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本教材從過程裝備自動控制技術的應用角度，主要介紹過程裝備控制系統的基本概念，基本組成、原理及應用；常見過程參數如壓力、溫度、流量、液位元、物質成分等的測量方法原理及所用儀器、儀錶的結構；常用程序控制儀錶的結構原理；以及電腦控制系統的構成原理和可程式設計控制器技術；典型過程裝備控制系統應用實例；最後簡要介紹了幾種先進的程序控制技術。
本教材可供過程裝備與控制工程專業本科和研究生使用，也可供有關院校石油、化工、能源、環境工程、安全工程等專業學生使用，也可供從事過程裝備與控制行業的工程技術人員參考。
1控制系統的基本概念1
1.1概述1
1.1.1生產過程自動化系統所包含的內容1
1.1.2過程裝備控制的任務和要求2
1.2控制系統的組成2
1.2.1過程裝備控制的基本概念2
1.2.2系統組成3
1.3控制系統的方框圖4
1.4控制系統的分類6
1.4.1按給定值的變化規律劃分6
1.4.2按系統輸出信號對操縱變數影響的方式劃分6
1.4.3按系統的複雜程度劃分7
1.4.4按系統克服幹擾的方法劃分8
1.4.5按控制作用的形式劃分8
1.4.6按控制系統的特性劃分9
1.5控制系統的過渡過程及其性能指標9
1.5.1控制系統的過渡過程9
1.5.2控制系統的性能指標10
1.5.3自動控制系統性能的基本要求12
思考題與習題13
2程式控制系統設計基礎15
2.1數學模型15
2.1.1微分方程15
2.1.2傳遞函數16
2.1.3方框圖的簡化18
2.2被控物件的動態特性23
2.2.1被控物件的數學描述23
2.2.2被控物件的特性參數26
2.2.3物件特性的實驗測定28
2.3控制器的動態特性33
2.3.1控制器的基本控制規律33
2.3.2控制規律的選取41
2.4單回路控制系統42
2.4.1單回路控制系統的設計42
2.4.2控制器參數的工程整定46
思考題與習題49
3複雜控制系統52
3.1串級控制系統52
3.1.1基本原理52
3.1.2主要特點及其應用場合55
3.1.3控制器參數工程整定56
3.2前饋控制系統57
3.2.1基本原理57
3.2.2主要結構形式59
3.2.3參數整定62
3.3比值控制系統63
3.3.1定比值控制系統64
3.3.2變比值控制系統65
3.3.3比值控制系統的實施66
3.3.4比值控制系統的參數整定68
3.4選擇性控制系統69
3.4.1基本原理69
3.4.2選擇性控制的類型70
3.4.3選擇性控制中選擇器性質的確定71
3.4.4積分飽和防止措施71
3.5均勻控制系統71
3.5.1基本原理及特點71
3.5.2均勻控制的類型72
3.5.3控制器的參數整定73
3.6分程式控制制系統73
思考題與習題75
4過程檢測技術77
4.1測量與誤差的基本知識77
4.1.1測量的基本概念77
4.1.2誤差的基本概念79
4.1.3儀器儀錶的主要性能指標83
4.2感測器概述86
4.2.1感測器基本概念及組成87
4.2.2感測器分類88
4.2.3感測器特性及標定89
4.2.4新型感測器介紹90
4.2.5感測器選用94
4.2.6感測器發展動向95
4.3壓力測量96
4.3.1概述96
4.3.2液柱式壓力計97
4.3.3彈性式壓力計100
4.3.4壓阻式壓力計101
4.3.5壓電式壓力計103
4.3.6壓力計的選用104
4.4溫度測量105
4.4.1概論105
4.4.2熱膨脹式溫度計106
4.4.3熱電偶測溫儀錶107
4.4.4熱電阻測溫儀錶111
4.4.5測溫儀錶的選用114
4.5流量測量114
4.5.1概述114
4.5.2壓差式流量計114
4.5.3轉子式流量計118
4.5.4渦街流量計119
4.5.5電磁式流量計120
4.5.6熱式氣體品質流量計121
4.5.7流量測量儀錶的選用123
4.6液位測量123
4.6.1概述123
4.6.2浮力式液位計123
4.6.3靜壓式液位計125
4.6.4電容式液位計127
4.6.5光纖液位元計128
4.6.6液位計的選用129
4.7物質成分分析130
4.7.1紅外線氣體分析儀130
4.7.2氧化鋯氧氣分析儀133
4.7.3工業電導儀135
4.7.4氣相色譜儀139
4.8過程檢測技術的新進展142
4.8.1智慧感測器142
4.8.2軟測量技術143
4.8.3多感測器資訊融合144
4.8.4虛擬儀器145
4.8.5過程監測系統應用實例147
思考題與習題148
5程式控制裝置151
5.1變送器151
5.1.1差壓變送器152
5.1.2防爆安全柵163
5.1.3溫度變送器167
5.1.4標準儀錶的信號標準以及與電源連接的方式171
5.1.5典型系統的變送器選擇172
5.2控制器172
5.2.1控制器控制規律的實現方法173
5.2.2PID控制器的硬體結構176
5.2.3典型系統的控制器選擇187
5.3執行器188
5.3.1氣動執行器188
5.3.2電動執行器199
5.3.3電-氣轉換器及電-氣閥門定位器201
5.3.4典型系統執行器的選擇203
思考題與習題204
6電腦控制系統206
6.1概述206
6.2電腦控制系統的組成及分類207
6.2.1電腦控制系統的組成207
6.2.2電腦控制系統的分類209
6.3A/D與D/A轉換器213
6.3.1A/D轉換器213
6.3.2A/D選擇原則214
6.3.3D/A轉換器215
6.3.4D/A選擇原則216
6.3.5A/D、D/A介面板介紹217
6.4電腦測試系統218
6.4.1電腦在測試技術中的作用218
6.4.2電腦測試系統的基本結構218
6.4.3資料獲取220
6.4.4電腦測試系統的設計222
6.5直接數位控制系統223
6.5.1DDC系統概述223
6.5.2DDC的基本演算法226
6.5.3改進的PID演算法230
6.5.4DDC的PID演算法中參數的整定234
6.5.5採樣週期的選擇235
6.6可編程式控制器及其應用*236
6.6.1概述236
6.6.2可編程式控制器的基本組成與工作原理237
6.6.3可編程式控制器的程式設計指令239
6.6.4可編程式控制器的應用舉例241
6.7集散控制系統與現場匯流排控制系統243
6.7.1集散控制系統243
6.7.2現場匯流排控制系統248
6.7.3工業系統電腦控制新技術252
6.8電腦控制系統的設計與實現254
6.8.1電腦控制系統的設計原則254
6.8.2電腦控制系統設計的一般步驟255
6.8.3電腦控制系統設計實例256
6.9提高電腦控制系統可靠性的措施261
6.9.1提高元器件的可靠性261
6.9.2冗餘技術261
6.9.3採取抗幹擾措施262
思考題與習題265
7典型程式控制系統應用方案267
7.1熱交換器溫度回饋——靜態前饋控制系統267
7.1.1生產過程對系統設計的要求267
7.1.2系統組成267
7.1.3儀錶靜態參數的設置268
7.2單回路控制系統的應用269
7.2.1生產工藝簡況270
7.2.2系統設計270
7.3流體輸送設備的控制272
7.3.1概述272
7.3.2泵及壓縮機的典型控制方案273
7.4反應器的控制*277
7.4.1化學反應的特點與基本規律277
7.4.2化學反應器的控制要求和手段279
7.4.3反應器溫度被控變數的選擇280
7.4.4以溫度作為控制指標的控制方案282
7.5精餾塔的控制284
7.5.1概述284
7.5.2精餾塔的基本關係285
7.5.3精餾塔的控制要求及幹擾因素285
7.5.4被控變數的選擇286
7.5.5精餾塔的控制287
7.6電腦數位控制的典型實例——爐溫控制系統的電腦控制288
7.6.1控制方案設計288
7.6.2硬體線路289
7.6.3控制演算法的確定290
7.6.4程式流程框圖291
7.6.5控制系統的調試291
思考題與習題293
8先進程式控制系統簡介294
8.1概述294
8.2自我調整控制系統294
8.2.1基本概念294
8.2.2自我調整控制系統的基本類型295
8.3推斷控制系統295
8.4預測控制系統296
8.5模糊控制系統298
8.6人工神經網路控制系統300
8.6.1人工神經網路的數學模型300
8.6.2人工神經網路拓撲結構及學習演算法301
8.6.3常用神經網路簡介302
8.6.4人工神經網路與自動控制304
附錄1拉普拉斯變換對照表307
附錄2常用標準熱電阻分度表309
F2.1Pt100型鉑熱電阻分度表309
F2.2Cu50型熱電阻分度表310
附錄3常用標準熱電偶分度表311
F3.1鉑銠10-鉑熱電偶分度表（S型）311
F3.2鉑銠13-鉑熱電偶分度表（R型）312
F3.3鉑銠30-鉑銠6熱電偶分度表（B型）313
F3.4銅-銅鎳（康銅）熱電偶分度表（T型）314
F3.5鎳鉻-銅鎳（康銅）熱電偶分度表（E型）315
附錄4常用管道儀錶流程圖設計符號316
附錄5課外專案設計參考題目319
參考文獻320
