本書共13章，闡述了過程控制繫統的結構、原理、特點、設計及應用等問題，探討了流程工業典型控制方案的工程設計、繫統調試與運行分析。方法篇（D1～5章）詳細介紹了過程特性、檢測儀表、執行器和常用控制繫統；應用篇（D6～10章）講解了流體輸送設備、傳熱設備、鍋爐設備、精餾塔、化學反應器等的控制方案設計與應用；設計篇（D11～13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繫統開發實例。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)

前言

D1章緒論1

1.1概述1

1.2過程控制的研究對像和目標2

1.3過程控制的發展和趨勢2

1.4過程控制繫統的GN外應用現狀3

1.5過程控制繫統的發展趨勢4

D2章過程檢測儀表6

2.1概述6

2.1.1檢測誤差6

2.1.2儀表的性能指標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流量儀表的選用21

2.4壓力檢測22

2.4.1壓力的表示方法22

2.4.2常用壓力檢測儀表23

2.4.3壓力表的選用25

2.5物位檢測26

2.5.1物位檢測的方法27

2.5.2常用的物位檢測儀表27

2.5.3物位檢測儀表的選用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

D3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控制閥流量繫數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

D4章簡單控制繫統57

4.1控制繫統的組成與性能指標57

4.1.1控制繫統的組成57

4.1.2控制繫統的性能指標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簡單控制繫統的工程設計與實現74

4.4.1控制繫統運行的重要準則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簡單控制繫統的計算機實現

過程76

4.4.5簡單控制繫統的投運77

習題78

D5章常用復雜控制繫統80

5.1串級控制繫統80

5.1.1串級控制繫統的基本原理和

結構80

5.1.2串級控制繫統的性能分析81

5.1.3串級控制繫統的設計與工程

應用82

5.1.4串級控制繫統控制器的參數

整定84

5.2均勻控制繫統85

5.2.1均勻控制繫統的基本原理和

結構85

5.2.2均勻控制繫統的控制規律選

擇及參數整定87

5.3前饋控制繫統88

5.3.1前饋控制繫統的基本原理和

性能分析88

5.3.2前饋控制的實例90

5.3.3前饋控制繫統的設計與工程

應用91

5.4比值控制繫統93

5.4.1比值控制繫統的基本原理、結構

和性能分析93

5.4.2比值控制方案的實施95

5.4.3比值控制繫統的設計和工程

應用96

5.5分程控制繫統97

5.5.1分程控制繫統的基本原理、結構

和性能分析97

5.5.2分程控制繫統的設計和工程

應用99

5.6選擇性控制繫統100

5.6.1選擇性控制繫統的基本原理100

5.6.2選擇性控制繫統的基本結構和

性能分析101

5.6.3選擇性控制繫統與其他控制繫

統的結合102

5.6.4選擇性控制繫統的設計和工程

應用105

5.7雙重控制繫統106

5.7.1雙重控制繫統的基本原理和

結構106

5.7.2雙重控制繫統的性能分析和

應用實例106

5.7.3雙重控制繫統的設計和工程

應用108

習題109

D6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繫統的

設計118

6.2.3實例分析123

習題124

D7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對像的動態數學模型128

7.3控制方案的確定131

7.4復雜控制繫統134

習題136

D8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蒸汽過熱繫統的控制143

8.3鍋爐燃燒控制繫統144

習題147

D9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采用溫度作為間接質量指標157

9.3.2采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復雜控制繫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

D10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繫統

設計示例188

習題190

D11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化工過程控制繫統210

11.4.1化工過程控制繫統設計210

11.4.2工程化設計的具體步驟210

D12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控制繫統設計方法215

12.4醋酸甲酯水解工藝控制繫統動態

模擬218

12.4.1ASPEN穩態模擬繫統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自控儀表與閥門選型224

12.5.1自控儀表的選型224

12.5.2控制閥的選取226

12.6控制繫統軟件組態的實現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儀表供配電與電控繫統設計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

精制工段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制

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集散控制繫統(DCS)243

12.10.3安全儀表繫統（SIS）243

12.10.4現場總線控制繫統

(FCS)244

12.10.5緊急停車繫統（ESD）244

12.10.6控制繫統的確定244

12.11自控儀表的選型245

12.11.1儀表的選用原則245

12.11.2主要儀表的選用245

12.11.3儀表電源246

12.11.4儀表氣源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反應器繫統的控制方案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復雜控制方案257

12.13.1單閉環比值控制257

12.13.2分程控制257

12.14緊急停車繫統（ESD）259

12.15安全儀表繫統(SIS)設計259

12.15.1SIS簡介259

12.15.2SIS設計260

D13章仿真平臺實訓263

案例1三水箱仿真實驗繫統的設計

與開發263

13.1三水箱仿真實驗繫統263

13.2三水箱數學模型的建立264

13.3基於Simulink的三水箱繫統264

13.3.1對像仿真平臺搭建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閉環控制繫統設計270

13.4.2PID控制器參數整定271

13.4.3閉環繫統動態特性測試272

13.5三水箱仿真實驗監控繫統設計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

繫統設計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控制繫統程序實現與測試285

13.8.1開環對像模型建立285

13.8.2串級控制策略實現288

13.8.3控制繫統抗擾動能力測試290

13.9WinCC監控繫統設計292

13.9.1OPC技術292

13.9.2WinCC與MATLAB的OPC

互連292

13.9.3WinCC過程監控繫統293

案例3基於TE過程的繫統仿真與

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繫統

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