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第1章 工业过程控制的发展和趋势1

1.1工业过程自动化的发展1

1.2计算机控制技术的发展3

习题8

第2章 化工控制工艺图9

2.1工艺流程图9

2.1.1工艺方案流程图9

2.1.2工艺施工流程图10

2.2仪表位号15

2.2.1仪表位号的表示方式15

2.2.2仪表编号21

2.2.3工艺流程图中仪表位号标注21

习题21

第3章 执行器22

3.1执行器的分类及特性22

3.2阀门特性25

3.2.1调节阀的基本结构25

3.2.2调节阀的理想流量特性25

3.2.3调节阀的选择30

3.3电动执行器（调节阀）31

3.4气动执行器与电-气变换器32

3.4.1气动执行器的结构和原理32

3.4.2气动执行机构分析33

3.4.3电-气变换器33

3.4.4电动阀门定位器34

3.4.5气动阀门定位器35

3.4.6阀门定位器的主要部件35

3.4.7阀门定位器的传递函数38

3.4.8阀门定位器的主要特性39

3.4.9阀门定位器的选择39

习题40

第4章 传感器与变送器41

4.1基本概念42

4.2传感器和一次变换输出信号的特点44

4.2.1工业热电阻45

4.2.2热电偶47

4.2.3应变式压力传感器53

4.2.4电感式压力传感器53

4.2.5电容式压力传感器54

4.2.6电容式液位传感器55

4.3变送器55

4.3.1三运放精密差动放大电路56

4.3.2变送器的原理58

4.4数字线性化简介75

习题77

附录1工业热电阻分度表77

附录2工业标准热电偶数学模型系数表78

附录3 K型热电偶参考数学模型及系数表82

第5章 工业过程模型84

5.1自动控制系统的组成84

5.1.1控制性能指标87

5.1.2控制方案确定88

5.1.3系统控制设计88

5.1.4工程设计89

5.1.5控制系统调试和运行时的若干问题89

5.2简单化工系统的数学模型90

5.2.1三大守恒定律90

5.2.2简单对象的数学模型91

5.2.3无自平衡能力的单容对象的特性94

5.2.4多容过程模型94

5.2.5不可压缩流体流动模型96

5.2.6简单热交换模型97

5.2.7管式反应器热平衡模型98

5.3理想精馏塔模型98

5.4工程建模102

5.4.1阶跃响应的获取103

5.4.2根据阶跃响应确定近似传递函数105

5.4.3频率域测试法108

5.4.4测定动态特性的统计相关法110

习题116

第6章 过程控制系统设计118

6.1单回路控制系统设计118

6.1.1被控变量的选择119

6.1.2测量反馈119

6.1.3控制变量的选择121

6.1.4执行器（调节阀）的选择127

6.1.5调节器正、反作用的确定128

6.1.6工业过程常用调节器类型128

6.1.7单回路控制系统分析130

6.2单回路控制系统调节器参数的整定与投运132

6.2.1工程整定法133

6.2.2单回路控制系统的投运136

6.3常用数字PID控制算法136

6.3.1数字式PID控制算式136

6.3.2 PID控制算式的改进137

6.3.3数字PID控制算法的改进140

6.4数字滤波142

6.5复杂控制系统144

6.5.1串级控制系统145

6.5.2前馈控制系统149

6.6大时延系统控制155

6.6.1微分先行控制方案156

6.6.2 Smith预估控制方案157

6.7比值控制系统158

6.7.1常用比值控制系统类型158

6.7.2比值控制系统设计161

6.8分程控制系统164

6.8.1分程控制系统设计165

6.8.2分程控制的目的167

6.9均匀控制系统168

6.9.1均匀控制的概念168

6.9.2均匀控制系统的结构形式170

6.9.3调节器的参数整定174

习题175

第7章 先进控制系统179

7.1关联系统与解耦控制179

7.1.1关联系统分类179

7.1.2关联系统的稳定性分析180

7.1.3关联调节器的整定182

7.1.4系统关联分析举例182

7.1.5系统耦合分析185

7.1.6控制回路的选择原则191

7.1.7解耦控制设计195

7.2内模控制与模型预测控制198

7.2.1内模控制198

7.2.2模型预测控制200

7.2.3几种常见的模型预测控制算法201

7.3自适应控制系统206

7.4模糊控制系统216

7.4.1模糊集合的基本概念216

7.4.2模糊集合的基本运算218

7.4.3模糊集合运算的基本性质219

7.4.4模糊关系与模糊推理219

7.4.5模糊控制系统设计226

7.4.6模糊控制系统的应用230

7.5其他先进控制技术231

7.5.1软测量技术231

7.5.2故障检测与诊断235

7.5.3智能控制236

习题238

第8章 流体输送设备控制241

8.1液体输送设备的控制241

8.1.1离心泵控制242

8.1.2容积式泵控制245

8.2压缩机的控制247

8.2.1往复式压缩机247

8.2.2回转式压缩机248

8.2.3离心式压缩机249

8.3离心式压缩机的防喘振控制250

8.3.1离心式压缩机的特性曲线与喘振250

8.3.2引起喘振的因素252

8.3.3喘振的极限线方程及安全操作线252

习题255

第9章 换热设备控制257

9.1换热设备的结构类型257

9.1.1热量传递的三种方式258

9.1.2传热设备的动态特点260

9.2传热对象的数学模型261

9.2.1传热对象的静态数学模型261

9.2.2换热对象的动态数学模型264

9.3换热器控制266

9.4加热炉控制269

9.4.1加热炉温度单回路控制系统270

9.4.2加热炉的串级控制及前馈-反馈控制方案271

9.4.3加热炉安全连锁保护系统272

9.5锅炉设备的自动控制273

9.6锅炉燃烧控制系统280

9.6.1蒸汽压力和燃油-空气比值控制系统281

9.6.2炉膛负压控制系统281

9.6.3过热蒸汽温度控制系统282

习题282

第10章 精馏过程控制284

10.1精馏过程控制的目标284

10.1.1精馏塔的控制目标285

10.1.2精馏塔质量指标的选取287

10.2精馏塔的基本控制方案290

10.2.1塔压控制基本方案291

10.2.2精馏塔的物料平衡和能量平衡方程292

10.2.3精馏塔的物料平衡控制方案293

10.2.4控制一端产品质量295

10.3精馏塔的压力控制302

10.3.1加压塔的塔压控制302

10.3.2常压塔的塔压控制305

10.3.3减压塔的塔压控制305

10.4具有侧线采出的精馏塔控制306

10.4.1具有一个侧线采出的精馏塔控制306

10.4.2具有多个侧线采出的精馏塔控制308

10.5其他控制方法在精馏塔控制中的应用310

10.5.1前馈控制310

10.5.2选择性控制311

10.5.3内回流及热焓控制312

10.5.4浮动塔压控制314

习题316

第11章 化学反应过程控制317

11.1化学反应的特点317

11.1.1化学反应过程的特点317

11.1.2化学反应器的类型318

11.1.3化学反应的基本规律320

11.2化学反应器的动态数学模型324

11.2.1基本动态方程式324

11.2.2非线性模型的线性化326

11.2.3反应器的热稳定性327

11.3化学反应控制329

11.3.1反应器的基本控制方案329

11.3.2被控变量的选择330

11.3.3以温度作为控制指标的反应器控制方案332

11.4釜式反应器的控制方案335

11.5合成氨生产过程及控制338

11.5.1氨的性质338

11.5.2合成氨生产流程339

习题354

第12章 系统安全保护356

12.1系统安全基本概念356

12.1.1物理爆炸与化学爆炸356

12.1.2爆炸参数357

12.2爆炸危险场所的划分358

12.2.1我国关于爆炸危险场所的划分和防爆安全法规358

12.2.2仪表防护等级标准361

12.3电气设备防爆362

12.3.1防爆电气设备的分类362

12.3.2本安仪表分级363

12.3.3关联设备364

12.3.4本安电路外部连接电缆的影响368

12.4系统接地370

12.4.1电气设备和线路的保护接地370

12.4.2防静电保护接地371

12.5防雷电技术372

12.5.1雷电危害的类型373

12.5.2雷电感应的防护375

12.5.3常用防雷元器件376

12.6控制系统的抗干扰380

12.6.1噪声与信噪比380

12.6.2共模信号与差模信号380

12.6.3抗耦合性干扰技术381

12.6.4抗传导性干扰技术383

12.6.5控制系统的接地技术383

12.6.6其他抗干扰技术385

12.6.7滤波器386

习题392

参考文献393