过程控制工程(王淑红)

　　《高职高专自动化类“十二五”规划教材：过程控制工程》由过程控制工
程理论、过程控制实训两大部分组成。部分共分7章，主要介绍过程控 制原理、
过程控制工程等方面的知识，阐述了过程控制系统的基本概念、过程控制 系统的数学模型，比较详细地介
绍了过程控制系统中的控制器和执行器、简单控制系统的分析与设计，对 复杂控制系统、新型控制系统、
典型过程单元控制方案作了比较全面的介绍。第二部分为实训部分，包括 基本实训、提高实训、课程设计
和综合实训，提供了相关课程设计和综合实训的设计任务书和课程设计报 告书写格式。
　　《高职高专自动化类“十二五”规划教材：过程控制工程》可作为高职高 专院校生产过程自动化技术等相关专业的教材，也可供电气、机械、冶金
、化工工 艺、制药、轻工等相关专业参考。

第1章 过程控制系统概述
1.1　过程控制系统基本概念
1.1.1　过程控制系统的组成及分类
1.1.2　过程控制系统的发展概况
1.2　过程控制系统方块图
1.3　过程控制系统的过渡过程和品质指标
1.3.1　过程控制系统的静态与动态
1.3.2　过程控制系统的过渡过程
1.3.3　过程控制系统的品质指标
例题与解答
1.3.4　影响控制系统过渡过程品质指标的主要因素
1.4　管道及仪表流程图（P＆ID）
1.4.1　图形符号
1.4.2　字母代号
1.4.3　仪表位号
1.4.4　仪表符号实例
本章小结
思考题与习题

第2章 过程控制系统的数学建模
2.1　数学建模
2.1.1　基本概念
2.1.2　建立数学模型的目的
2.1.3　过程数学模型的求取方法
2.1.4　过程被控变量的选择
2.1.5 过程输入变量的选择
2.2　过程建模
2.3　试验建模
2.3.1　时域法建模
2.3.2　矩形脉冲法
2.4　描述对象特性的参数
2.4.1　放大系数K
2.4.2　时间常数T
2.4.3　滞后时间r
例题与解答
本章小结
思考题与习题

第3章 控制器和执行器
3.1　控制器和执行器概述
3.2　基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
3.2.1　双位控制
3.2.2　比例控制
3.2.3　积分控制
3.2.4　微分控制
3.3　控制器
3.3.1　模拟式调节器
3.3.2　数字式调节器
3.3.3　可编程序控制器
3.3.4　虚拟调节仪表
3.4　执行器
3.4.1　执行器的构成
3.4.2　执行器的分类及特点
3.4.3　执行器的作用方式
3.4.4　气动执行器
例题与解答
本章 小结
思考题与习题

第4章 单回路控制系统
4.1　单回路控制系统概述
4.2　被控变量的选择
4.3　操作变量的选择
4.3.1　操作变量
4.3.2　对象特性对选择操作变量的影响
4.3.3　操作变量的选择原则
4.4　测量元件及变送器特性的影响
4.4.1　测量元件的时间常数
4.4.2　测量元件的纯滞后
4.4.3　信号的传送滞后
4.4.4　克服变送器滞后特性的办法
4.5　调节阀（执行器）的选择
4.6　控制器控制规律的选择
4.6.1　控制器控制规律的确定
4.6.2　控制器正、反作用的确定
4.7　控制器参数的工程整定
4.7.1　临界比例度法
4.7.2　衰减曲线法
4.7.3　经验凑试法
例题与解答
本章小结
思考题与习题

第5章 复杂控制系统
5.1　串级控制系统
5.1.1　概述
5.1.2　串级控制系统的工作过程
5.1.3　串级控制系统的特点
5.1.4　串级控制系统中副回路的确定
5.1.5　主、副控制器控制规律及正、反作用的选择
5.1.6　控制器参数的工程整定
5.2　均匀控制系统
5.2.1　均匀控制的目的
5.2.2　均匀控制方案
5.3　比值控制系统
5.3.1　概述
5.3.2　比值控制系统的类型
5.4　前馈控制系统
5.4.1　前馈控制系统及其特点
5.4.2　前馈一反馈控制
5.4.3　前馈控制的应用场合
5.5　选择性控制系统
5.5.1　基本概念
5.5.2　选择性控制系统的类型
5.5.3　积分饱和及其防止
5.6　分程控制系统
5.6.1　概述
5.6.2　分程控制的应用场合
5.6.3　分程控制中的几个问题
例题与解答
本章小结
思考题与习题

第6章 新型控制系统
6.1　自适应控制系统
6.1.1　变增益自适应控制系统
6.1.2　模型参考自适应控制系统
6.1.3　直接优化目标函数的自适应控制系统
6.1.4　自校正控制系统
6.2　预测控制系统
6.2.1　预测控制的基本结构
6.2.2　预测控制的特点及应用
6.3　智能控制系统
6.4　专家控制系统
6.5　模糊控制系统
6.6　神经元网络控制系统
6.7　解耦控制系统
6.8　其他新型控制系统和系统故障诊断
6.8.1　推断控制
6.8.2　鲁棒控制
6.8.3　故障检测与故障诊断
本章小结
思考题与习题

第7章 典型过程单元的控制方案
7.1　流体输送设备的控制方案
7.1.1　离心泵的控制方案
7.1.2　往复泵的控制方案
7.1.3　空气压缩机的控制方案
7.1.4　离心式压缩机的防喘振控制
7.2　传热设备的自动控制
7.2.1　两侧均无相变化的换热器控制方案
7.2.2　载热体进行冷凝的加热器自动控制
7.2.3　冷却剂进行汽化的冷却自动控制
7.3　精馏塔控制方案
7.3.1　工艺要求
7.3.2　精馏塔的干扰因素
7.3.3　精馏塔的控制方案
7.4　化学反应器的控制
7.4.1　化学反应器的控制要求
7.4.2　釜式反应器的温度自动控制
7.4.3　固定床反应器的自动控制
7.4.4　流化床反应器的自动控制
7.5　工业锅炉的控制方案
7.5.1　锅炉设备的控制要求
7.5.2　锅炉汽包水位的控制
7.5.3　锅炉燃烧过程的控制
7.5.4　过热蒸汽温度控制
例题与解答
本章小结
思考题与习题

第8章 过程控制系统基本实训
8.1　实训设备概述
8.1.1　实验装置特点
8.1.2　技术规格
8.1.3　画面说明及操作说明
8.1.4　装置使用注意事项
8.2　简单过程控制系统
8.3　复杂过程控制系统

第9章 智能温度控制系统
9.1　智能温度控制系统概述
9.2　专家自整定温度控制器
9.2.1　XMA5000的功能特点
9.2.2　常规PID参数设置
9.2.3　调节器面板接线
9.3　温度传感器的选择与使用
9.4　串口通信部分
9.5　仪表使用注意事项

第10章 小型电锅炉综合实训课题举例
10.1　小型电锅炉过程控制课程设计
10.1.1　课程设计的性质、地位和任务
10.1.2　课程设计目标
10.1.3　时间分配
10.1.4　考核方式和成绩评定标准
10.1.5　课程设计参考选题与要求
10.1.6　参考文献
课程设计任务书
10.2　小型电锅炉过程控制综合实训
10.2.1　实训的目的、任务和要求
10.2.2　实训的教学要求
10.2.3　实训的内容
10.2.4　实习进程计划
10.2.5　实习纪律要求
10.2.6　实习报告要求
10.2.7　实习考核
综合实训示例
10.3　课程设计报告书写格式
10.3.1　设计报告的组成
10.3.2　版式说明

附录
附录1 拉氏变换对照
附录2 被测变量及仪表组合功能示例
附录3 工艺流程图上设备和机器图例符号
附录4 工艺流程图上的物料代号
附录5 工艺流程图上管道、管件、阀门及附件图例
附录6 控制阀气开、气关形式选择
参考
参考文献

为了适应社会经济和科学技术迅速发展及教育教学改革的需要，本教材贯彻“以市场需求为导向、以职业能力为本位，以培养应用型高技能人才为中心”的指导方针，坚持“理论够用为度，加强实践环节”的思想，突出职业能力培养，体现高职高专的办学定位，注重以先进的科学发展观调整和组织教学内容，增强认知结构与能力结构的有机结合，强调培养对象对职业岗位（群）的适应程度。
全书分为10章，主要内容由过程控制工程理论、过程控制实训两部分组成。部分共分7章，主要介绍过程控制原理、过程控制工程等方面的知识，其中包括过程控制系统基本概念、过程控制系统的数学建模、简单控制系统、复杂控制系统、新型控制系统和典型过程单元控制方案等。
第二部分（第8～10章）为实训部分，过程控制实训包括基本实训、课程设计和综合实训。第8章基本实训以大型过程控制实验装置为载体，完成简单过程控制系统和复杂过程控制系统的验证性实验。第9章介绍了提高实训项目——智能温度控制系统。第10章以小型电锅炉为对象的课程设计和综合实训，包含了温度、压力、液位、流量四大参数控制系统设计，综合性强，在实验室模拟完成，做到“教、学、做”相结合，强化学生动手实践能力培养，提供了相关课程设计任务书和综合实训示例，并介绍了课程设计报告书写格式。
本书可作为高职高专、成人高等教育、继续教育等学校的各类生产过程控制(如化学工程、化学工艺、化学分析、环境保护、化工机械、计算机应用等)非仪表类专业的教材，也可作为化工、轻工、炼油、冶金、电力、纺织等院校及相关企业的职工培训教材，还可以供工业企业的工艺工程技术人员参考。
本书的第1、2、3、6章由张总编写，第4、5、7章由卢永杰编写，其余部分由王淑红编写，全书由王淑红统稿。
由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者批评指正。 编者2012年10月