過(guò)程控制

前言

　　南京工業(yè)大學(xué)（原南京化工大學(xué)與南京建筑工程學(xué)院）自1960年起開(kāi)始編寫(xiě)“化工儀表及自動(dòng)化”課程講義并開(kāi)課，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)設(shè)該課程的高校之一；中國(guó)藥科大學(xué)自20世紀(jì)80年代起開(kāi)設(shè)該門(mén)課程。幾十年來(lái)，為適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，我們多次修訂教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。1980年南京化工大學(xué)與北京化工大學(xué)等高校聯(lián)合編寫(xiě)了全國(guó)通用教材《化工儀表及自動(dòng)化》，該教材由化學(xué)工業(yè)出版社出版，在近20年中被全國(guó)許多高校廣泛采用。2001年我們編寫(xiě)出版了《過(guò)程控制：系統(tǒng)·儀表·裝置》，2006年，又重新修訂該教材，以《過(guò)程控制》書(shū)名出版。九年來(lái)，該教材為許多學(xué)校所采用，受到好評(píng)，同時(shí)大家也提出很多寶貴的改進(jìn)意見(jiàn)。因此，根據(jù)教學(xué)需要我們決定修訂再版本教材?！　?1世紀(jì)，自動(dòng)化與信息技術(shù)的日新月異使得過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重大變革。與此同時(shí)，我國(guó)高等教育正開(kāi)始從精英教育向大眾教育過(guò)渡，高校學(xué)生人數(shù)迅猛增加，高校各類(lèi)專(zhuān)業(yè)需要開(kāi)設(shè)該課程的學(xué)生人數(shù)大增，對(duì)教材的期望與要求各有不同，需要有多種風(fēng)格與特色的教材供老師與學(xué)生選擇。多種教材的出現(xiàn)，也有利于教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的交流和教學(xué)水平的提高。本教材在編寫(xiě)中考慮到兩類(lèi)學(xué)生的需要：①工科非自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生。目前各行各業(yè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，它已經(jīng)成為工科各專(zhuān)業(yè)必須面對(duì)的重要課題。②電氣信息類(lèi)各專(zhuān)業(yè)中非過(guò)程自動(dòng)化方向的學(xué)生。自動(dòng)化學(xué)科類(lèi)課程眾多，由于總學(xué)時(shí)所限，這部分學(xué)生只能選修過(guò)程控制課程。

內(nèi)容概要

　　《過(guò)程控制（第3版）》由三篇組成，第一篇 是控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)分析、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)和典型過(guò)程單元控制系統(tǒng)等六章；第二篇 是過(guò)程控制儀表，包括檢測(cè)元件及變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等三章；第三篇 是計(jì)算機(jī)控制，包括過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、可編程控制器和現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)等四章，各部分均附有例題與習(xí)題，最后還附有綜合測(cè)試卷?！　”窘滩倪m用于石油、化工、制藥、冶金、電力、材料、食品和輕工等工藝類(lèi)和設(shè)備制造類(lèi)本專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)學(xué)生，電氣信息類(lèi)非過(guò)程自動(dòng)化方向?qū)W生，自學(xué)考試同類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，也可以供各類(lèi)工程技術(shù)人員作為參考資料。

書(shū)籍目錄

前言第一篇控制系統(tǒng)第1章控制系統(tǒng)概述1.1自動(dòng)控制基本概念1.1.1生活環(huán)境中的自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1.2工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)1.1.3信息處理1.1.4生物系統(tǒng)1.1.5社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)1.2反饋原理1.2.1反饋1.2.2負(fù)反饋系統(tǒng)1.2.3正反饋系統(tǒng)1.3基本概念及術(shù)語(yǔ)1.4控制系統(tǒng)分類(lèi)1.4.1各種分類(lèi)方法1.4.2按給定值分類(lèi)1.5自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)要發(fā)展史1.5.1工匠技巧階段1.5.2技術(shù)化和理論化階段1.5.3系統(tǒng)化和智能化方法第2章控制系統(tǒng)分析2.1傳遞函數(shù)2.1.1傳遞函數(shù)概念2.1.2拉普拉斯變換2.2方塊圖2.2.1方塊圖的基本單元2.2.2方塊圖的應(yīng)用2.3數(shù)學(xué)模型2.3.1概述2.3.2機(jī)理建模2.3.3實(shí)驗(yàn)建模2.3.4過(guò)程特性參數(shù)K、T、r2.4瞬態(tài)響應(yīng)法2.4.1瞬態(tài)響應(yīng)分析方法2.4.2控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程2.4.3過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)第3章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)3.1系統(tǒng)組成原理及分析3.1.1系統(tǒng)組成原理3.1.2調(diào)節(jié)過(guò)程分析3.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述3.2.2被控變量的選擇3.2.3調(diào)節(jié)變量的選擇3.2.4被控變量的測(cè)量3.2.5調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇3.2.6調(diào)節(jié)器作用方向的選擇3.2.7執(zhí)行器正反作用的選擇3.3控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定3.3.1投運(yùn)步驟3.3.2調(diào)節(jié)器參數(shù)整定第4章復(fù)雜控制系統(tǒng)4.1串級(jí)控制系統(tǒng)4.1.1組成原理4.1.2調(diào)節(jié)過(guò)程4.1.3系統(tǒng)特點(diǎn)4.1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2均勻控制系統(tǒng)4.2.1均勻控制原理4.2.2均勻控制的實(shí)現(xiàn)方案4.3比值控制系統(tǒng)4.3.1比值控制原理4.3.2比值控制系統(tǒng)類(lèi)型4.4分程控制系統(tǒng)4.4.1分程控制原理4.4.2分程控制的應(yīng)用4.5選擇性控制系統(tǒng)4.5.1選擇性控制原理4.5.2選擇性控制系統(tǒng)的類(lèi)型4.5.3積分飽和問(wèn)題4.6前饋控制系統(tǒng)4.6.1前饋控制原理4.6.2前饋控制與反饋控制的比較4.6.3前饋控制的應(yīng)用4.6.4多沖量控制系統(tǒng)第5章先進(jìn)控制系統(tǒng)5.1解耦控制5.1.1系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)5.1.2解耦控制5.2時(shí)滯補(bǔ)償控制系統(tǒng)5.2.1史密斯（Smith）預(yù)估算法5.2.2史密斯預(yù)估算法的改進(jìn)5.3軟測(cè)量技術(shù)和推斷控制5.3.1軟測(cè)量技術(shù)的意義5.3.2軟測(cè)量的方法5.3.3推斷控制5.4自適應(yīng)控制5.4.1變?cè)鲆孀赃m應(yīng)控制系統(tǒng)5.4.2模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)5.4.3直接優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)5.4.4自校正控制系統(tǒng)5.5預(yù)測(cè)控制5.5.1模型算法控制5.5.2動(dòng)態(tài)矩陣控制5.5.3廣義預(yù)測(cè)控制5.6智能控制5.6.1智能控制概述5.6.2模糊控制5.6.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制第6章典型過(guò)程單元控制系統(tǒng)6.1流體輸送設(shè)備的控制6.1.1離心泵的控制方案6.1.2往復(fù)泵的控制方案6.1.3壓氣機(jī)的控制方案6.2精餾塔的自動(dòng)控制6.2.1工藝要求和約束條件6.2.2精餾塔的干擾因素6.2.3精餾塔的控制方案6.3化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制6.3.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求6.3.2釜式反應(yīng)器的溫度自動(dòng)控制6.3.3固定床反應(yīng)器的自動(dòng)控制6.3.4流化床反應(yīng)器的自動(dòng)控制6.4傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制6.4.1傳熱設(shè)備的控制目標(biāo)6.4.2一般傳熱設(shè)備的控制方案6.4.3載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制6.4.4冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制6.4.5管式加熱爐控制方案例題與習(xí)題第二篇過(guò)程控制儀表第7章檢測(cè)元件及變送器7.1測(cè)量誤差和測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)7.1.1測(cè)量誤差7.1.2測(cè)量?jī)x表的性能指標(biāo)7.2溫度的檢測(cè)及變送7.2.1溫度測(cè)量的基本方法7.2.2熱電偶溫度計(jì)7.2.3熱電阻溫度計(jì)7.2.4溫度變送器7.2.5測(cè)溫元件的安裝和使用7.2.6溫度顯示儀表7.3壓力的測(cè)量及變送……第8章調(diào)節(jié)器第9章執(zhí)行器第三篇計(jì)算機(jī)控制第10章過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第11章集散控制系統(tǒng)第12章可編程控制器第13章現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)試卷參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　化工、制藥、冶金、電力、輕工、食品、建筑等領(lǐng)域中有大量的過(guò)程控制對(duì)象，它們往往是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程系統(tǒng)，由許多不同的單元所組成?！　∵^(guò)程單元按其物理和化學(xué)變化及加工方式來(lái)分，主要有動(dòng)量傳遞過(guò)程、熱量傳遞過(guò)程、質(zhì)量傳遞過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。過(guò)程單元在生產(chǎn)過(guò)程中有其獨(dú)立的設(shè)備，各單元設(shè)備的生產(chǎn)操作又是相互聯(lián)系、相互影響的。因此，在確定控制方案時(shí)，應(yīng)有整體的概念，首先了解工藝，摸清情況，從實(shí)際出發(fā)。工藝上的合理性是控制方案得以成立的先決條件。通過(guò)對(duì)工藝的分析，了解控制要求、對(duì)象特性、干擾情況、約束條件，選擇適合的操作變量，確定適合于對(duì)象靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的控制方案?！　∵^(guò)程單元的操作設(shè)備種類(lèi)繁多，控制方案也因不同對(duì)象而異。本章以一些典型的過(guò)程單元為例進(jìn)行討論。有關(guān)單元設(shè)備的原理、特性和結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)相關(guān)課程。本章僅就其工藝特性作一些簡(jiǎn)單回顧，著重根據(jù)對(duì)象特性和控制要求，分析典型過(guò)程操作單元中具有代表性的設(shè)備的控制方案?！　∫后w、氣體和粉體等物料常常是在連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)下，進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程的。為使物料便于輸送和控制，多數(shù)物料是以氣態(tài)或液態(tài)方式在管道內(nèi)流動(dòng)。如果是固態(tài)物流，有時(shí)也進(jìn)行流態(tài)化。流體的輸送是一個(gè)動(dòng)量傳遞過(guò)程，流體在管道內(nèi)流動(dòng)，從泵或壓縮機(jī)等輸送設(shè)備獲得能量，以克服流動(dòng)阻力。輸送液體并提高其壓頭的設(shè)備是泵，輸送氣體并提高其壓頭的設(shè)備是壓縮機(jī)。此外，在工業(yè)生產(chǎn)上送風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)也可用于壓頭要求較低的氣體輸送。　　泵按作用原理可以分為離心泵、往復(fù)泵和旋轉(zhuǎn)泵。其中離心泵在化工裝置中使用最多；壓縮機(jī)按作用原理也可分為：速度式壓縮機(jī)（如離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)）、往復(fù)式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（如螺桿壓縮機(jī)、水環(huán)壓縮機(jī)）。往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式的泵和壓縮機(jī)均是正位移形式的容積泵和壓縮機(jī)，它的排出流量是固定的容積。　　流體輸送設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的主要任務(wù)是克服設(shè)備和管道阻力來(lái)輸送流體，根據(jù)化工過(guò)程的要求提高流體的壓頭和在制冷裝置中壓縮氣體。流體輸送設(shè)備的自動(dòng)控制就是確保上述任務(wù)的完成，即保證工藝流程中所要求的穩(wěn)定流量和壓力，同時(shí)確保機(jī)泵的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

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