本書為普通高等教育十一五*規(guī)劃教材，主要討論生產(chǎn)過程自動(dòng)化中使用的各種檢測(cè)與控制儀表的工作原理，以及過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整定方法。 全書分上、下兩篇。上篇為自動(dòng)化儀表部分，介紹*常用的工業(yè)檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和防爆柵等的工作原理及控制系統(tǒng)集成技術(shù)。重點(diǎn)討論DDZⅢ型電動(dòng)單元組合儀表、YS1000可編程序調(diào)節(jié)器、CS3000集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的工作原理及使用方法。下篇為過程控制部分，介紹了過程控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方法、單回路及串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定方法，以及解耦控制、推理控制及預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制技術(shù)，*后介紹了幾種典型調(diào)節(jié)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中的應(yīng)用實(shí)例。 本書可供高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程專業(yè)本科生、研究生作為教材或參考書使用，也可供相關(guān)專業(yè)學(xué)生及從事生產(chǎn)過程檢測(cè)控制的研究及工程技術(shù)人員參考使用。
前 言
本書是普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，由電子信息與電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)及電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)分指導(dǎo)委員會(huì)推薦出版。 本教材最初是根據(jù)1977年恢復(fù)高考后，全國(guó)工科電子類自動(dòng)控制專業(yè)教材編審委員會(huì)制訂的教學(xué)大綱，由西安交通大學(xué)施仁、劉文江編寫，國(guó)防工業(yè)出版社1980年出版的《工業(yè)自動(dòng)化儀表與過程控制》全國(guó)統(tǒng)編教材。此后，根據(jù)國(guó)務(wù)院關(guān)于高等學(xué)校教材出版分工的規(guī)定，改由電子工業(yè)出版社作為全國(guó)自動(dòng)控制專業(yè)統(tǒng)編教材出版、發(fā)行。多年來被諸多院校廣泛采用，也收到不少改進(jìn)意見。隨著自動(dòng)化、通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，本書內(nèi)容也不斷翻新，多次修訂，分別于1984年（第1版）、1991年（第2版）、2003年（第3版）、2006年（第4版）、2011年（第5版）面世。2006年本書第四版被評(píng)為普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材、電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)精品教材。為適應(yīng)近年來科技發(fā)展和節(jié)能環(huán)保的需求，本書再次進(jìn)行了修訂，如對(duì)模擬調(diào)節(jié)器的篇幅做了壓縮，在數(shù)字設(shè)備信號(hào)互聯(lián)中介紹了OPC技術(shù)，在工程應(yīng)用中增加了火力發(fā)電廠的脫硝控制等，作為第6版出版。 本教材的參考教學(xué)時(shí)數(shù)為60學(xué)時(shí)，上、下篇各約30學(xué)時(shí)，其主要內(nèi)容是：上篇為自動(dòng)化儀表部分，介紹工業(yè)檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和防爆柵，以及集散控制系統(tǒng)（DCS）與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的工作原理和控制系統(tǒng)集成技術(shù)。下篇為過程控制部分，介紹控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方法、單回路及串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定方法，以及解耦控制、推理控制及預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制技術(shù)，最后介紹了幾種典型控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中的應(yīng)用實(shí)例。 本教材的自動(dòng)化儀表部分主要以DDZⅢ型電動(dòng)單元組合儀表、日本橫河公司YS1000可編程序調(diào)節(jié)器、CS3000集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)為重點(diǎn)，介紹基本工作原理和使用特點(diǎn)。關(guān)于儀表具體結(jié)構(gòu)和調(diào)校方法討論不多。本書下篇為過程控制部分，主要介紹控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性測(cè)試和數(shù)據(jù)處理方法，以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定的一般原理，不針對(duì)特定的工藝過程。 本課程是高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)完電子技術(shù)基礎(chǔ)、控制理論、微機(jī)原理等課程后開設(shè)的專業(yè)課程。通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生可以掌握自動(dòng)化儀表的工作原理和使用特點(diǎn)，選用通用的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具，初步具備集成自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力，在深入了解被控對(duì)象要求的基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試和投運(yùn)。 本教材由施仁編寫自動(dòng)化儀表概述及第1、第2、第4章，鄭輯光編寫第3章，劉文江編寫第5、第6、第7、第9章，王勇編寫第8章，并對(duì)第5～9章內(nèi)容進(jìn)行一定的修改整理。為了方便教學(xué)，鄭輯光、王勇為本教材制作了電子課件，歡迎任課教師索取（http：//www.hxedu.com.cn）。 本書編寫過程中參考了各種書刊及資料，在此謹(jǐn)向他們表示深切的謝意。由于作者水平有限，書中肯定有不少缺點(diǎn)和不足，請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正�！� 編者2017年6月于西安
西安交通大學(xué)教授。曾任自動(dòng)控制教研室主任、教授、博導(dǎo)、全國(guó)DCS協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)等。研究方向是自動(dòng)化儀表與計(jì)算機(jī)控制技?X。發(fā)表學(xué)?X論文130多篇，獲省部級(jí)以上科技成果獎(jiǎng)7項(xiàng)。
目 錄
上篇 自動(dòng)化儀表
自動(dòng)化儀表概述
0.1 自動(dòng)化儀表及其發(fā)展概況
0.2 電動(dòng)單元組合儀表及其控制系統(tǒng)的組成
0.3 儀表的基本技術(shù)指標(biāo)
復(fù)習(xí)思考題
第1章 檢測(cè)儀表
1.1 溫度檢測(cè)儀表
1.1.1 測(cè)量溫度的主要方法
1.1.2 熱電偶
1.1.3 熱電阻
1.1.4 半導(dǎo)體熱敏電阻
1.1.5 熱電偶溫度變送器的基本結(jié)構(gòu)
1.1.6 DDZⅢ型熱電偶溫度變送器的實(shí)際線路
1.2 壓力檢測(cè)儀表
1.2.1 彈性式壓力測(cè)量元件
1.2.2 力平衡式壓力(差壓)變送器
1.2.3 位移式差壓(壓力)變送器
1.2.4 固態(tài)測(cè)壓儀表
1.3 流量檢測(cè)儀表
1.3.1 節(jié)流式流量計(jì)
1.3.2 容積式流量計(jì)
1.3.3 渦輪流量計(jì)
1.3.4 電磁流量計(jì)
1.3.5 旋渦式流量計(jì)
1.4 液位檢測(cè)儀表
1.4.1 浮力式液位計(jì)和靜壓式液位計(jì)
1.4.2 電容式液位計(jì)
1.4.3 超聲波液位計(jì)
1.5 成分分析儀表
1.5.1 熱導(dǎo)式氣體分析儀
1.5.2 紅外線氣體分析儀
1.5.3 色譜分析儀
1.5.4 氧化鋯氧分析儀
復(fù)習(xí)思考題
第2章 調(diào)節(jié)器
2.1 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律
2.2 PID運(yùn)算電路
2.2.1 比例積分運(yùn)算電路
2.2.2 比例微分運(yùn)算電路
2.2.3 PID運(yùn)算電路
2.3 PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)和頻率特性
2.3.1 PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)
2.3.2 PID調(diào)節(jié)器的頻率特性
2.4 PID調(diào)節(jié)器的完整結(jié)構(gòu)
2.5 數(shù)字控制算法
2.5.1 基本PID的離散表達(dá)式
2.5.2 采樣周期的選擇
2.5.3 變形的PID控制算法
2.5.4 混合過程PID算法
2.5.5 字長(zhǎng)的考慮
2.6 可編程序調(diào)節(jié)器
2.6.1 可編程序調(diào)節(jié)器的電路
2.6.2 數(shù)字調(diào)節(jié)器的工作時(shí)序
2.6.3 用戶程序結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)格式
2.6.4 運(yùn)算模塊
2.6.5 控制模塊及編程
2.6.6 程序的寫入和調(diào)試
2.6.7 數(shù)字調(diào)節(jié)器的通信
復(fù)習(xí)思考題
第3章 集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
3.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展及其組成
3.1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展
3.1.2 CENTUM CS3000基本組成
3.1.3 CENTUM CS3000的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)
3.1.4 CENTUM CS3000子系統(tǒng)的一體化功能
3.2 DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能
3.2.1 反饋控制功能
3.2.2 順序控制功能
3.3 DCS操作站的功能
3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)
3.4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展
3.4.2 開放系統(tǒng)互連參考模型
3.4.3 HART 通信技術(shù)
3.4.4 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)
3.5 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的用戶應(yīng)用
3.5.1 用戶應(yīng)用模塊
3.5.2 系統(tǒng)管理
3.5.3 設(shè)備信息文件
3.5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.6 信息集成的連接橋梁OPC技術(shù)
3.6.1 OPC技術(shù)簡(jiǎn)介
3.6.2 OPC技術(shù)規(guī)范
3.6.3 OPC技術(shù)應(yīng)用
3.7 典型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)舉例
3.7.1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)System 302的組成
3.7.2 系統(tǒng)System 302中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)
3.7.3 系統(tǒng)System 302中人機(jī)界面的組態(tài)
3.8 過程控制系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)
小結(jié)
復(fù)習(xí)思考題
第4章 執(zhí)行器和防爆柵
4.1 執(zhí)行器
4.1.1 氣動(dòng)執(zhí)行器
4.1.2 電氣轉(zhuǎn)換器
4.1.3 閥門定位器
4.1.4 電動(dòng)執(zhí)行器
4.2 防爆柵
4.2.1 安全火花防爆系統(tǒng)的概念
4.2.2 安全火花防爆的等級(jí)
4.2.3 防爆柵的基本工作原理
4.2.4 隔離式防爆柵
復(fù)習(xí)思考題
下篇 過程控制
第5章 過程控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性及其數(shù)學(xué)模型
5.1 單容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性及其數(shù)學(xué)描述
5.1.1 水槽水位的動(dòng)態(tài)特性
5.1.2 對(duì)象的自衡特性
5.2 多容對(duì)象的特性、容量滯后、純滯后
5.2.1 雙容對(duì)象的特性
5.2.2 純滯后
5.3 對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定、時(shí)域法
5.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法描述
5.3.2 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的時(shí)域方法
5.4 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的頻域方法
5.4.1 正弦波方法
5.4.2 頻率特性的相關(guān)測(cè)試法
5.4.3 閉路測(cè)定法
5.5 測(cè)定動(dòng)態(tài)特性的統(tǒng)計(jì)方法
5.5.1 相關(guān)分析法識(shí)別對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的原理
5.5.2 基于M序列信號(hào)測(cè)定對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性
復(fù)習(xí)思考題
第6章 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法
6.1 概述
6.2 對(duì)象動(dòng)態(tài)特性對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及調(diào)節(jié)方案的確定
6.2.1 干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響
6.2.2 調(diào)節(jié)通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響
6.2.3 調(diào)節(jié)方案的確定
6.3 調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇
6.3.1 在干擾作用下雙容對(duì)象的比例調(diào)節(jié)
6.3.2 系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)、PI、PD調(diào)節(jié)作用分析
6.3.3 調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇
6.4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)驗(yàn)整定方法
6.4.1 穩(wěn)定邊界法
6.4.2 反應(yīng)曲線法
6.4.3 衰減曲線法
6.4.4 三種整定方法的比較
復(fù)習(xí)思考題
第7章 常用過程控制系統(tǒng)
7.1 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
7.1.1 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成
7.1.2 串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)和效果分析
7.1.3 調(diào)節(jié)器的選型和整定方法
7.2 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)
7.2.1 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成原理
7.2.2 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定
7.3 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)
7.3.1 均勻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成
7.3.2 調(diào)節(jié)器的選型和參數(shù)整定
7.4 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)
7.4.1 前饋控制的工作原理
7.4.2 擾動(dòng)補(bǔ)償規(guī)律及其局限性
7.4.3 復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性分析
7.4.4 復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的選擇
7.4.5 自治調(diào)節(jié)系統(tǒng)
7.4.6 自治調(diào)節(jié)系統(tǒng)解耦裝置的綜合
復(fù)習(xí)思考題
第8章 復(fù)雜過程控制系統(tǒng)
8.1 多變量解耦控制系統(tǒng)
8.1.1 多變量過程的基本描述
8.1.2 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣
8.1.3 解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
8.1.4 解耦控制中的一些問題
8.2 推理控制系統(tǒng)
8.2.1 推理控制的基本原理
8.2.2 推理反饋控制系統(tǒng)
8.2.3 輔助控制量的選擇
8.2.4 控制作用的限幅
8.3 預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)
8.3.1 預(yù)測(cè)模型
8.3.2 參考軌跡
8.3.3 控制算法
8.3.4 預(yù)測(cè)控制的優(yōu)點(diǎn)及存在問題
8.3.5 基于Laguerre函數(shù)的預(yù)測(cè)控制方法
復(fù)習(xí)思考題
第9章 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用舉例
9.1 石油加工蒸餾裝置的儀表控制系統(tǒng)
9.1.1 石油加工中的儀表控制系統(tǒng)概要
9.1.2 蒸餾塔的儀表控制系統(tǒng)
9.2 鋼鐵工業(yè)中加熱爐的控制系統(tǒng)
9.2.1 鋼鐵生產(chǎn)過程概要
9.2.2 加熱爐的燃燒控制
9.2.3 燃燒控制的串級(jí)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)
9.2.4 交叉限幅并聯(lián)副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)
9.3 鍋爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
9.3.1 汽包水位的調(diào)節(jié)
9.3.2 燃燒過程的調(diào)節(jié)
9.3.3 鍋爐控制系統(tǒng)舉例
9.4 火電機(jī)組的脫硝控制系統(tǒng)
9.4.1 火力電廠生產(chǎn)過程
9.4.2 煙氣脫硝過程
9.4.3 煙氣脫硝技術(shù)
9.4.4 基于模型預(yù)測(cè)控制的煙氣脫硝控制系統(tǒng)
復(fù)習(xí)思考題
參考文獻(xiàn)
書單推薦
