《过程控制系统及仪表》

第一篇　过程控制基础知识1

第一章　绪论1

§1-1　生产过程自动化概述1

一、生产过程及其特点1

目录1

二、生产过程对控制的要求2

三、生产过程自动化的发展历程3

§1-2　过程控制系统的组成及分类4

一、过程控制系统的组成4

二、过程控制系统的分类6

一、方块图7

二、工艺控制流程图7

§1-3　过程控制系统的方块图与流程图7

§1-4　过程控制系统的过渡过程和性能指标11

一、过程控制系统的过渡过程11

二、过程控制系统的性能指标13

思考题与习题15

第二章　被控对象的特性18

§2-1 概述18

一、基本概念18

二、被控对象的阶跃响应特性19

§2-2　被控对象特性的数学描述22

一、一阶对象的机理建模及特性分析22

二、二阶对象的机理建模及特性分析26

三、纯滞后对象的数学模型及特性28

§2-3　被控对象的实验测试建模29

一、阶跃响应曲线的获取30

二、一阶纯滞后对象特性参数的确定31

三、二阶对象特性参数的确定32

思考题与习题33

第二篇　过程自动化仪表36

第三章　过程测量仪表36

§3-1　测量仪表中的基本概念36

一、测量过程及测量仪表36

二、测量误差37

三、测量仪表的品质指标38

四、变送器的零点迁移和量程迁移39

§3-2　温度测量40

一、概述40

二、热电偶温度计42

三、热电阻温度计48

四、温度测量仪表的选用50

五、温度变送器50

六、一体化温度变送器52

七、智能化温度变送器52

§3-3　压力测量53

一、概述53

二、弹性式压力表55

三、电容式压力变送器57

四、扩散硅压力变送器58

五、智能差压变送器59

六、压力测量仪表的选择和使用61

§3-4　流量测量62

一、概述62

二、差压式流量计63

三、容积式流量计69

四、浮子式流量计70

五、电磁流量计71

六、质量流量计72

§3-5　物位测量73

一、概述73

二、静压式液位计74

三、磁浮子式液位计76

四、电容式物位计78

五、其他物位测量仪表79

§3-6　成分分析81

一、概述81

二、热导式气体分析仪82

三、红外线气体分析仪84

四、氧化锆氧量分析仪85

五、pH值测量仪86

六、气相色谱仪87

§3-7　显示仪表90

一、概述90

二、模拟式显示仪表90

三、数字式显示仪表92

四、智能化、数字化记录仪93

思考题与习题96

第四章　过程控制仪表99

§4-1　基本控制规律99

一、位式控制99

二、比例控制101

三、比例积分控制104

四、比例微分控制106

五、比例微分积分控制109

§4-2　DDZ-Ⅲ型控制器110

一、主要功能及构成原理110

二、各组成部分的工作原理112

§4-3　可编程调节器120

一、KMM可编程调节器的构成121

二、KMM可编程调节器的主要功能122

三、正面板和侧面板129

§4-4　其它常用控制仪表134

一、运算器134

二、电-气转换器137

思考题与习题139

§5-1　概述141

第五章　执行器141

§5-2　执行机构142

一、气动执行机构142

二、电动执行机构144

§5-3　调节机构145

一、常用调节机构及特点145

二、流量系数与可调比148

三、流量特性151

§5-4　阀门定位器155

一、阀门定位器的主要用途155

二、电-气阀门定位器156

思考题与习题156

§6-1 概述158

第三篇 常规过程控制系统158

第六章　简单控制系统158

§6-2　被控变量的选择159

§6-3　操纵变量的选择162

一、对象静态特性对控制质量的影响162

二、对象动态特性对控制质量的影响163

三、选择操纵变量的原则164

§6-4　控制系统中的测量变送问题164

一、测量变送问题对控制质量的影响164

二、克服测量变送问题的措施166

§6-5　执行器的选择167

一、阀流量特性的选择168

二、执行器开、闭形式的选择168

一、控制规律的选择170

§6-6　控制器的选择170

二、控制器正、反作用的确定171

§6-7　控制系统的投运及控制器参数的整定172

一、控制系统的投运172

二、控制器参数的整定174

思考题与习题177

第七章　复杂控制系统179

§7-1 串级控制系统179

一、串级控制系统的结构179

二、串级控制系统的工作过程182

三、串级控制系统的特点及应用场合183

四、串级控制系统设计中的几个问题184

五、串级控制系统的投运和整定187

二、比值控制系统的类型189

§7-2 比值控制系统189

一、概述189

三、比值控制系统实施中的几个问题193

§7-3　前馈控制系统194

一、概述194

二、前馈控制系统的结构形式196

三、前馈控制系统的应用199

§7-4　均匀控制系统200

一、均匀控制问题的提出200

二、均匀控制的特点201

三、均匀控制系统的结构形式202

一、基本概念205

二、分程控制系统的应用场合205

§7-5　分程控制系统205

三、分程控制中的几个问题208

§7-6　选择性控制系统209

一、基本概念209

二、选择性控制系统的实例分析210

思考题与习题211

第四篇　计算机过程控制系统215

第八章　直接数字控制系统215

§8-1 直接数字控制系统的组成215

§8-2　信号采集与量化217

一、信号采样217

二、采样信号的量化218

一、增量限幅滤波219

二、绝对限幅滤波219

§8-3 数字滤波219

三、算术平均滤波220

四、加权平均滤波220

五、一阶惯性滤波221

§8-4　标度变换221

一、线性标度变换222

二、非线性标度变换222

§8-5　DDC系统中的数字PID算式223

一、理想PID控制算式224

二、PID控制算式的改进225

思考题与习题228

一、集散控制系统的基本概念229

二、集散控制系统的基本构成229

§9-1　概述229

第九章　集散控制系统229

三、集散控制系统的特点231

§9-2　控制站232

一、控制站的功能232

二、控制站的类型232

三、控制站的构成233

§9-3　操作站234

一、操作站的功能234

二、操作站的硬件构成235

三、操作站的显示画面237

§9-4　工程师站241

一、工程师站的功能241

三、DCS组态功能242

二、组态的基本概念242

§9-5　集散控制系统的通信网络243

一、网络拓扑结构243

二、网络传输介质245

三、网络访问控制方式246

§9-6　集散控制系统构成实例247

一、CENTUM CS系统的通信网络248

二、CENTUM CS系统的控制站（FCS）249

三、CENT-UM CS的操作站（ICS）251

四、CENTUM CS的其他功能253

思考题与习题253

附录一　典型单元操作控制示例255

§1-1　化学反应器的控制255

一、反应器的基本控制方案256

二、反应器的新型控制方案257

§1-2　精馏塔的控制259

一、精馏塔的基本控制方案259

二、精馏塔的前馈、串级、比值、均匀的控制262

三、精馏塔的节能控制262

§1-3　泵和压缩机的控制263

一、泵的控制方案263

二、压缩机的控制方案264

三、压缩机的串、并联运行268

§1-4　燃烧过程的控制269

附录二　分度表273

§2-1　热电偶分度表273

§2-2　热电阻分度表296

参考文献299