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上篇 过程控制系统3

第1章过程控制概述3

1.1过程控制发展概况3

1.2过程控制的任务及要求4

1.3过程控制系统的组成、特点及分类5

1.3.1过程控制系统的组成5

1.3.2过程控制系统的特点6

1.3.3过程控制系统的分类7

1.4过程控制系统的过渡过程和性能指标9

1.4.1过程控制系统的静态与动态9

1.4.2过程控制系统的过渡过程9

1.4.3过程控制系统的性能指标10

1.5过程控制系统设计概述12

思考题与习题15

第2章被控过程的数学模型16

2.1过程建模的基本概念16

2.1.1被控过程的数学模型及其作用16

2.1.2被控过程的动态特性18

2.1.3被控过程数学模型的建立方法22

2.1.4被控过程数学模型的类型23

2.2机理法建模24

2.2.1机理法的基本原理24

2.2.2单容过程的数学模型25

2.2.3双容过程的数学模型29

2.3实验法建模32

2.3.1阶跃响应曲线法33

2.3.2脉冲响应曲线法39

思考题与习题40

第3章单回路控制系统41

3.1单回路控制系统概述41

3.1.1单回路控制系统的构成41

3.1.2控制系统的工程表示42

3.2单回路系统控制方案的设计44

3.2.1被控参数的选择45

3.2.2控制参数的选择45

3.2.3被控参数的测量与变送51

3.2.4执行器的选择54

3.2.5调节器控制规律的选择59

3.2.6调节器正、反作用的确定72

3.3单回路控制系统的调试73

3.3.1控制系统的投运73

3.3.2调节器参数的工程整定74

3.4常见控制系统分析80

3.4.1温度控制系统80

3.4.2压力控制系统81

3.4.3流量控制系统81

3.44液位控制系统82

3.45成分控制系统82

3.5单回路控制系统设计实例83

3.5.1喷雾式干燥设备控制系统的设计83

3.5.2储槽液位控制系统设计86

思考题与习题88

第4章 串级控制系统89

4.1串级控制系统的基本概念89

4.1.1串级控制系统的结构89

4.1.2串级控制系统的工作过程91

4.2串级控制系统的特点92

4.3串级控制系统的适用场合97

4.4串级控制系统的设计与应用98

4.4.1主、副被控参数的选取98

4.4.2控制参数的选择102

4.4.3主、副调节器调节规律的选择102

4.4.4主、副调节器正、反作用方式的选择102

4.5串级控制系统的整定104

思考题与习题106

第5章 比值控制系统108

5.1比值控制系统概述108

5.2比值控制系统的类型109

5.2.1开环比值控制系统109

5.2.2单闭环比值控制系统109

5.2.3双闭环比值控制系统110

5.2.4变比值控制系统111

5.2.5串级和比值控制组合的系统112

5.2.6具有逻辑关系的比值控制系统112

5.3比值控制系统的设计114

5.3.1主、副流量的确定114

5.3.2控制方案的选择114

5.3.3调节器控制规律的确定114

5.3.4流量变送器的选用115

5.3.5比值系数的计算115

5.3.6比值控制系统中的非线性补偿116

5.3.7比值控制系统中的动态补偿117

5.3.8比值控制系统的实现117

5.4比值控制系统的整定118

5.5比值控制系统的应用实例119

思考题与习题121

第6章 前馈控制系统122

6.1前馈控制的基本原理122

6.2前馈控制系统的特点124

6.3前馈控制系统的结构形式125

6.3.1静态前馈控制系统125

6.3.2动态前馈控制系统126

6.3.3前馈-反馈控制系统127

6.3.4前馈-串级控制系统129

6.4前馈控制规律及其实施130

6.4.1常用前馈调节器模型130

6.4.2前馈控制规律的实施131

6.5前馈控制系统的选用原则及系统设计132

6.5.1前馈控制系统的选用原则132

6.5.2前馈控制系统的设计132

6.6前馈控制系统的应用实例134

6.6.1锅炉汽包水位控制系统134

6.6.2蒸发过程浓度控制系统135

思考题与习题136

第7章 选择性控制系统137

7.1选择性控制系统概述137

7.2选择性控制系统的类型138

7.2.1开关型选择性控制系统138

7.2.2连续型选择性控制系统139

7.2.3混合型选择性控制系统142

7.3选择性控制系统的设计143

7.4积分饱和及其防止措施144

思考题与习题144

第8章 其他控制系统145

8.1均匀控制系统145

8.1.1均匀控制的原理及特点145

8.1.2均匀控制系统的设计147

8.1.3均匀控制系统的整定149

8.2分程控制系统150

8.2.1分程控制系统概述150

8.2.2分程控制系统的设计152

8.2.3分程控制的工业应用及实例152

8.3阀位控制系统156

8.3.1问题的推出及系统特点156

8.3.2阀位控制系统的结构及工作原理156

8.3.3阀位控制系统的设计158

思考题与习题159

第9章 过程控制系统的设计实例161

9.1火电厂锅炉过程控制系统设计161

9.1.1工艺过程概述161

9.1.2锅炉控制的要求及主要控制系统164

9.1.3锅炉汽包水位控制165

9.1.4过热蒸汽温度控制168

9.1.5锅炉燃烧过程控制169

9.2流体输送设备过程控制系统设计173

9.2.1离心泵控制系统173

9.2.2容积式泵控制系统176

9.2.3离心式压缩机控制系统176

9.3钢坯加热炉过程控制系统设计180

9.3.1工艺过程概述180

9.3.2控制要求181

9.3.3主要控制系统181

思考题与习题184

下篇 过程计算机控制187

第10章 计算机控制系统概述187

10.1计算机控制系统的原理187

10.2计算机控制系统的组成188

10.3计算机控制系统的分类190

思考题与习题194

第11章 直接数字控制系统195

11.1直接数字控制系统概述195

11.2过程输入、输出通道技术196

11.2.1过程输入、输出通道技术概述196

11.2.2模拟量输入通道197

11.2.3模拟量输出通道203

11.2.4数字量输入、输出通道204

11.2.5过程输入、输出板卡（或模块）的选择206

11.3数字滤波与数据处理207

11.3.1数字滤波208

11.3.2标度变换212

11.4数字PID控制技术217

11.4.1理想微分PID控制算法218

11.4.2实际微分PID控制算法220

11.4.3数字PID控制算法的改进223

11.4.4数字PID控制算法的实现228

11.4.5数字PID控制参数的整定230

11.5数字控制系统的设计与实现233

11.5.1单回路控制系统233

11.5.2串级控制系统236

11.5.3前馈控制系统239

11.6数字控制器的直接设计方法240

11.6.1数字控制器的离散化设计方法240

11.6.2最少拍随动系统设计241

11.6.3纯滞后对象的控制算法244

11.7监控组态软件247

11.7.1监控组态软件概述247

11.7.2监控组态软件的构成及功能248

11.7.3监控组态软件的应用250

思考题与习题255

第12章 集散控制系统256

12.1集散控制系统概述256

12.1.1集散控制系统的概念256

12.1.2集散控制系统的发展历程257

12.1.3集散控制系统的特点259

12.2DCS的分散过程控制级259

12.2.1分散过程控制级的主要装置及其功能259

12.2.2分散过程控制级的控制软件包262

12.3DCS的集中操作监控级264

12.3.1集中操作监控级的主要装置264

12.3.2集中操作监控级的控制软件包269

12.4DCS的综合信息管理级269

思考题与习题270

第13章 现场总线控制系统271

13.1现场总线控制系统概述271

13.1.1FCS的相关概念271

13.1.2FCS的特点272

13.2FCS的现场总线274

13.2.1现场总线的定义274

13.2.2当前有影响的现场总线274

13.2.3现场总线的发展现状与趋势277

13.3FCS的现场控制级278

13.3.1工厂底层自动化系统及信息集成技术279

13.3.2传统的现场级与车间级监控系统279

13.3.3新一代自动化监控系统280

13.3.4自动化系统自主开发及应用推广的新机遇282

思考题与习题283

第14章 计算机控制系统的工程设计284

14.1计算机控制系统的设计方法284

14.1.1系统设计的原则与步骤284

14.1.2系统的工程设计与实现286

14.2工业锅炉计算机控制系统设计292

14.2.1工艺过程概述292

14.2.2工业锅炉采用计算机控制的意义293

14.2.3工业锅炉计算机控制系统的基本功能293

14.2.4工业锅炉直接数字控制系统设计294

14.2.5工业锅炉IPC+PLC控制系统设计295

思考题与习题298

参考文献299