过程控制系统

出版说明

序

前言

第1章绪论

1.1典型过程控制问题

1.1.1连续过程

1.1.2间歇过程

1.2过程控制性能要求

1.2.1时域控制性能指标

1.2.2积分控制性能指标

1.3过程控制系统组成

1.4过程控制系统发展概况

1.4.1过程控制系统体系结构的发展

1.4.2过程控制检测仪表和执行机构的发展

1.4.3过程控制策略的发展

1.5过程控制系统的分类

1.6本章小结

1.7习题

第2章被控过程特性及其数学模型

2.1被控过程的特性

2.2被控过程的数学模型

2.2.1被控过程数学模型的类型

2.2.2过程建模的基本方法

2.3解析法建立过程的数学模型

2.3.1解析法建模的一般步骤

2.3.2单容过程的建模

2.3.3多容过程的建模

2.4实验辨识法建立过程的数学模型

2.4.1实验辨识法建模的基本步骤与方法

2.4.2响应曲线法辨识过程的模型

2.4.3最小二乘法辨识过程的模型

2.5本章小结

2.6习题

第3章过程参数检测与变送仪表

3.1概述

3.2检测仪表的工作特性

3.3测量误差

3.3.1测量误差的基本概念

3.3.2检测仪表的性能指标

3.4温度检测与变送

3.4.1温度检测方法

3.4.2热电偶

3.4.3热电阻

3.4.4温度变送器

3.4.5温度检测仪表的选型

3.5压力检测与变送

3.5.1压力的概念及其检测

3.5.2弹性式压力检测仪表

3.5.3电气式压力检测仪表

3.5.4压力变送器

3.5.5压力检测仪表的选用

3.6流量检测与变送

3.6.1流量的概念及其检测

3.6.2典型流量检测仪表

3.7物位检测与变送

3.7.1物位检测的基本方法

3.7.2常用物位检测仪表

3.8智能检测仪表

3.8.1智能流量积算仪

3.8.2智能温度变送器

3.9煤矿常用检测仪表

3.10本章小结

3.11习题

第4章执行器

4.1执行器的工作原理与分类

4.2电动执行机构

4.2.1工作原理

4.2.2伺服放大器

4.2.3执行机构

4.3气动执行机构

4.4调节机构

4.4.1调节阀的结构

4.4.2调节阀特性

4.5电－气转换器

4.6阀门定位器

4.7执行器的选择

4.8本章小结

4.9习题

第5章仪表本安防爆技术

5.1防爆基础理论

5.1.1爆炸性物质分类

5.1.2危险场所防爆技术

5.2本质安全防爆技术

5.3安全栅

5.3.1安全栅的基本形式

5.3.2输入式安全栅

5.3.3输出式安全栅

5.4本安防爆系统设计要求

5.4.1本安防爆系统设计的一般要求

5.4.2现场总线本安防爆技术

5.5本章小结

5.6习题

第6章PID控制器设计及参数整定

6.1PID控制原理

6.1.1比例(P)控制算法

6.1.2比例积分(PI)控制算法

6.1.3比例微分(PD)控制算法

6.1.4PID控制算法

6.1.5比例－积分－微分控制算法的选择

6.2PID控制参数的整定方法

6.2.1PID参数整定的一般原则

6.2.2临界比例度法

6.2.3衰减曲线法

6.2.4反应曲线法

6.2.5三种常用工程整定方法的比较

6.2.6PID参数的自整定

6.3DDZ－Ⅲ型PID控制器

6.3.1输入电路

6.3.2比例微分电路

6.3.3比例积分电路

6.3.4输出电路

6.3.5控制器的传递函数

6.3.6手动操作电路及自动－手动切换

6.3.7指示电路

6.4本章小结

6.5习题

第7章复杂过程控制系统

7.1串级控制系统

7.1.1串级控制的基本原理

7.1.2串级控制系统的特点与分析

7.1.3串级控制系统的设计

7.1.4串级控制系统的参数整定

7.1.5串级控制系统的应用范围

7.2前馈控制系统

7.2.1前馈控制的基本原理

7.2.2前馈控制的特点及局限性

7.2.3前馈控制系统的主要结构形式

7.2.4前馈控制系统的选用原则及应用

7.3大滞后过程控制系统

7.3.1大滞后对控制品质的影响

7.3.2史密斯预估补偿控制

7.3.3改进型史密斯预估补偿控制

7.3.4内模控制

7.4比值控制系统

7.4.1比值控制的常见类型

7.4.2比值控制系统的设计

7.5选择性控制系统

7.5.1选择性控制的常见类型

7.5.2选择性控制系统的设计

7.6分程控制系统

7.6.1分程控制系统的基本原理

7.6.2分程控制系统的设计

7.6.3分程控制系统的应用

7.7本章小结

7.8习题

第8章先进过程控制系统

8.1预测控制

8.1.1预测控制的基本原理

8.1.2预测模型

8.1.3参考轨迹

8.1.4控制算法

8.2自适应控制

8.2.1自适应控制的基本原理

8.2.2自校正控制系统

8.2.3模型参考自适应控制系统

8.3统计过程控制

8.3.1统计过程控制的基本原理

8.3.2质量控制图

8.3.3其他统计过程控制技术

8.4控制系统故障诊断和容错控制

8.4.1故障检测和诊断的基本概念

8.4.2故障检测和诊断的主要方法

8.4.3容错控制

8.5软测量和推理控制系统

8.5.1软测量技术

8.5.2推理控制系统

8.6本章小结

8.7习题

第9章计算机过程控制系统

9.1计算机过程控制系统

9.1.1计算机过程控制系统结构

9.1.2数据采集及数据转换

9.1.3控制系统软件体系

9.1.4数字PID控制算法

9.2集散控制系统

9.2.1集散控制系统组成

9.2.2集散控制系统的递阶结构

9.2.3集散控制系统的通信网络

9.2.4集散控制系统的设计

9.3现场总线控制技术

9.3.1现场总线简介

9.3.2常见现场总线

9.3.3现场总线控制系统

9.4工业以太网控制系统

9.4.1工业以太网技术

9.4.2工业以太网与现场总线

9.4.3基于网络的控制系统

9.5本章小结

9.6习题

第10章过程控制系统设计及应用实例

10.1过程控制系统设计概述

10.1.1过程控制系统设计的一般要求

10.1.2过程控制系统设计的基本方法与开发步骤

10.1.3控制方案的确定

10.1.4系统的工程设计

10.2干燥过程的控制系统设计

10.2.1干燥过程的工艺要求

10.2.2控制方案设计

10.3电厂燃煤锅炉控制

10.3.1电厂生产过程及控制要求

10.3.2锅炉锅筒水位控制

10.3.3锅炉燃烧过程控制

10.3.4过热蒸汽温度控制系统

10.3.5机炉协调控制

10.4选煤过程控制

10.4.1选煤生产过程及控制要求

10.4.2跳汰机自动控制系统

10.4.3重介质选煤监测与控制系统

10.4.4真空过滤机液位控制系统

10.5本章小结

10.6习题

附录

附录A仪表分度表

A.1铂铑10-铂热电偶分度表

A.2镍铬－镍硅(镍铝)热电偶分度表

A.3铂铑30-铂铑6热电偶分度表

A.4工业铂热电阻分度表

A.5工业铜热电阻分度表

附录B常用监控软件介绍

B.1iFIX组态软件

B.2InTouch组态软件

B.3组态王软件

参考文献

　　本书是作者多年教学经验和科研实践的积累，具有自己特有的教学套路，适量结合了煤矿行业的特色，按过程控制系统的组成与设计思路组织编写的。首先，概要论述了过程控制系统的组成、性能指标及流程对象共有特征的环节特性，包括难控的纯迟延环节和自衡与非自衡惯性环节，以建立起过程控制的基本概念；其次，有选择性地讨论了流程对象的建模方法，为过程控制系统的整定和高等过程控制方法的应用做了铺垫；接着，用明显的篇幅阐述了过程参数的检测、变送和控制器的设计，以及控制执行机构和系统本安防爆技术，尤其突出讨论了PID控制规律及其整定方法，同时介绍了一些高等控制方法和复杂控制系统的组成，包括串级控制系统、前馈控制系统、大滞后控制系统、比值控制系统、分程控制系统等；之后，又简明介绍了计算机过程控制系统的组成和原理，包括集散控制系统、现场总线控制系统、网络控制系统等；最后，重点分析了一些典型生产过程和部分煤矿工业过程控制系统的设计。全书知识覆盖面广，内容介绍有轻有重，契合当前技术发展的趋势。　　本书详细讨论了过程控制系统的结构、原理、特点、系统分析和应用，并与实际工程应用相结合。在内容安排上，既强调了过程建模、参数测量与变送、简单和先进控制策略等基础知识，又增加了过程计算机控制软硬件及网络控制等新技术内容。考虑到行业需求，书中加入了涉及系统安全性的防爆知识。　　让读者从应用的角度，理解过程控制问题的本质，掌握分析和设计过程控制系统的方法。　　本书可作为高等院校自动化及相近专业本科生教材，也可供煤炭、冶金、电力、化工等部门从事过程控制工作的工程技术人员参考。