1自動控制繫統概述1
1.1自動化及儀表發展狀況1
1.2自動控制繫統2
1.2.1自動控制繫統2
1.2.2閉環控制與開環控制4
1.2.3自動控制繫統的組成及方框圖4
1.2.4自動控制繫統的分類6
1.3自動控制繫統的過渡過程及品質指標8
1.3.1靜態與動態8
1.3.2自動控制繫統的過渡過程9
1.3.3自動控制繫統的品質指標9
思考題與習題111

2過程特性12
2.1過程特性的類型12
2.2過程的數學描述14
2.3過程特性的一般分析15
2.3.1放大繫數K16
2.3.2時間常數T17
2.3.3純滯後τ18
2.4過程特性參數的實驗測定方法19
思考題與習題220

3檢測變送22
3.1概述22
3.1.1測量誤差23
3.1.2儀表性能指標23
3.2溫度檢測25
3.2.1溫度檢測方法25
3.2.2熱電偶26
3.2.3熱電阻29
3.2.4熱電偶、熱電阻的選用30
3.3流量檢測31
3.3.1流量檢測的主要方法31
3.3.2速度式流量計32
3.3.3容積式流量計36
3.3.4質量流量計36
3.3.5流量儀表的選用38
3.4壓力檢測39
3.4.1壓力單位和壓力檢測方法39
3.4.2常用壓力檢測儀表41
3.4.3壓力表的選用44
3.5物位檢測44
3.5.1物位檢測方法45
3.5.2常用物位檢測儀表45
3.5.3物位檢測儀表的選用50
3.6成分和物性參數檢測50
3.6.1成分和物性參數檢測方法51
3.6.2成分、物性檢測的靜態特性56
3.6.3成分、物性檢測的動態特性57
3.7其他變量檢測57
3.7.1位移量檢測58
3.7.2轉速檢測59
3.7.3振動檢測60
3.7.4厚度檢測60
3.7.5火焰檢測60
3.7.6重量檢測60
3.8變送器61
3.8.1變送器量程遷移和零點遷移62
3.8.2溫度變送器63
3.8.3差壓變送器66
3.8.4智能變送器70
3.9現代傳感器技術的發展73
思考題與習題375

4顯示儀表76
4.1模擬式顯示儀表77
4.1.1電子電位差計77
4.1.2電子自動平衡電橋79
4.2數字式顯示儀表80
4.2.1數顯儀表的分類80
4.2.2數顯儀表的主要技術指標80
4.2.3數顯儀表的基本組成80
4.3新型顯示儀表82
4.3.1顯示儀表發展動態82
4.3.2無紙記錄儀83
4.3.3虛擬顯示儀表84
思考題與習題４84

5執行器85
5.1執行機構86
5.1.1氣動執行機構86
5.1.2電動執行機構88
5.2控制閥88
5.2.1控制閥結構88
5.2.2控制閥類型89
5.3氣動薄膜控制閥的流量特性90
5.3.1理想流量特性91
5.3.2工作流量特性92
5.3.3動態特性93
5.4控制閥口徑的確定94
5.4.1控制閥流量繫數KV的計算94
5.4.2控制閥口徑的確定94
5.5閥門定位器94
5.5.1電-氣閥門定位器95
5.5.2閥門定位器作用95
5.6氣動薄膜控制閥的選用96
5.6.1控制閥結構形式及材質的選擇96
5.6.2控制閥流量特性的選擇98
5.6.3氣動薄膜控制閥的安裝使用98
5.7智能控制閥99
思考題與習題５100

6控制器101
6.1控制器概述101
6.2控制器的基本控制規律102
6.2.1連續PID控制算法103
6.2.2離散PID控制算法112
6.3模擬式控制器113
6.3.1模擬式控制器基本結構113
6.3.2DDZ-Ⅲ型控制器114
6.4數字式控制器115
6.4.1數字式控制器主要特點116
6.4.2數字式控制器的基本構成116
6.4.3AI-759/759P控制器119
6.5可編程序控制器125
6.5.1可編程序控制器概述125
6.5.2可編程序控制器的工作原理127
6.5.3可編程序控制器的編程131
6.5.4可編程序控制器繫統應用示例141
6.6集散控制繫統143
6.6.1集散控制繫統發展概況143
6.6.2集散控制繫統特點144
6.6.3集散控制繫統的硬件和軟件144
6.6.4TPS繫統簡介145
6.6.5TPS繫統應用舉例150
6.7現場總線控制繫統155
6.7.1現場總線繫統的特點155
6.7.2現場總線繫統的發展156
6.7.3基金會現場總線156
6.7.4現場總線控制繫統的應用158
6.8工業短程無線網絡161
6.8.1概述161
6.8.2工業短程無線網絡國際標準162
6.8.3工業短程無線技術的應用類別163
思考題與習題6164

7簡單控制繫統166
7.1控制繫統的組成166
7.2簡單控制繫統的設計167
7.2.1控制繫統設計概述167
7.2.2被控變量的選擇168
7.2.3操縱變量的選擇168
7.2.4控制規律及控制器作用方向的選擇168
7.2.5執行器(氣動薄膜控制閥)的選擇170
7.3簡單控制繫統的參數整定171
7.3.1經驗整定法171
7.3.2臨界比例度法172
7.3.3衰減曲線法173
7.4控制繫統的投運173
7.5簡單控制繫統設計案例174
思考題與習題7175

8復雜控制繫統177
8.1串級控制繫統177
8.1.1串級控制繫統的基本原理和結構177
8.1.2串級控制繫統的特點178
8.1.3串級控制繫統的設計179
8.1.4串級控制繫統控制器參數的整定181
8.2比值控制繫統181
8.2.1基本原理和結構181
8.2.2比值繫數的計算182
8.3均勻控制繫統183
8.3.1均勻控制繫統的基本原理和結構183
8.3.2均勻控制繫統的控制規律的選擇及參數整定185
8.4前饋控制繫統185
8.4.1基本原理185
8.4.2前饋控制的主要結構形式186
8.4.3采用前饋控制繫統的條件186
8.5選擇性控制繫統187
8.6分程控制繫統188
8.6.1不同工況需要不同的控制手段188
8.6.2擴大控制閥的可調範圍188
思考題與習題8188

9先進控制技術190
9.1基於模型的預測控制190
9.1.1預測控制的基本原理191
9.1.2預測控制的優良性質192
9.1.3預測控制的應用192
9.2推斷控制192
9.3軟測量技術194
9.3.1機理分析與輔助變量的選擇194
9.3.2數據采集和處理195
9.3.3軟測量模型的建立195
9.3.4軟測量模型的在線校正196
9.3.5軟測量技術工業應用196
9.4雙重控制繫統196
9.5純滯後補償控制繫統197
9.5.1史密斯預估補償控制197
9.5.2史密斯預估補償控制實施中若干問題198
9.6解耦控制繫統198
9.6.1繫統的關聯分析198
9.6.2減少與解除耦合途徑198
9.7差拍控制繫統200
9.7.1差拍控制繫統200
9.7.2達林控制算法200
9.7.3V.E.控制算法200
9.8自適應控制201
9.8.1簡單自適應控制繫統201
9.8.2模型參考型自適應控制繫統201
9.8.3自校正控制繫統202
9.9魯棒控制202
9.10智能控制繫統203
9.10.1智能控制簡介203
9.10.2專家繫統203
9.10.3模糊邏輯控制204
9.10.4神經網絡控制205
9.11故障檢測診斷和容錯控制206
9.11.1故障檢測和診斷206
9.11.2容錯控制207
9.12綜合自動化繫統208
9.12.1綜合自動化的意義208
9.12.2綜合自動化繫統的特點209
9.12.3工業生產過程計算機集成控制繫統的構成210
思考題與習題9211

10生產過程控制212
10.1流體輸送設備的控制212
10.1.1泵的控制212
10.1.2壓縮機的控制214
10.1.3變頻調速器的應用215
10.1.4防喘振控制繫統216
10.2傳熱設備的控制217
10.2.1傳熱設備的靜態數學模型217
10.2.2一般傳熱設備的控制218
10.2.3管式加熱爐的控制220
10.3鍋爐設備的控制221
10.3.1鍋爐汽包水位的控制222
10.3.2鍋爐燃燒繫統的控制224
10.3.3蒸汽過熱繫統的控制226
10.4工業窯爐過程的控制227
10.4.1電熱式工業窯爐控制227
10.4.2燃燒式工業窯爐控制228
10.5精餾塔的控制230
10.5.1精餾塔的控制要求231
10.5.2精餾塔的擾動分析232
10.5.3精餾塔被控變量的選擇232
10.5.4精餾塔的控制234
10.5.5精餾塔的先進控制236
10.6化學反應器的控制240
10.6.1化學反應器的控制要求240
10.6.2化學反應器的基本控制策略241
10.6.3化學反應器的基本控制241
10.7合成氨過程的控制245
10.7.1變換爐的控制245
10.7.2轉化爐水碳比控制245
10.7.3合成塔的控制246
10.8石油化工過程的控制248
10.8.1常減壓過程的控制248
10.8.2催化裂化過程的控制250
10.8.3乙烯生產過程的控制253
10.8.4聚合過程的控制255
10.9生化過程的控制259
10.9.1常用生化過程控制260
10.9.2青霉素發酵過程控制261
10.9.3啤酒發酵過程控制262
10.10造紙過程的控制263
10.10.1紙漿濃度的控制263
10.10.2紙料配漿的比值控制264
10.10.3磨漿機的控制265
10.10.4白水回收控制266
10.11轉爐控制266
10.11.1頂吹供氧控制繫統266
10.11.2底吹供氣控制繫統267
10.11.3爐口微差壓及煤氣回收控制繫統268
思考題與習題10269

11安全儀表繫統在過程工業中的應用270
11.1功能安全標準簡介270
11.2安全儀表繫統271
11.2.1安全儀表繫統概念271
11.2.2過程工業中的風險降低機制271
11.2.3安全完整性等級272
11.2.4安全儀表的冗餘結構273
11.3安全儀表繫統在過程工業中的應用案例276
11.3.1加熱爐安全停車繫統276
11.3.2高完整性壓力保護繫統278
11.3.3火災和氣體安全繫統279
思考題與習題11281

附錄1自控工程設計字母代號282

附錄2部分熱電偶、熱電阻分度表283

參考文獻287

本書版於2003年出版，2007年獲得過上海市優秀教材一等獎。2007年修訂後出版第二版，是國家“十一五”規劃教材，2009年獲得上海市優秀教學成果獎二等獎、中國石油和化學工業優秀教材獎一等獎。2015年修訂出版了第三版。本書不僅是華東理工大學的上海市精品課程“化工自動化及儀表”所用教材，同時還受到不少大專院校的歡迎，被選為相關課程教材。
現在距離本書第三版修訂又過去七年多了，過程自動化及儀表與整個的工業自動化一樣發生著變化。除了先進控制策略發展迅速外，自動化儀表也有所更新變化。本書第四版修訂大體上仍保持原來的體繫，保持緊密結合工業過程實際、理論聯繫實際的特點，在內容上主要針對儀表和控制裝置部分的一些內容進行了更新。同時，加入了安全儀表繫統介紹。
總的來看，在生產過程工藝設計與技術改造中，工藝技術專業人員必須熟悉生產過程自動控制的項目及具體控制方案，並與自動化技術人員密切合作；在生產過程控制、管理和調度中，工藝技術專業人員必須熟悉自動化儀表、計算機及其他自動化技術工具，並正確使用；熟悉各個控制回路和其他繫統，使它們充分發揮作用。通過自動化來掌握生產，提高生產；在處理各類技術問題時，用一些繫統論和控制論的觀點分析思考，尋求考慮整體條件、考慮事物間相互關聯、考慮過渡歷程的可行解或解。
本書仍以自動控制繫統為主體，輔以各種自動化儀表和控制裝置，深入淺出地敘述生產過程有關變量的測量方法及應用特點，自動控制繫統的組成和簡單、復雜、先進控制繫統,以及在設計、運行中與工藝過程有關知識要點，後介紹典型工業生產過程的控制，以及安全儀表繫統。
本書相關電子課件可免費提供給采用本書作為教材的大專院校使用，如有需要請登錄www.cipedu.com.cn注冊後下載使用。
由於編著者水平所限，書中難免存在不足之處，懇請讀者批評指正。

編著者
2022年11月