过程控制与自动化仪表

本书以生产过程自动化系统结构为主线，根据新工科人才培养的需要，弱化控制理论的定量分析，着重强调控制理论的定性分析和工程意义，突出自动化仪表控制系统的基本技术，兼顾不同生产工艺过程的特点，较系统地介绍生产过程自动化系统中各类自动化仪表（检测仪表、控制仪表和执行仪器）的结构原理、工作特性、选用方法以及自动控制系统的基本原理、组成类型、控制特性、设计方法和运行管理技术，并对近年来生产自动化过程中发展起来的新型仪表、先进控制系统和计算机控制系统做了简要介绍，*后结合实际生产过程设计、分析典型设备（过程）的控制方案。本书各章后附有相当数量的习题与思考题供选用，并在附录给出习题与思考题中计算与设计题的参考答案。 本书可作为高等院校自动化、仪器仪表、石油化工、冶金电力、环境与能源等相关本科专业学习过程控制与自动化仪表课程的教材，也可供高专高职院校相应专业选用，还可供从事仪表及自动化的工程技术人员参考。 本书配有免费的教师授课电子课件及企业培训课件，欢迎选用本书作教材的老师发邮件到jinacmp@vip.163.com索取，或登录www.cmpedu.com注册下载。

前言 绪论.1 第.1.章.自动控制系统基本概念.3 1.1.工业自动化的主要内容..3 1.1.1.自动检测系统..3 1.1.2.自动信号和联锁保护系统..3 1.1.3.自动操纵和自动开停车系统.4 1.1.4.自动控制系统..4 1.2.自动控制系统的组成和分类..4 1.2.1.人工控制与自动控制..4 1.2.2.自动控制系统的组成..6 1.2.3.自动控制系统的分类..6 1.3.工业自动化仪表..7 1.3.1.工业自动化仪表的分类..7 1.3.2.工业自动化仪表的信号制和传输 方式..9 1.3.3.防爆安全栅..13 1.4.自动控制系统框图.16 1.5.工艺管道及仪表流程图.18 1.5.1.图形符号..19 1.5.2.字母代号..21 1.5.3.仪表位号..22 1.6.自动控制系统的过渡过程和品质 指标.23 1.6.1.控制系统的静态与动态..23 1.6.2.控制系统的过渡过程.23 1.6.3.控制系统的品质指标.25 1.6.4.影响控制系统过渡过程品质的主要 因素.27 习题与思考题..28 第.2.章.被控对象的数学模型..30 2.1.对象的特性及其描述方法.30 2.2.对象数学模型的建立.32 2.2.1.建模的目的..32 2.2.2.机理建模..32 2.2.3.实验建模..34 2.2.4.混合建模..37 2.3.描述对象的特性参数.37 2.3.1.放大系数.K..37 2.3.2.时间常数.T..38 2.3.3.滞后时间.τ..40 2.3.4.对象的自衡特性与控制性能的 关系.43 习题与思考题..44 第.3.章.检测仪表与变送器..45 3.1.概述.45 3.1.1.检测仪表的组成..45 3.1.2.测量与测量误差..46 3.1.3.仪表的基本技术性能和术语..47 3.2.压力检测及仪表.50 3.2.1.概述.50 3.2.2.弹性式压力计..52 3.2.3.金属电阻应变式压力计..54 3.2.4.压阻式压力计..56 3.2.5.电容式差压计..60 3.2.6.智能型压力.(.差压).变送器..63 3.2.7.压力测量仪表的选用.64 3.3.流量检测及仪表.66 3.3.1.概述.66 3.3.2.差压式流量计..67 Ⅵ 3.3.3.转子流量计..70 3.3.4.椭圆齿轮流量计..73 3.3.5.刮板流量计..74 3.3.6.靶式流量计..75 3.3.7.电磁流量计..77 3.3.8.涡轮流量计..78 3.3.9.旋涡流量计..79 3.3.10.旋进旋涡流量计..80 3.3.11.质量流量计.81 3.3.12.超声波流量计..85 3.3.13.流量仪表的选用..87 3.4.物位检测及仪表.88 3.4.1.概述.88 3.4.2.磁翻转式液位计..89 3.4.3.差压式液位变送器..90 3.4.4.电容式物位计..92 3.4.5.核辐射检测..94 3.4.6.超声波物位计..94 3.4.7.雷达液位计..96 3.4.8.称重式液罐计量仪..98 3.4.9.物位仪表选型原则..99 3.5.温度检测及仪表..100 3.5.1.温度检测方法..100 3.5.2.简单温度计.101 3.5.3.金属热电阻温度计..103 3.5.4.热电偶温度计..106 3.5.5.温度变送器.113 3.5.6.温度仪表的安装..115 3.5.7.温度测量仪表选型原则..115 习题与思考题.117 第.4.章.控制器.120 4.1.概述..120 4.2.控制规律及其特点..121 4.2.1.双位控制..121 4.2.2.比例控制..123 4.2.3.积分控制..126 4.2.4.微分控制..127 4.3.模拟式控制器..129 4.3.1.模拟式控制器的基本结构..129 4.3.2.气动调节器.130 4.3.3.DDZ并.电动调节器..130 4.3.4.DDZ并.型电动调节器..132 4.4.数字式控制器..137 4.4.1.数字式控制器的主要特点..137 4.4.2.数字式控制器的构成原理..138 4.4.3.数字式.PID.控制器..141 习题与思考题.143 第.5.章.执行器.144 5.1.概述..144 5.1.1.执行器在自动控制系统中的 作用..144 5.1.2.执行器的构成..144 5.1.3.执行器的分类..144 5.2.气动执行器..145 5.2.1.气动执行器的结构与分类..145 5.2.2.控制阀的流量特性..149 5.3.电动执行器..155 5.4.电财转换器..156 5.4.1.气动仪表的基本元件..157 5.4.2.电财转换器..159 5.4.3.电财阀门定位器.159 5.4.4.智能式阀门定位器..160 5.5.调节阀的选择..161 5.5.1.调节阀结构型式的选择..161 5.5.2.调节阀流量特性的选择..163 5.5.3.调节阀口径的选择..164 5.5.4.气动执行器的安装和维护..164 5.6.电磁阀..165 5.6.1.电磁阀分类.165 5.6.2.电磁阀选用.165 5.6.3.电磁阀的特点..166 5.7.变频器!..167 5.8.数字阀!..168 5.8.1.基本原理..168 5.8.2.主要特点..169 习题与思考题.170 第.6.章.自动控制系统.172 6.1.简单控制系统..172 6.1.1.简单控制系统的结构与组成.172 6.1.2.被控变量的选择..174 Ⅶ 6.1.3.操纵变量的选择..176 6.1.4.测量元件特性的影响..178 6.1.5.控制器的选择..180 6.1.6.控制器参数的工程整定..183 6.2.串级控制系统..187 6.2.1.概述..187 6.2.2.串级控制系统的工作过程..190 6.2.3.串级控制系统的特点及适用 范围..191 6.2.4.串级控制系统中副回路的 确定..192 6.2.5.主?.副控制器控制规律及 正?.反作用的选择..195 6.2.6.控制器参数的工程整定..197 6.3.均匀控制系统..198 6.3.1.均匀控制的目的..198 6.3.2.均匀控制方案..200 6.4.比值控制系统..201 6.4.1.概述..201 6.4.2.比值控制系统的类型..201 6.5.前馈控制系统..204 6.5.1.前馈控制系统及其特点..204 6.5.2.前馈控制的主要形式..206 6.5.3.前馈控制的应用场合..208 6.6.选择性控制系统.209 6.6.1.选择性控制的基本概念..209 6.6.2.选择性控制系统的类型..210 6.6.3.积分饱和及其防止..214 6.7.分程控制系统..216 6.7.1.分程控制概述..216 6.7.2.分程控制的应用场合..217 6.7.3.分程控制中的几个问题..219 6.8.新型控制系统简介!..220 6.8.1.新型控制系统概述..220 6.8.2.自适应控制系统..221 6.8.3.推断控制系统..221 6.8.4.预测控制系统..222 习题与思考题.224 第.7.章.典型设备与过程控制方案.227 7.1.流体输送设备的自动控制..227 7.1.1.离心泵的控制方案..227 7.1.2.往复泵的控制方案..229 7.1.3.压气机的控制方案..230 7.1.4.离心式压缩机的防喘振控制.231 7.2.传热设备的自动控制..234 7.2.1.传热设备的结构和特性..234 7.2.2.换热器的自动控制..235 7.2.3.加热炉的自动控制..240 7.3.工业锅炉的自动控制..246 7.3.1.工业锅炉的工艺过程..246 7.3.2.锅炉汽包水位的自动控制..247 7.3.3.锅炉燃烧系统的自动控制..251 7.4.精馏塔的自动控制..253 7.4.1.精馏装置及其工艺流程..253 7.4.2.精馏过程的控制目标..254 7.4.3.精馏塔的干扰因素..255 7.4.4.精馏塔的控制方案..256 7.4.5.蒸馏塔仪表控制系统..259 7.5.化学反应器的自动控制..261 7.5.1.化学反应器的控制要求..261 7.5.2.釜式反应器的温度自动控制.262 7.5.3.固定床反应器的自动控制..263 7.5.4.管式热裂解反应器的控制..264 习题与思考题.266 附录.269 附录.A.常用压力表规格?.型号及热电偶? 热电阻分度表..269 附录.B.部分习题与思考题参考答案..274 参考文献.28