過程控制（簡體書）

本書共13章，闡述了過程控制系統的結構、原理、特點、設計及應用等問題，探討了流程工業典型生產單元控制方案的工程設計、系統調試與運行分析。方法篇(第1～5章)詳細介紹了過程特性、檢測儀錶、執行器和常用控制系統；應用篇(第6～10章)講解了流體輸送設備、傳熱設備、鍋爐設備、精餾塔、化學反應器等典型單元的控制方案設計與應用；設計篇(第11～13章)講解了過程控制工程設計以及化工過程設計實例與模擬仿真系統開發實例。全書內容豐富，覆蓋面廣，理論聯繫實際，為便於學習與理解，提供了豐富的習題。
本書可作為高校自動化專業的過程控制教材，也可作為流程工業工程技術人員和管理人員的自學用書，還可作為高等院校本專科相關專業師生的參考用書。
(本書責任編輯郵箱：jinacmp@163.com)

本書是過程控制工程專業的專業課教材，內容上將化工生產過程特性與過程控制技術緊密結合，分析化工工藝開發過程機理和需求的基礎上,講述過程控制的基本原理及其工程實現，闡述如何將控制理論知識應用到實際工業過程

前言
第1章緒論1
1.1概述1
1.2過程控制的研究對象和目標2
1.3過程控制的發展和趨勢2
1.4過程控制系統的國內外應用現狀3
1.5過程控制系統的發展趨勢4
第2章過程檢測儀錶6
2.1概述6
2.1.1檢測誤差6
2.1.2儀錶的性能指標7
2.2溫度檢測9
2.2.1溫度的檢測方法9
2.2.2熱電偶10
2.2.3熱電阻13
2.2.4熱電偶、熱電阻的選用13
2.3流量檢測14
2.3.1流量的檢測方法14
2.3.2質量流量計15
2.3.3容積式流量計16
2.3.4差壓式流量計16
2.3.5速度式流量計19
2.3.6流量儀錶的選用21
2.4壓力檢測22
2.4.1壓力的表示方法22
2.4.2常用壓力檢測儀錶23
2.4.3壓力錶的選用25
2.5物位檢測26
2.5.1物位檢測的方法27
2.5.2常用的物位檢測儀錶27
2.5.3物位檢測儀錶的選用32
2.6成分和物性參數的檢測32
2.6.1熱導式氣體成分檢測32
2.6.2磁導式含氧量檢測33
2.6.3紅外氣體分析儀34
2.6.4氣相色譜儀34
2.7變送器35
2.7.1量程遷移和零點遷移35
2.7.2溫度變送器36
2.7.3差壓變送器39
習題41
第3章執行器43
3.1執行器的構成原理43
3.1.1氣動執行器43
3.1.2電動執行機構45
3.1.3調節閥45
3.1.4執行器的氣開與氣關46
3.2流量特性46
3.2.1理想流量特性47
3.2.2壓降比對流量特性的影響48
3.3控制閥口徑的確定49
3.3.1控制閥流量係數Kv的計算50
3.3.2控制閥口徑的確定步驟50
3.4閥門定位器50
3.4.1電氣閥門定位器51
3.4.2閥門定位器的作用51
3.5氣動薄膜控制閥的選用52
3.5.1控制閥結構形式及材質的選擇52
3.5.2控制閥流量特性的選擇53
3.5.3氣動薄膜控制閥的安裝和使用56
習題56
第4章簡單控制系統57
4.1控制系統的組成與性能指標57
4.1.1控制系統的組成57
4.1.2控制系統的性能指標58
4.2典型的過程動態特性與建模61
4.2.1典型的過程動態特性61
4.2.2過程特性對控制性能指標的
影響63
4.2.3過程動態模型的建立64
4.3控制器的模擬控制算法65
4.3.1比例控制算法66
4.3.2比例積分控制算法67
4.3.3比例微分控制算法69
4.3.4模擬PID控制算法71
4.3.5PID參數整定71
4.4簡單控制系統的工程設計與實現74
4.4.1控制系統運行的重要準則74
4.4.2被控變量與操作變量的選擇74
4.4.3控制規律及控制器作用方向
的選擇75
4.4.4簡單控制系統的計算機實現
過程76
4.4.5簡單控制系統的投運77
習題78
第5章常用複雜控制系統80
5.1串級控制系統80
5.1.1串級控制系統的基本原理和
結構80
5.1.2串級控制系統的性能分析81
5.1.3串級控制系統的設計與工程
應用82
5.1.4串級控制系統控制器的參數
整定84
5.2均勻控制系統85
5.2.1均勻控制系統的基本原理和
結構85
5.2.2均勻控制系統的控制規律選
擇及參數整定87
5.3前饋控制系統88
5.3.1前饋控制系統的基本原理和
性能分析88
5.3.2前饋控制的實例90
5.3.3前饋控制系統的設計與工程
應用91
5.4比值控制系統93
5.4.1比值控制系統的基本原理、結構
和性能分析93
5.4.2比值控制方案的實施95
5.4.3比值控制系統的設計和工程
應用96
5.5分程控制系統97
5.5.1分程控制系統的基本原理、結構
和性能分析97
5.5.2分程控制系統的設計和工程
應用99
5.6選擇性控制系統100
5.6.1選擇性控制系統的基本原理100
5.6.2選擇性控制系統的基本結構和
性能分析101
5.6.3選擇性控制系統與其他控制系
統的結合102
5.6.4選擇性控制系統的設計和工程
應用105
5.7雙重控制系統106
5.7.1雙重控制系統的基本原理和
結構106
5.7.2雙重控制系統的性能分析和
應用實例106
5.7.3雙重控制系統的設計和工程
應用108
習題109
第6章流體輸送設備的控制111
6.1泵和壓縮機的控制111
6.1.1離心泵的控制111
6.1.2容積式泵的控制113
6.1.3風機的控制114
6.1.4壓縮機的控制115
6.1.5變頻器調速控制116
6.2離心壓縮機的防喘振控制117
6.2.1離心壓縮機的喘振117
6.2.2離心壓縮機防喘振控制系統的
設計118
6.2.3實例分析123
習題124
第7章傳熱設備的控制126
7.1傳熱設備的特性126
7.1.1換熱器靜態特性的基本
方程式126
7.1.2換熱器傳熱過程的動態
特性127
7.2對象的動態數學模型128
7.3控制方案的確定131
7.4複雜控制系統134
習題136
第8章鍋爐設備的控制138
8.1鍋爐鍋筒水位的控制139
8.1.1鍋爐鍋筒水位的動態特性139
8.1.2鍋爐鍋筒水位的控制及應用
示例140
8.2蒸汽過熱系統的控制143
8.3鍋爐燃燒控制系統144
習題147
第9章精餾塔的控制149
9.1概述149
9.1.1精餾塔的控制目標149
9.1.2精餾塔的擾動分析151
9.2精餾塔的特性152
9.2.1物料平衡和內部物料平衡152
9.2.2能量平衡154
9.2.3進料濃度zF和流量F對產品
質量的影響155
9.3精餾塔被控變量的選擇157
9.3.1採用溫度作為間接質量指標157
9.3.2採用壓力補償的溫度作為間接
質量指標158
9.4精餾塔的基本控制159
9.4.1產品質量的開環控制159
9.4.2按精餾段指標的控制161
9.4.3按提餾段指標的控制163
9.4.4精餾塔的塔壓控制163
9.5複雜控制系統在精餾塔中的應用165
9.5.1串級控制165
9.5.2前饋反饋控制166
9.5.3選擇性控制166
9.6精餾塔的節能控制169
習題175
第10章化學反應器的控制176
10.1化學反應過程特性176
10.1.1化學反應器的類型176
10.1.2化學反應速度177
10.1.3化學平衡178
10.1.4轉化率179
10.1.5轉化率對反應速度的影響179
10.2化學反應器的基本控制180
10.2.1化學反應器的控制要求180
10.2.2出料成分的控制181
10.2.3反應過程間接質量控制183
10.2.4pH控制184
10.2.5化學反應器的推斷控制185
10.2.6穩定外圍的控制186
10.3典型化學反應過程的控制系統
設計示例188
習題190
第11章過程控制工程設計與實例
分析191
11.1基礎知識191
11.2設計原則200
11.3實施步驟201
11.3.1項目確定與合同簽訂階段202
11.3.2初步設計與詳細設計階段203
11.3.3仿真調試與安裝運行階段207
11.3.4資料歸檔與項目驗收階段209
11.4化工過程控制系統210
11.4.1化工過程控制系統設計210
11.4.2工程化設計的具體步驟210
第12章化工過程設計實例212
案例1醋酸甲酯水解過程控制工程
設計212
12.1工程設計的內容212
12.2醋酸甲酯制醋酸的工藝流程212
12.3控制方案設計214
12.3.1控制目標與要求214
12.3.2靈敏板位置確定214
12.3.3控制自由度分析215
12.3.4控制系統設計方法215
12.4醋酸甲酯水解工藝控制系統動態
模擬218
12.4.1ASPEN穩態模擬系統218
12.4.2穩態模擬轉到動態模擬220
12.4.3控制方案動態模擬220
12.5自控儀錶與閥門選型224
12.5.1自控儀錶的選型224
12.5.2控制閥的選取226
12.6控制系統軟件組態的實現226
12.6.1浙大中控DCS軟件226
12.6.2I/O點設置226
12.6.3控制方案的組態實現228
12.6.4監控組態畫面設計228
12.6.5組態調試232
12.6.6儀錶供配電與電控系統設計232
案例2年產8萬t甲基丙烯酸甲酯過程
控制方案工程設計233
12.7項目設計概況233
12.8工藝流程介紹233
12.8.1叔丁醇合成工段234
12.8.2甲基丙烯醛合成工段235
12.8.3甲基丙烯酸甲酯合成及
精製工段236
12.8.4甲醇回收工段237
12.9工藝流程分析238
12.9.1叔丁醇合成工段238
12.9.2甲基丙烯醛合成工段239
12.9.3甲基丙烯酸甲酯合成及精製
工段240
12.9.4甲醇回收工段242
12.10廠級過程控制方案的設計242
12.10.1設計依據243
12.10.2集散控制系統(DCS)243
12.10.3安全儀錶系統（SIS）243
12.10.4現場總線控制系統
(FCS)244
12.10.5緊急停車系統（ESD）244
12.10.6控制系統的確定244
12.11自控儀錶的選型245
12.11.1儀錶的選用原則245
12.11.2主要儀錶的選用245
12.11.3儀錶電源246
12.11.4儀錶氣源246
12.12設備控制方案246
12.12.1泵的基本控制方案246
12.12.2壓縮機的控制方案247
12.12.3換熱器的控制方案249
12.12.4反應器系統的控制方案254
12.12.5氣液分離器的控制方案254
12.12.6塔設備的控制方案256
12.13複雜控制方案257
12.13.1單閉環比值控制257
12.13.2分程控制257
12.14緊急停車系統（ESD）259
12.15安全儀錶系統(SIS)設計259
12.15.1SIS簡介259
12.15.2SIS設計260
第13章仿真平臺實訓263
案例1三水箱仿真實驗系統的設計
與開發263
13.1三水箱仿真實驗系統263
13.2三水箱數學模型的建立264
13.3基於Simulink的三水箱系統264
13.3.1對象仿真平臺搭建265
13.3.2開環特性測試267
13.4控制方案設計與參數整定270
13.4.1閉環控制系統設計270
13.4.2PID控制器參數整定271
13.4.3閉環系統動態特性測試272
13.5三水箱仿真實驗監控系統設計273
13.5.1力控組態軟件平臺搭建273
13.5.2OPC方式MCGS與MATLAB的
數據交換274
13.5.3曲線顯示276
13.5.4報警顯示278
案例2加氫反應制環己胺反應過程控制
系統設計280
13.6化學反應過程機理模型280
13.6.1化學反應過程特性280
13.6.2苯胺加氫反應過程機理模型281
13.7過程控制方案設計282
13.7.1傳統控制策略設計282
13.7.2控制策略改進283
13.7.3閥門選型285
13.7.4控制閥正反作用的選擇285
13.8控制系統程序實現與測試285
13.8.1開環對象模型建立285
13.8.2串級控制策略實現288
13.8.3控制系統抗擾動能力測試290
13.9WinCC監控系統設計292
13.9.1OPC技術292
13.9.2WinCC與MATLAB的OPC
互連292
13.9.3WinCC過程監控系統293
案例3基於TE過程的系統仿真與
分析293
13.10TE過程工藝過程分析294
13.10.1TE過程工藝分析294
13.10.2TE過程仿真平臺295
13.11TE過程控制策略設計297
13.11.1控制方案297
13.11.2TE過程模型測試299
13.12TE過程仿真平臺過程監控系統
設計301
13.12.1MCGS與Excel之間的通信301
13.12.2MCGS與MATLAB之間的
通信302
13.12.3力控與Excel之間的通信304
參考文獻306