上篇 自動化儀表
自動化儀表概述
0.1 自動化儀表及其發展概況
0.2 組合儀表及其控制繫統的組成
0.3 儀表的基本技術指標
復習思考題
第1章 檢測儀表
1.1 溫度檢測儀表
1.1.1 測量溫度的主要方法
1.1.2 熱電偶
1.1.3 熱電阻
1.1.4 半導體熱敏電阻
1.1.5 熱電偶溫度變送器的基本結構
1.1.6 DDZ—Ⅲ型熱電偶溫度變送器的實際線路
1.2 壓力檢測儀表
1.2.1 彈性式壓件
1.2.2 力平衡式壓力(差壓)變送器
1.2.3 位移式差壓(壓力)變送器
1.2.4 固態測壓儀表
1.3 流量檢測儀表
1.3.1 節流式流量計
1.3.2 容積式流量計
1.3.3 渦輪流量計
1.3.4 電磁流量計
1.3.5 旋渦式流量計
1.4 液位檢測儀表
1.4.1 浮力式液位計和靜壓式液位計
1.4.2 電容式液位計
1.4.3 超聲波液位計
1.5 成分分析儀表
1.5.1 熱導式氣體分析儀
1.5.2 紅外線氣體分析儀
1.5.3 色譜分析儀
1.5.4 氧化鋯氧分析儀
復習思考題
第2章 調節器
2.1 調節器的調節規律
2.2 PID運算電路
2.2.1 比例積分運算電路
2.2.2 比例微分運算電路
2.2.3 PID運算電路
2.3 PID調節器的階躍響應和頻率特性
2.3.1 PID調節器的階躍響應
2.3.2 PID調節器的頻率特性
2.4 PID調節器的完整結構
2.5 數字控制算法
2.5.1 基本PID的離散表達式
2.5.2 采樣周期的選擇
2.5.3 變形的PID控制算法
2.5.4 混合過程PID算法
2.5.5 字長的考慮
2.6 可編程序調節器
2.6.1 可編程序調節器的電路
2.6.2 數字調節器的工作時序
2.6.3 用戶程序結構及數據格式
2.6.4 運算模塊
2.6.5 控制模塊及編程
2.6.6 程序的寫入和調試
2.6.7 數字調節器的通信
復習思考題
第3章 集散控制繫統與現場總線控制繫統
3.1 集散控制繫統的發展及其組成
3.1.1 集散控制繫統的發展
3.1.2 CENTUM CS3000基本組成
3.1.3 CENTUM CS3000的現場總線網絡
3.1.4 CENTUM CS3000子繫統的一體化功能
3.2 DCS現場控制站的功能
3.2.1 反饋控制功能
3.2.2 順序控制功能
3.3 DCS操作站的功能
3.4 現場總線通信技術
3.4.1 現場總線技術的發展
3.4.2 開放繫統互連參考模型
3.4.3 HART 通信技術
3.4.4 基金會現場總線通信技術
3.5 基金會現場總線的用戶應用
3.5.1 用戶應用模塊
3.5.2 繫統管理
3.5.3 設備信息文件
3.5.4 現場總線控制繫統的設計
3.6 信息集成的連接橋梁——OPC技術
3.6.1 OPC技術簡介
3.6.2 OPC技術規範
3.6.3 OPC技術應用
3.7 典型現場總線控制繫統舉例
3.7.1 現場總線控制繫統System 302的組成
3.7.2 繫統System 302中現場設備與網絡的組態
3.7.3 繫統System 302中人機界面的組態
3.8 過程控制繫統的其他結構
小結
復習思考題
第4章 執行器和防爆柵
4.1 執行器
4.1.1 氣動執行器
4.1.2 電—氣轉換器
4.1.3 閥門定位器
4.1.4 電動執行器
4.2 防爆柵
4.2.1 安全火花防爆繫統的概念
4.2.2 安全火花防爆的等級
4.2.3 防爆柵的基本工作原理
4.2.4 隔離式防爆柵
復習思考題
下篇 過程控制
第5章 過程控制對像動態特性及其數學模型
5.1 單容對像動態特性及其數學描述
5.1.1 水槽水位的動態特性
5.1.2 對像的自衡特性
5.2 多容對像的特性、容量滯後、純滯後
5.2.1 雙容對像的特性
5.2.2 純滯後
5.3 對像特性的實驗測定、時域法
5.3.1 實驗測定方法描述
5.3.2 測定動態特性的時域方法
5.4 測定動態特性的頻域方法
5.4.1 正弦波方法
5.4.2 頻率特性的相關測試法
5.4.3 閉路測定法
5.5 測定動態特性的統計方法
5.5.1 相關分析法識別對像動態特性的原理
5.5.2 基於M序列信號測定對像的動態特性
復習思考題
第6章 單回路調節繫統的設計及調節器參數整定方法
6.1 概述
6.2 對像動態特性對調節質量的影響及調節方案的確定
6.2.1 干擾通道動態特性對調節質量的影響
6.2.2 調節通道動態特性對調節質量的影響
6.2.3 調節方案的確定
6.3 調節規律對繫統動態特性的影響、調節規律的選擇
6.3.1 在干擾作用下雙容對像的比例調節
6.3.2 繫統調節性能指標、PI、PD調節作用分析
6.3.3 調節規律的選擇
6.4 調節器參數的實驗整定方法
6.4.1 穩定邊界法
6.4.2 反應曲線法
6.4.3 衰減曲線法
6.4.4 三種整定方法的比較
復習思考題
第7章 常用過程控制繫統
7.1 串級調節繫統
7.1.1 串級調節繫統的組成
7.1.2 串級調節繫統的特點和效果分析
7.1.3 調節器的選型和整定方法
7.2 比值調節繫統
7.2.1 比值調節繫統的組成原理
7.2.2 比值調節繫統的整定
7.3 均勻調節繫統
7.3.1 均勻調節繫統的組成
7.3.2 調節器的選型和參數整定
7.4 前饋調節繫統
7.4.1 前饋控制的工作原理
7.4.2 擾動補償規律及其局限性
7.4.3 復合調節繫統的特性分析
7.4.4 復合調節繫統參數的選擇
7.4.5 自治調節繫統
7.4.6 自治調節繫統解耦裝置的綜合
復習思考題
第8章 復雜過程控制繫統
8.1 多變量解耦控制繫統
8.1.1 多變量過程的基本描述
8.1.2 相對增益與相對增益矩陣
8.1.3 解耦控制繫統的設計
8.1.4 解耦控制中的一些問題
8.2 推理控制繫統
8.2.1 推理控制的基本原理
8.2.2 推理—反饋控制繫統
8.2.3 輔助控制量的選擇
8.2.4 控制作用的限幅
8.3 預測控制繫統
8.3.1 預測模型
8.3.2 參考軌跡
8.3.3 控制算法
8.3.4 預測控制的優點及存在問題
8.3.5 基於Laguerre函數的預測控制方法
復習思考題
第9章 自動調節繫統在生產過程中的應用舉例
9.1 石油加工蒸餾裝置的儀表控制繫統
9.1.1 石油加工中的儀表控制繫統概要
9.1.2 蒸餾塔的儀表控制繫統
9.2 鋼鐵工業中加熱爐的控制繫統
9.2.1 鋼鐵生產過程概要
9.2.2 加熱爐的燃燒控制
9.2.3 燃燒控制的串級比值調節繫統
9.2.4 交叉限幅並聯副回路的串級調節
9.3 鍋爐的自動調節繫統
9.3.1 汽包水位的調節
9.3.2 燃燒過程的調節
9.3.3 鍋爐控制繫統舉例
9.4 火電機組的脫硝控制繫統
9.4.1 火力電廠生產過程
9.4.2 煙氣脫硝過程
9.4.3 煙氣脫硝技術
9.4.4 基於模型預測控制的煙氣脫硝控制繫統
復習思考題
參考文獻

前 言
本書是“普通高等教育‘十一五’國家級規劃教材”，由“電子信息與電氣學科教學指導委員會”及“電氣工程及其自動化專業教學分指導委員會”推薦出版。
本教材最初是根據1977年恢復高考後，全國工科電子類自動控制專業教材編審委員會制訂的教學大綱，由西安交通大學施仁、劉文江編寫，國防工業出版社1980年出版的《工業自動化儀表與過程控制》全國統編教材。此後，根據國務院關於高等學校教材出版分
工的規定，改由電子工業出版社作為全國自動控制專業統編教材出版、發行。多年來被諸多院校廣泛采用，也收到不少改進意見。隨著自動化、通信與計算機技術的快速發展，本書內容也不斷翻新，多次修訂，分別於1984年（第1版）、1991年（第2版）、2003年（第3版）、2006年（第4版）、2011年（第5版）面世。2006年本書第四版被評為“普通高等教育‘十一五’國家級規劃教材”、電氣工程及自動化專業精品教材。為適應近年來科技發展和節能環保的需求，本書再次進行了修訂，如對模擬調節器的篇幅做了壓縮，在數字設備信號互聯中介紹了OPC技術，在工程應用中增加了火力發電廠的脫硝控制等，作為第6版出版。
本教材的參考教學時數為60學時，上、下篇各約30學時，其主要內容是：上篇為自動化儀表部分，介紹工業檢測儀表、調節器、執行器和防爆柵，以及集散控制繫統（DCS）與現場總線控制繫統（FCS）的工作原理和控制繫統集成技術。下篇為過程控制部分，介紹控制對像動態特性測試方法、單回路及串級調節繫統的設計和參數整定方法，以及解耦控制、推理控制及預測控制等先進控制技術，最後介紹了幾種典型控制繫統在生產過程自動化中的應用實例。
本教材的自動化儀表部分主要以DDZ—Ⅲ型組合儀表、日本橫河公司YS—1000可編程序調節器、CS3000集散控制繫統和現場總線控制繫統為重點，介紹基本工作原理和使用特點。關於儀表具體結構和調校方法討論不多。本書下篇為過程控制部分，主要介紹控制對像動態特性測試和數據處理方法，以及控制繫統設計和參數整定的一般原理，不針對特定的工藝過程。
本課程是高等學校自動化專業、電氣工程專業學生在學完電子技術基礎、控制理論、微機原理等課程後開設的專業課程。通過學習本課程，學生可以掌握自動化儀表的工作原理和使用特點，選用通用的工業自動化技術工具，初步具備集成自動控制繫統的能力，在深入了解被控對像要求的基礎上，對控制繫統進行設計、組裝、調試和投運。
本教材由施仁編寫自動化儀表概述及第1、第2、第4章，鄭輯光編寫第3章，劉文江編寫第5、第6、第7、第9章，王勇編寫第8章，並對第5～9章內容進行一定的修改整理。為了方便教學，鄭輯光、王勇為本教材制作了電子課件，歡迎任課教師索取（http：//www.hxedu.com.cn）。
本書編寫過程中參考了各種書刊及資料，在此謹向他們表示深切的謝意。由於作者水平有限，書中肯定有不少缺點和不足，請廣大讀者批評指正。
編者
2017年6月於西安