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前言1

第1章 绪论1

1.1 过程控制的特点1

1.2 过程控制的发展概况2

1.2.1 过程控制装置与系统的发展3

1.2.2 过程控制策略与算法的发展4

1.3 过程控制系统分类及其性能指标5

1.3.1 过程控制系统的分类5

1.3.2 过程控制系统的性能指标6

思考题与习题12

2.1 检测仪表的基本技术指标13

第2章 检测仪表13

2.2 温度检测及仪表15

2.2.1 温度检测方法15

2.2.2 热电偶16

2.2.3 热电阻21

2.2.4 集成温度传感器22

2.2.5 温度显示与记录26

2.2.6 温度变送器30

2.3 压力检测及仪表36

2.3.1 压力检测的方法36

2.3.2 弹性式压力计36

2.3.3 电气式压力计38

2.4 流量检测及仪表44

2.3.4 智能式差压变送器44

2.4.2 差压式流量计45

2.4.1 流量的基本概念45

2.4.3 转子流量计47

2.4.4 靶式流量计48

2.4.5 椭圆齿轮流量计49

2.4.6 涡轮流量计49

2.4.7 电磁流量计51

2.4.8 旋涡式流量计51

2.4.9 超声波流量计53

2.5.1 概述55

2.5.2 差压式液位变送器55

2.5 物位检测及仪表55

2.5.3 电容式物位变送器57

2.5.4 超声波液位计60

2.6 成分检测及仪表60

2.6.1 氧化锆氧量计60

2.6.2 气相色谱分析仪62

2.6.3 红外线气体分析仪66

2.6.4 工业酸度计68

思考题与习题69

第3章 控制仪表72

3.1 基本控制规律及特点72

3.1.1 双位控制72

3.1.2 比例控制（P）73

3.1.3 比例积分控制（PI）75

3.1.4 比例微分控制76

3.1.5 比例积分微分控制76

3.2 模拟式控制器77

3.2.1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点77

3.2.2 DDZ-Ⅲ型控制器的组成与操作77

3.2.3 全刻度指示调节器的线路实例78

3.3 数字式PID控制器87

3.3.1 SLPC单回路可编程调节器的电路原理87

3.3.2 SLPC的数字控制算法90

3.3.3 SLPC单回路可编程调节器的用户程序93

3.4 可编程逻辑控制器99

3.3.4 用户程序的写入和调试99

3.4.1 PLC的主要组成100

3.4.2 PLC的内部等效继电器电路100

3.4.3 PLC的编程语言101

思考题与习题106

第4章 执行器及安全栅107

4.1 执行器107

4.1.1 气动调节阀107

4.1.2 电／气转换器113

4.1.3 阀门定位器114

4.1.4 电／气阀门定位器115

4.1.5 电动调节阀116

4.1.6 智能式调节阀117

4.2 安全栅118

4.2.1 安全防爆的基本概念118

4.2.2 安全火花防爆系统119

4.2.3 安全栅的工作原理120

思考题与习题124

第5章 被控过程的数学模型125

5.1 被控过程数学模型的作用与要求125

5.2 建立被控过程数学模型的方法126

5.3 机理法建模128

5.3.1 机理法建模的基本原理128

5.3.2 单容过程建模129

5.3.3 多容过程建模134

5.4 测试法建模138

5.4.1 阶跃响应曲线法建模139

5.4.2 测定动态特性的频域法145

5.4.3 测定动态特性的统计相关分析法147

5.4.4 最小二乘法建立被控过程的数学模型164

思考题与习题170

第6章 简单控制系统的设计与参数整定172

6.1 简单控制系统的结构与组成172

6.2 简单控制系统设计173

6.2.1 过程控制系统方案设计的基本要求、主要内容与设计步骤173

6.2.2 被控参数与控制变量的选择175

6.2.3 检测环节、执行器及调节器正负作用选择183

6.3.1 调节规律对控制品质影响的分析188

6.3 调节规律对控制品质的影响与调节规律选择188

6.3.2 调节规律的选择193

6.4 调节器参数的工程整定方法194

6.4.1 稳定边界法195

6.4.2 衰减曲线法196

6.4.3 响应曲线法197

6.4.4 经验法200

6.4.5 几种工程整定方法的比较201

6.5 简单控制系统设计实例202

6.5.1 生产过程概述202

6.5.2 控制方案设计202

思考题与习题205

6.5.3 调节器参数整定205

第7章 复杂控制系统208

7.1 串级控制系统208

7.1.1 串级控制系统的基本结构与工作原理208

7.1.2 串级控制系统的特点及其分析212

7.1.3 串级控制系统的设计与参数整定216

7.2 前馈控制系统221

7.2.1 前馈控制的工作原理及其特点221

7.2.2 前馈控制系统的结构224

7.3 大滞后过程控制系统227

7.3.1 大滞后过程的采样控制228

7.3.2 大滞后过程的Simth预估补偿控制228

7.4 比值控制系统230

7.4.1 比值控制系统的种类231

7.4.2 比值控制系统的设计与参数整定233

7.5 均匀控制系统235

7.5.1 均匀控制系统的工作原理及特点235

7.5.2 均匀控制方案237

7.5.3 均匀控制系统的参数整定238

7.6 分程控制系统239

7.6.1 分程控制系统的工作原理及类型239

7.6.2 分程控制系统的设计及工业应用241

7.7 选择性控制系统244

7.7.1 选择性控制系统的类型244

7.7.2 选择性控制系统的设计原则246

7.8.1 被控过程的耦合现象及对控制过程的影响247

7.8 解耦控制系统247

7.8.2 解耦控制系统设计248

7.8.3 解耦控制的进一步讨论251

思考题与习题253

第8章 先进过程控制技术256

8.1 概述256

8.2 自适应控制257

8.2.1 自校正控制系统257

8.2.2 模型参考自适应控制系统258

8.3 预测控制258

8.3.1 模型算法控制259

8.3.2 动态矩阵控制261

8.3.3 广义预测控制与内部模型控制262

8.4 专家控制263

8.5 模糊控制264

8.5.1 模糊控制系统的基本结构265

8.5.2 模糊控制的几种实现方法268

8.6 神经网络控制268

8.6.1 神经元模型268

8.6.2 人工神经网络模型270

8.6.3 神经网络在控制中的应用271

8.7 推理控制271

8.7.1 推理控制系统的组成272

8.7.2 推理－反馈控制系统273

8.8 基于规则的仿人控制274

8.8.1 仿人比例控制275

8.8.2 仿人积分控制276

思考题与习题277

第9章 计算机控制系统279

9.1 概述279

9.2 直接数字控制（DDC）系统280

9.2.1 DDC系统的特点及组成280

9.2.2 DDC系统的设计原则282

9.3 集散控制系统283

9.3.1 集散控制系统的发展历程283

9.3.2 集散控制系统的基本组成与功能划分284

9.3.3 现场控制站285

9.3.4 DCS操作站功能289

9.3.5 DCS的通信网络295

9.3.6 DCS的发展趋势298

9.4 现场总线技术与现场总线控制系统299

9.4.1 现场总线发展及几种主要的现场总线技术300

9.4.2 现场总线控制系统及其特点304

9.4.3 控制网络的现状与发展306

思考题与习题308

第10章 过程控制系统应用实例309

10.1 精馏塔过程控制系统309

10.1.1 分馏原理309

10.1.2 精馏塔的控制要求及主要干扰309

10.1.3 精馏塔控制方案311

10.2 工业锅炉自动控制系统315

10.2.1 锅炉汽包水位控制系统316

10.2.2 锅炉蒸气温度控制系统321

10.2.3 锅炉燃烧过程控制系统324

10.2.4 锅炉控制系统实例分析327

思考题与习题329

附录331

附录A 铂铑10-铂热电偶分度表（简表）331

附录B 镍铬－镍硅热电偶分度表（简表）331

附录C 铂热电阻分度表（简表）332

附录D 铜热电阻分度表332

附录E 常用压力表规格及型号333

参考文献334