 7.2.5執(zhí)行器(氣動(dòng)薄膜控制閥)的選擇170 7.3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定171 7.3.1經(jīng)驗(yàn)整定法171 7.3.2臨界比例度法172 7.3.3衰減曲線法173 7.4控制系統(tǒng)的投運(yùn)173 7.5簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例174 思考題與習(xí)題7175 8復(fù)雜控制系統(tǒng)177 8.1串級(jí)控制系統(tǒng)177 8.1.1串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)177 8.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)178 8.1.3串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)179 8.1.4串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定181 8.2比值控制系統(tǒng)181 8.2.1基本原理和結(jié)構(gòu)181 8.2.2比值系數(shù)的計(jì)算182 8.3均勻控制系統(tǒng)183 8.3.1均勻控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)183 8.3.2均勻控制系統(tǒng)的控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定185 8.4前饋控制系統(tǒng)185 8.4.1基本原理185 8.4.2前饋控制的主要結(jié)構(gòu)形式186 8.4.3采用前饋控制系統(tǒng)的條件186 8.5選擇性控制系統(tǒng)187 8.6分程控制系統(tǒng)188 8.6.1不同工況需要不同的控制手段188 8.6.2擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍188 思考題與習(xí)題8188 9先進(jìn)控制技術(shù)190 9.1基于模型的預(yù)測(cè)控制190 9.1.1預(yù)測(cè)控制的基本原理191 9.1.2預(yù)測(cè)控制的優(yōu)良性質(zhì)192 9.1.3預(yù)測(cè)控制的應(yīng)用192 9.2推斷控制192 9.3軟測(cè)量技術(shù)194 9.3.1機(jī)理分析與輔助變量的選擇194 9.3.2數(shù)據(jù)采集和處理195 9.3.3軟測(cè)量模型的建立195 9.3.4軟測(cè)量模型的在線校正196 9.3.5軟測(cè)量技術(shù)工業(yè)應(yīng)用196 9.4雙重控制系統(tǒng)196 9.5純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)197 9.5.1史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制197 9.5.2史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制實(shí)施中若干問(wèn)題198 9.6解耦控制系統(tǒng)198 9.6.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)分析198 9.6.2減少與解除耦合途徑198 9.7差拍控制系統(tǒng)200 9.7.1差拍控制系統(tǒng)200 9.7.2達(dá)林控制算法200 9.7.3V.E.控制算法200 9.8自適應(yīng)控制201 9.8.1簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制系統(tǒng)201 9.8.2模型參考型自適應(yīng)控制系統(tǒng)201 9.8.3自校正控制系統(tǒng)202 9.9魯棒控制202 9.10智能控制系統(tǒng)203 9.10.1智能控制簡(jiǎn)介203 9.10.2專(zhuān)家系統(tǒng)203 9.10.3模糊邏輯控制204 9.10.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制205 9.11故障檢測(cè)診斷和容錯(cuò)控制206 9.11.1故障檢測(cè)和診斷206 9.11.2容錯(cuò)控制207 9.12綜合自動(dòng)化系統(tǒng)208 9.12.1綜合自動(dòng)化的意義208 9.12.2綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)209 9.12.3工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)的構(gòu)成210 思考題與習(xí)題9211 10生產(chǎn)過(guò)程控制212 10.1流體輸送設(shè)備的控制212 10.1.1泵的控制212 10.1.2壓縮機(jī)的控制214 10.1.3變頻調(diào)速器的應(yīng)用215 10.1.4防喘振控制系統(tǒng)216 10.2傳熱設(shè)備的控制217 10.2.1傳熱設(shè)備的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型217 10.2.2一般傳熱設(shè)備的控制218 10.2.3管式加熱爐的控制220 10.3鍋爐設(shè)備的控制221 10.3.1鍋爐汽包水位的控制222 10.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制224 10.3.3蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)的控制226 10.4工業(yè)窯爐過(guò)程的控制227 10.4.1電熱式工業(yè)窯爐控制227 10.4.2燃燒式工業(yè)窯爐控制228 10.5精餾塔的控制230 10.5.1精餾塔的控制要求231 10.5.2精餾塔的擾動(dòng)分析232 10.5.3精餾塔被控變量的選擇232 10.5.4精餾塔的控制234 10.5.5精餾塔的先進(jìn)控制236 10.6化學(xué)反應(yīng)器的控制240 10.6.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求240 10.6.2化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略241 10.6.3化學(xué)反應(yīng)器的基本控制241 10.7合成氨過(guò)程的控制245 10.7.1變換爐的控制245 10.7.2轉(zhuǎn)化爐水碳比控制245 10.7.3合成塔的控制246 10.8石油化工過(guò)程的控制248 10.8.1常減壓過(guò)程的控制248 10.8.2催化裂化過(guò)程的控制250 10.8.3乙烯生產(chǎn)過(guò)程的控制253 10.8.4聚合過(guò)程的控制255 10.9生化過(guò)程的控制259 10.9.1常用生化過(guò)程控制260 10.9.2青霉素發(fā)酵過(guò)程控制261 10.9.3啤酒發(fā)酵過(guò)程控制262 10.10造紙過(guò)程的控制263 10.10.1紙漿濃度的控制263 10.10.2紙料配漿的比值控制264 10.10.3磨漿機(jī)的控制265 10.10.4白水回收控制266 10.11轉(zhuǎn)爐控制266 10.11.1頂吹供氧控制系統(tǒng)266 10.11.2底吹供氣控制系統(tǒng)267 10.11.3爐口微差壓及煤氣回收控制系統(tǒng)268 思考題與習(xí)題10269 11安全儀表系統(tǒng)在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用270 11.1功能安全標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介270 11.2安全儀表系統(tǒng)271 11.2.1安全儀表系統(tǒng)概念271 11.2.2過(guò)程工業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)降低機(jī)制271 11.2.3安全完整性等級(jí)272 11.2.4安全儀表的冗余結(jié)構(gòu)273 11.3安全儀表系統(tǒng)在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用案例276 11.3.1加熱爐安全停車(chē)系統(tǒng)276 11.3.2高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)278 11.3.3火災(zāi)和氣體安全系統(tǒng)279 思考題與習(xí)題11281 附錄1自控工程設(shè)計(jì)字母代號(hào)282 附錄2部分熱電偶、熱電阻分度表283 參考文獻(xiàn)287