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第1章　流程工业工程控制基础1

1.1　流程工业工程控制的发展1

1.1.1　流程工业工程控制发展概况1

1.1.2　流程工业综合自动化技术的总体结构1

1.2　过程控制系统基础知识2

1.2.1　过程控制系统的组成与分类2

1.2.2　控制系统的过渡过程及其质量指标5

1.3　基础自动化知识8

1.3.1 自动化仪表概述8

1.3.2　检测仪表的测量误差8

1.3.3　检测仪表的性能指标9

1.4　计算机控制基础11

1.4.1　计算机控制系统的原理11

1.4.2　计算机控制系统的组成及特点11

1.5　流程工业控制工程常用图例符号13

1.5.1 自控工程设计中常用图形符号13

1.5.2　字母代号14

1.5.3　仪表位号16

1.5.4　控制符号图表示方法示例16

1.5.5　用SAMA图表示的自动控制系统图16

1.5.6　简单控制系统控制符号图识图初步18

思考题与习题18

第2章　过程参数的检测与变送20

2.1　概述20

2.1.1　检测与变送基本概念20

2.1.2　变送器的基本输入输出特性20

2.1.3　模拟式变送器的基本构成原理21

2.1.4　智能式变送器的基本构成原理21

2.1.5　变送器的若干共性问题22

2.2　温度检测与变送25

2.2.1　概述25

2.2.2　热电偶25

2.2.3　热电阻30

2.2.4　温度变送器31

2.2.5　常用的温度显示仪表32

2.2.6　其他温度仪表简介35

2.2.7　测温仪表的选用与安装35

2.3　压力测量36

2.3.1　压力的表示方法36

2.3.2　压力检测的主要方法37

2.3.3　常见压力检测仪表38

2.3.4　智能式压力变送器41

2.3.5　压力仪表的选用和安装43

2.4　流量测量46

2.4.1　概述46

2.4.2　速度式流量计47

2.4.3　容积式流量计53

2.4.4　质量流量计53

2.4.5　流量仪表的选用55

2.5　物位测量55

2.5.1　物位仪表的分类55

2.5.2　常用物位计56

2.5.3　物位检测仪表的选用58

2.6　成分和物性参数检测59

2.6.1　热导式气体成分检测59

2.6.2　磁导式气体成分检测60

2.6.3　红外式气体成分检测60

2.6.4　溶解氧的检测61

2.6.5　色谱分析62

2.6.6　pH值的检测63

2.6.7　浊度的检测63

2.7　新型测量仪表简介64

2.7.1　现场总线仪表64

2.7.2　软测量技术64

思考题与习题65

第3章　过程控制仪表67

3.1　电动仪表的安全防爆67

3.1.1 易燃易爆场所对防爆电气设备的要求67

3.1.2　安全栅68

3.1.3　易燃易爆场所仪表操作注意事项70

3.2　控制器71

3.2.1　DDZ-Ⅲ型控制器71

3.2.2　可编程数字控制器74

3.3　执行器79

3.3.1　电动执行器80

3.3.2　气动执行器82

思考题与习题92

第4章 基本控制规律及其工程实现93

4.1　位式控制93

4.1.1　双位控制93

4.1.2　具有中间区的双位控制93

4.2 比例控制94

4.2.1　比例控制规律94

4.2.2 比例度及其对控制过程的影响94

4.3　积分控制及比例积分控制96

4.3.1　积分控制规律96

4.3.2　比例积分控制规律97

4.3.3　积分时间及其对过渡过程的影响97

4.4　微分控制及比例微分控制98

4.4.1　微分控制规律98

4.4.2　比例微分控制规律99

4.4.3　微分时间及其对过渡过程的影响99

4.5 比例积分微分控制规律100

4.6　PID控制器的工程实现100

4.6.1　给定值处理101

4.6.2　被控量处理102

4.6.3　偏差处理102

4.6.4　PID计算103

4.6.5　控制量处理104

4.6.6　自动手动切换104

思考题与习题106

第5章　过程控制系统107

5.1　简单控制系统的分析与设计107

5.1.1 系统被控变量与操纵变量的选择107

5.1.2　测量变送在系统分析设计中的考虑108

5.1.3　执行器的选择111

5.1.4　控制规律的选取111

5.1.5　控制器的参数整定112

5.1.6　简单控制系统的投运及故障分析114

5.2　串级控制系统118

5.2.1　串级控制系统的基本概念118

5.2.2 串级控制系统的特点及应用范围119

5.2.3　串级控制系统的设计122

5.2.4 串级控制系统的投运及参数整定125

5.3　前馈控制系统128

5.3.1　前馈控制的基本概念和方块图128

5.3.2　前馈控制的特点和局限性129

5.3.3　前馈控制系统的几种结构形式129

5.3.4　前馈控制系统的选用原则和应用实例131

5.4　比值控制系统132

5.4.1　概述132

5.4.2　常见的比值控制方案133

5.5　均匀控制系统134

5.5.1　均匀控制原理135

5.5.2　均匀控制方案135

5.6　分程控制系统136

5.6.1　概述136

5.6.2　分程控制的应用场合137

5.6.3　分程控制系统应用中应注意的几个问题139

5.7　选择性控制系统140

5.7.1　概述140

5.7.2　选择性控制系统的类型140

5.7.3　选择性控制系统的设计142

5.8　新型控制系统简介142

5.8.1　预测控制143

5.8.2　推理控制143

5.8.3　解耦控制143

5.8.4　鲁棒控制144

5.8.5 自适应控制144

5.8.6　智能控制144

5.9　控制流程图识图145

5.9.1　常规控制流程图的识图145

5.9.2　计算机控制流程图识图初步147

思考题与习题148

第6章　过程输入输出通道150

6.1　模拟量输入通道150

6.1.1　模拟量输入通道的组成150

6.1.2　DCS的模拟量输入（AI）设备160

6.2　模拟量输出通道163

6.2.1　模拟量输出通道的组成163

6.2.2　D/A转换器的性能指标164

6.2.3　调零和增益校准165

6.2.4　D/A转换器输入输出特征165

6.2.5 DCS的模拟量输出（AO）设备166

6.3　开关量输入输出通道168

6.3.1　开关量输入通道169

6.3.2　开关量输出通道170

6.3.3　DCS的开关量输入／输出（DI/DO）设备172

思考题与习题176

第7章　计算机控制系统的抗干扰技术177

7.1　干扰的来源与传播途径177

7.1.1　干扰的来源177

7.1.2　干扰的传播途径178

7.2　硬件抗干扰措施179

7.2.1　串模干扰及其抑制179

7.2.2　共模干扰及其抑制180

7.2.3　长线传输干扰的抑制183

7.2.4　信号线的选择与敷设184

7.2.5 电源系统的抗干扰185

7.2.6　接地系统的抗干扰188

7.3　软件抗干扰措施191

7.3.1　指令冗余技术191

7.3.2　软件陷阱技术192

7.4　程序运行监视系统192

7.4.1　Watchdog Timer的工作原理192

7.4.2　Watchdog Timer的实现方法193

思考题与习题194

第8章　控制网络技术195

8.1　数据通信基础195

8.1.1　数据通信系统的构成195

8.1.2　数据通信方式196

8.1.3　通信同步技术197

8.1.4　通信模型198

8.1.5　通信介质199

8.1.6　数据传输编码201

8.1.7　多路复用技术203

8.2　控制网络技术205

8.2.1　网络拓扑结构205

8.2.2　网络控制方法206

8.2.3　差错控制技术207

8.3　网络体系结构208

8.3.1　开放系统互连参考模型208

8.3.2　TCP/IP协议210

8.3.3　OPC技术211

8.4　现场总线技术212

8.4.1　现场总线技术概念212

8.4.2　现场总线的发展现状212

8.4.3　基金会现场总线213

8.4.4　Profibus总线技术214

8.4.5　现场总线的技术特点及前景215

8.5　工业以太网技术215

8.5.1　以太网的优势215

8.5.2　工业以太网要解决的问题216

8.5.3　工业以太网解决非确定性问题的措施217

8.6　工业控制网络现状218

思考题与习题219

第9章　分布式控制系统220

9.1　概述220

9.1.1　DCS的发展概况220

9.1.2　DCS的特点221

9.1.3　DCS系统的构成方式222

9.2　DCS的硬件体系结构与功能224

9.2.1　DCS的过程控制装置224

9.2.2　操作管理装置228

9.2.3　DCS主要的数据通信系统230

9.3　DCS的软件体系与组态方法230

9.3.1　DCS的软件体系230

9.3.2　DCS的组态方法232

9.4　DCS应用实例238

9.4.1　概述238

9.4.2　装置规模238

9.4.3　MACS_V对该装置的控制方案239

9.4.4　DCS与PLC及第三方设备的通信247

9.5　DCS的在线调试与投运248

9.5.1　DCS的在线调试248

9.5.2　系统投运251

9.6　几种典型的DCS结构与特点251

9.6.1 Honeywell公司的Experion PKS系统251

9.6.2　ABB公司的IndustrialIT系统253

9.6.3　Emerson公司的PlantWeb系统255

9.6.4　西门子SIMATIC PCS 7256

思考题与习题258

第10章　典型过程的控制259

10.1　锅炉的过程控制259

10.1.1　汽包水位控制259

10.1.2　过热蒸汽温度控制261

10.1.3　燃烧过程的控制262

10.1.4　锅炉控制方案实例263

10.2　化学反应器的过程控制271

10.2.1 化学反应器的分类方式与控制272

10.2.2 化学反应器的典型控制方案273

10.3　精馏塔的过程控制275

10.3.1　概述275

10.3.2　精馏塔控制的基本方案277

10.4　流体输送设备的过程控制278

10.4.1　泵的控制278

10.4.2　离心式压缩机的控制281

10.5　传热设备的过程控制283

10.5.1　传热设备的静态数学模型283

10.5.2　一般传热设备的控制284

10.5.3　管式加热炉的控制286

思考题与习题288

附录289

附录一　铂铑10-铂热电偶分度表289

附录二　镍铬-铜镍热电偶分度表294

附录三　镍铬-镍硅热电偶分度表295

附录四　铂电阻分度表299

附录五　铜电阻分度表302

参考文献304