過程自動化及儀表（非自動化專業(yè)適用 第四版）

1自動控制系統(tǒng)概述1 1.1自動化及儀表發(fā)展狀況1 1.2自動控制系統(tǒng)2 1.2.1自動控制系統(tǒng)2 1.2.2閉環(huán)控制與開環(huán)控制4 1.2.3自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖4 1.2.4自動控制系統(tǒng)的分類6 1.3自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質指標8 1.3.1靜態(tài)與動態(tài)8 1.3.2自動控制系統(tǒng)的過渡過程9 1.3.3自動控制系統(tǒng)的品質指標9 思考題與習題111 2過程特性12 2.1過程特性的類型12 2.2過程的數(shù)學描述14 2.3過程特性的一般分析15 2.3.1放大系數(shù)K16 2.3.2時間常數(shù)T17 2.3.3純滯后τ18 2.4過程特性參數(shù)的實驗測定方法19 思考題與習題220 3檢測變送22 3.1概述22 3.1.1測量誤差23 3.1.2儀表性能指標23 3.2溫度檢測25 3.2.1溫度檢測方法25 3.2.2熱電偶26 3.2.3熱電阻29 3.2.4熱電偶、熱電阻的選用30 3.3流量檢測31 3.3.1流量檢測的主要方法31 3.3.2速度式流量計32 3.3.3容積式流量計36 3.3.4質量流量計36 3.3.5流量儀表的選用38 3.4壓力檢測39 3.4.1壓力單位和壓力檢測方法39 3.4.2常用壓力檢測儀表41 3.4.3壓力表的選用44 3.5物位檢測44 3.5.1物位檢測方法45 3.5.2常用物位檢測儀表45 3.5.3物位檢測儀表的選用50 3.6成分和物性參數(shù)檢測50 3.6.1成分和物性參數(shù)檢測方法51 3.6.2成分、物性檢測的靜態(tài)特性56 3.6.3成分、物性檢測的動態(tài)特性57 3.7其他變量檢測57 3.7.1位移量檢測58 3.7.2轉速檢測59 3.7.3振動檢測60 3.7.4厚度檢測60 3.7.5火焰檢測60 3.7.6重量檢測60 3.8變送器61 3.8.1變送器量程遷移和零點遷移62 3.8.2溫度變送器63 3.8.3差壓變送器66 3.8.4智能變送器70 3.9現(xiàn)代傳感器技術的發(fā)展73 思考題與習題375 4顯示儀表76 4.1模擬式顯示儀表77 4.1.1電子電位差計77 4.1.2電子自動平衡電橋79 4.2數(shù)字式顯示儀表80 4.2.1數(shù)顯儀表的分類80 4.2.2數(shù)顯儀表的主要技術指標80 4.2.3數(shù)顯儀表的基本組成80 4.3新型顯示儀表82 4.3.1顯示儀表發(fā)展動態(tài)82 4.3.2無紙記錄儀83 4.3.3虛擬顯示儀表84 思考題與習題４84 5執(zhí)行器85 5.1執(zhí)行機構86 5.1.1氣動執(zhí)行機構86 5.1.2電動執(zhí)行機構88 5.2控制閥88 5.2.1控制閥結構88 5.2.2控制閥類型89 5.3氣動薄膜控制閥的流量特性90 5.3.1理想流量特性91 5.3.2工作流量特性92 5.3.3動態(tài)特性93 5.4控制閥口徑的確定94 5.4.1控制閥流量系數(shù)KV的計算94 5.4.2控制閥口徑的確定94 5.5閥門定位器94 5.5.1電-氣閥門定位器95 5.5.2閥門定位器作用95 5.6氣動薄膜控制閥的選用96 5.6.1控制閥結構形式及材質的選擇96 5.6.2控制閥流量特性的選擇98 5.6.3氣動薄膜控制閥的安裝使用98 5.7智能控制閥99 思考題與習題５100 6控制器101 6.1控制器概述101 6.2控制器的基本控制規(guī)律102 6.2.1連續(xù)PID控制算法103 6.2.2離散PID控制算法112 6.3模擬式控制器113 6.3.1模擬式控制器基本結構113 6.3.2DDZ-Ⅲ型電動單元控制器114 6.4數(shù)字式控制器115 6.4.1數(shù)字式控制器主要特點116 6.4.2數(shù)字式控制器的基本構成116 6.4.3AI-759/759P控制器119 6.5可編程序控制器125 6.5.1可編程序控制器概述125 6.5.2可編程序控制器的工作原理127 6.5.3可編程序控制器的編程131 6.5.4可編程序控制器系統(tǒng)應用示例141 6.6集散控制系統(tǒng)143 6.6.1集散控制系統(tǒng)發(fā)展概況143 6.6.2集散控制系統(tǒng)特點144 6.6.3集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件144 6.6.4TPS系統(tǒng)簡介145 6.6.5TPS系統(tǒng)應用舉例150 6.7現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)155 6.7.1現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點155 6.7.2現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展156 6.7.3基金會現(xiàn)場總線156 6.7.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用158 6.8工業(yè)短程無線網(wǎng)絡161 6.8.1概述161 6.8.2工業(yè)短程無線網(wǎng)絡國際標準162 6.8.3工業(yè)短程無線技術的應用類別163 思考題與習題6164 7簡單控制系統(tǒng)166 7.1控制系統(tǒng)的組成166 7.2簡單控制系統(tǒng)的設計167 7.2.1控制系統(tǒng)設計概述167 7.2.2被控變量的選擇168 7.2.3操縱變量的選擇168 7.2.4控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇168 7.2.5執(zhí)行器(氣動薄膜控制閥)的選擇170 7.3簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定171 7.3.1經(jīng)驗整定法171 7.3.2臨界比例度法172 7.3.3衰減曲線法173 7.4控制系統(tǒng)的投運173 7.5簡單控制系統(tǒng)設計案例174 思考題與習題7175 8復雜控制系統(tǒng)177 8.1串級控制系統(tǒng)177 8.1.1串級控制系統(tǒng)的基本原理和結構177 8.1.2串級控制系統(tǒng)的特點178 8.1.3串級控制系統(tǒng)的設計179 8.1.4串級控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定181 8.2比值控制系統(tǒng)181 8.2.1基本原理和結構181 8.2.2比值系數(shù)的計算182 8.3均勻控制系統(tǒng)183 8.3.1均勻控制系統(tǒng)的基本原理和結構183 8.3.2均勻控制系統(tǒng)的控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定185 8.4前饋控制系統(tǒng)185 8.4.1基本原理185 8.4.2前饋控制的主要結構形式186 8.4.3采用前饋控制系統(tǒng)的條件186 8.5選擇性控制系統(tǒng)187 8.6分程控制系統(tǒng)188 8.6.1不同工況需要不同的控制手段188 8.6.2擴大控制閥的可調范圍188 思考題與習題8188 9先進控制技術190 9.1基于模型的預測控制190 9.1.1預測控制的基本原理191 9.1.2預測控制的優(yōu)良性質192 9.1.3預測控制的應用192 9.2推斷控制192 9.3軟測量技術194 9.3.1機理分析與輔助變量的選擇194 9.3.2數(shù)據(jù)采集和處理195 9.3.3軟測量模型的建立195 9.3.4軟測量模型的在線校正196 9.3.5軟測量技術工業(yè)應用196 9.4雙重控制系統(tǒng)196 9.5純滯后補償控制系統(tǒng)197 9.5.1史密斯預估補償控制197 9.5.2史密斯預估補償控制實施中若干問題198 9.6解耦控制系統(tǒng)198 9.6.1系統(tǒng)的關聯(lián)分析198 9.6.2減少與解除耦合途徑198 9.7差拍控制系統(tǒng)200 9.7.1差拍控制系統(tǒng)200 9.7.2達林控制算法200 9.7.3V.E.控制算法200 9.8自適應控制201 9.8.1簡單自適應控制系統(tǒng)201 9.8.2模型參考型自適應控制系統(tǒng)201 9.8.3自校正控制系統(tǒng)202 9.9魯棒控制202 9.10智能控制系統(tǒng)203 9.10.1智能控制簡介203 9.10.2專家系統(tǒng)203 9.10.3模糊邏輯控制204 9.10.4神經(jīng)網(wǎng)絡控制205 9.11故障檢測診斷和容錯控制206 9.11.1故障檢測和診斷206 9.11.2容錯控制207 9.12綜合自動化系統(tǒng)208 9.12.1綜合自動化的意義208 9.12.2綜合自動化系統(tǒng)的特點209 9.12.3工業(yè)生產過程計算機集成控制系統(tǒng)的構成210 思考題與習題9211 10生產過程控制212 10.1流體輸送設備的控制212 10.1.1泵的控制212 10.1.2壓縮機的控制214 10.1.3變頻調速器的應用215 10.1.4防喘振控制系統(tǒng)216 10.2傳熱設備的控制217 10.2.1傳熱設備的靜態(tài)數(shù)學模型217 10.2.2一般傳熱設備的控制218 10.2.3管式加熱爐的控制220 10.3鍋爐設備的控制221 10.3.1鍋爐汽包水位的控制222 10.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制224 10.3.3蒸汽過熱系統(tǒng)的控制226 10.4工業(yè)窯爐過程的控制227 10.4.1電熱式工業(yè)窯爐控制227 10.4.2燃燒式工業(yè)窯爐控制228 10.5精餾塔的控制230 10.5.1精餾塔的控制要求231 10.5.2精餾塔的擾動分析232 10.5.3精餾塔被控變量的選擇232 10.5.4精餾塔的控制234 10.5.5精餾塔的先進控制236 10.6化學反應器的控制240 10.6.1化學反應器的控制要求240 10.6.2化學反應器的基本控制策略241 10.6.3化學反應器的基本控制241 10.7合成氨過程的控制245 10.7.1變換爐的控制245 10.7.2轉化爐水碳比控制245 10.7.3合成塔的控制246 10.8石油化工過程的控制248 10.8.1常減壓過程的控制248 10.8.2催化裂化過程的控制250 10.8.3乙烯生產過程的控制253 10.8.4聚合過程的控制255 10.9生化過程的控制259 10.9.1常用生化過程控制260 10.9.2青霉素發(fā)酵過程控制261 10.9.3啤酒發(fā)酵過程控制262 10.10造紙過程的控制263 10.10.1紙漿濃度的控制263 10.10.2紙料配漿的比值控制264 10.10.3磨漿機的控制265 10.10.4白水回收控制266 10.11轉爐控制266 10.11.1頂吹供氧控制系統(tǒng)266 10.11.2底吹供氣控制系統(tǒng)267 10.11.3爐口微差壓及煤氣回收控制系統(tǒng)268 思考題與習題10269 11安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應用270 11.1功能安全標準簡介270 11.2安全儀表系統(tǒng)271 11.2.1安全儀表系統(tǒng)概念271 11.2.2過程工業(yè)中的風險降低機制271 11.2.3安全完整性等級272 11.2.4安全儀表的冗余結構273 11.3安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應用案例276 11.3.1加熱爐安全停車系統(tǒng)276 11.3.2高完整性壓力保護系統(tǒng)278 11.3.3火災和氣體安全系統(tǒng)279 思考題與習題11281 附錄1自控工程設計字母代號282 附錄2部分熱電偶、熱電阻分度表283 參考文獻287