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第1章 自动控制系统基础1

1.1 什么是自动化1

1.2 自动化及仪表发展状况2

1.3 自动控制系统4

1.3.1 自动控制系统4

1.3.2 闭环控制与开环控制5

1.3.3 自动控制系统的组成及方框图6

1.3.4 自动控制系统的分类8

1.4 自动控制系统的过渡过程及品质指标10

1.4.1 稳态与动态10

1.4.2 自动控制系统的过渡过程11

1.4.3 自动控制系统的品质指标12

思考题14

第2章 化工过程数学模型15

2.1 化工过程稳态数学模型15

2.1.1 机理建模15

2.1.2 经验模型17

2.1.3 机理与经验的组合建模18

2.2 化工过程动态数学模型19

2.2.1 化工动态数学模型的作用和要求19

2.2.2 建立化工动态数学模型的途径20

2.2.3 化工过程动态数学模型21

2.2.4 化工过程特性的分析25

2.2.5 系统辨识和参数估计28

思考题30

第3章 化工测量仪表31

3.1 概述31

3.1.1 测量误差32

3.1.2 仪表性能指标32

3.2 温度检测33

3.2.1 温度检测方法34

3.2.2 热电偶35

3.2.3 热电阻39

3.2.4 热电偶和热电阻的选用40

3.3 流量检测41

3.3.1 流量检测的主要方法41

3.3.2 速度式流量计42

3.3.3 容积式流量计47

3.3.4 质量流量计48

3.3.5 流量仪表的选用49

3.4 压力检测51

3.4.1 压力单位和压力检测方法51

3.4.2 常用压力检测仪表52

3.4.3 压力表的选用56

3.5 物位检测57

3.5.1 物位检测方法57

3.5.2 常用物位检测仪表58

3.5.3 物位检测仪表的选用63

3.6 成分和物性参数检测63

3.6.1 成分和物性参数检测方法63

3.6.2 成分、物性检测的稳态特性70

3.6.3 成分、物性检测的动态特性70

3.7 其他变量检测71

3.7.1 位移量检测71

3.7.2 转速检测73

3.7.3 振动检测74

3.7.4 厚度检测74

3.7.5 火焰检测74

3.7.6 重量检测75

3.8 变送器76

3.8.1 变送器量程迁移和零点迁移77

3.8.2 温度变送器78

3.8.3 差压变送器81

3.8.4 智能变送器87

3.9 软测量技术90

3.9.1 机理分析与辅助变量的选择91

3.9.2 数据采集和处理92

3.9.3 软测量模型的建立92

3.9.4 软测量模型的在线校正93

3.9.5 软测量技术工业应用93

3.10 显示仪表94

3.10.1 数字式显示仪表95

3.10.2 数字式显示仪表的基本组成95

3.10.3 新型显示仪表97

思考题99

第4章 执行器101

4.1 执行机构102

4.1.1 气动执行机构102

4.1.2 电动执行机构103

4.2 控制阀104

4.2.1 控制阀结构104

4.2.2 控制阀类型105

4.3 气动薄膜控制阀的流量特性107

4.3.1 理想流量特性108

4.3.2 工作流量特性109

4.3.3 动态特性110

4.4 控制阀口径的确定110

4.4.1 控制阀流通能力Cv的计算110

4.4.2 控制阀口径的确定111

4.5 阀门定位器111

4.5.1 电-气阀门定位器112

4.5.2 阀门定位器作用112

4.6 气动薄膜控制阀的安装使用113

4.7 智能控制阀114

4.8 几种现场仪表的安全防爆技术114

4.8.1 隔爆型仪表114

4.8.2 本质安全防爆仪表115

4.8.3 本安防爆系统115

思考题116

第5章 控制装置117

5.1 概述117

5.2 控制器的基本控制规律119

5.2.1 连续PID控制算法119

5.3 模拟式控制器125

5.3.1 模拟式控制器的基本结构125

5.3.2 DDZ-Ⅲ型电动单元控制器126

5.4 数字式控制器127

5.4.1 数字式控制器的主要特点128

5.4.2 数字式控制器的基本构成128

5.5 可编程序控制器132

5.5.1 可编程序控制器概述132

5.5.2 可编程序控制器的工作原理134

5.5.3 可编程序控制器的编程138

5.5.4 可编程序控制器系统应用示例141

5.6 计算机监控系统143

5.6.1 SCADA简介143

5.6.2 SCADA的人机界面144

5.6.3 反应釜温度控制监控举例145

5.7 集散控制系统152

5.7.1 集散控制系统发展概况152

5.7.2 集散控制系统特点153

5.7.3 集散控制系统的硬件和软件154

5.7.4 TPS系统简介155

5.7.5 PCS 7系统简介160

5.7.6 集散控制系统应用举例164

5.8 现场总线控制系统168

5.8.1 现场总线系统的特点168

5.8.2 现场总线标准的发展169

5.8.3 基金会现场总线170

5.8.4 现场总线控制系统的应用172

思考题175

第6章 常用控制系统176

6.1 简单控制系统176

6.1.1 简单控制系统的组成176

6.1.2 简单控制系统的设计177

6.1.3 简单控制系统的参数整定182

6.1.4 控制系统的投运184

6.1.5 简单控制系统设计案例185

6.2 串级控制系统187

6.2.1 串级控制系统的基本原理和结构187

6.2.2 串级控制系统的特点188

6.2.3 串级控制系统的设计189

6.2.4 串级控制系统控制器参数的整定190

6.3 比值控制系统191

6.3.1 基本原理和结构191

6.3.2 比值系数的计算192

6.4 均匀控制系统194

6.4.1 基本原理和结构194

6.4.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定196

6.5 前馈控制系统196

6.5.1 基本原理196

6.5.2 前馈控制的主要结构形式197

6.5.3 采用前馈控制系统的条件198

6.6 选择性控制系统198

6.7 分程控制系统199

6.7.1 不同工况需要不同的控制手段199

6.7.2 扩大控制阀的可调范围200

思考题200

第7章 先进控制技术202

7.1 基于模型的预测控制202

7.1.1 预测控制的基本原理203

7.1.2 预测控制的优良性质204

7.1.3 预测控制的应用204

7.2 纯滞后补偿控制系统205

7.2.1 史密斯预估补偿控制205

7.2.2 史密斯预估补偿控制实施中若干问题205

7.3 解耦控制系统206

7.3.1 系统的关联分析206

7.3.2 减少与解除耦合途径207

7.4 自适应控制及鲁棒控制208

7.4.1 简单自适应控制系统209

7.4.2 模型参考型自适应控制系统209

7.4.3 自校正控制系统209

7.4.4 鲁棒控制210

7.5 智能控制系统210

7.5.1 智能控制简介210

7.5.2 专家系统211

7.5.3 模糊逻辑控制212

7.5.4 神经网络控制213

7.6 故障检测诊断和容错控制215

7.6.1 故障检测和诊断215

7.6.2 容错控制216

7.7 综合自动化系统217

7.7.1 综合自动化的意义217

7.7.2 综合自动化系统的特点219

7.7.3 工业生产过程计算机集成控制系统的构成219

思考题221

第8章 化工生产过程控制222

8.1 流体输送设备的控制222

8.1.1 泵的控制222

8.1.2 压缩机的控制225

8.1.3 变频调速器的应用226

8.1.4 防喘振控制系统227

8.2 传热设备的控制228

8.2.1 传热设备的稳态数学模型228

8.2.2 一般传热设备的控制229

8.2.3 管式加热炉的控制231

8.3 锅炉设备的控制233

8.3.1 锅炉汽包水位的控制233

8.3.2 锅炉燃烧系统的控制237

8.3.3 蒸汽过热系统的控制239

8.4 工业窑炉过程的控制240

8.4.1 电热式工业窑炉控制240

8.4.2 燃烧式工业窑炉控制241

8.5 精馏塔的控制244

8.5.1 精馏塔的控制要求245

8.5.2 精馏塔的扰动分析245

8.5.3 精馏塔被控变量的选择246

8.5.4 精馏塔的控制248

8.5.5 精馏塔的先进控制251

8.6 化学反应器的控制255

8.6.1 化学反应器的控制要求255

8.6.2 化学反应器的基本控制策略256

8.6.3 化学反应器的基本控制257

8.7 合成氨过程的控制261

8.7.1 变换炉的控制261

8.7.2 转化炉水碳比控制261

8.7.3 合成塔的控制262

8.8 石油化工过程的控制264

8.8.1 常减压过程的控制264

8.8.2 催化裂化过程的控制267

8.8.3 乙烯生产过程的控制270

8.8.4 聚合过程的控制273

8.9 生化过程的控制278

8.9.1 常用的生化过程控制278

8.9.2 青霉素发酵过程控制280

8.9.3 啤酒发酵过程控制281

思考题283

附录1 自动控制工程设计字母代号284

附录2 部分热电偶、热电阻分度表286

参考文献291