工業生產過程式控制制

本書共分8章。分別按控制結構、工業過程設備、工業生產過程三部分進行討論。第一部分內容涉及簡單控制系統各組成環節的分析和相互影響；常見的串級控制、均勻控制、比值控制、前饋控制、分程式控制制、選擇性控制、雙重控制和基於模型計算的控制系統等複雜控制系統；先進控制系統，包括預測控制、解耦控制、軟測量和推斷控制、自適應和魯棒控制、時滯補償控制、智能控制、監督控制、故障檢測診斷和容錯控制及綜合自動化等。第二部分以工業過程設備為主線，分析和討論不同類型工業設備的控制，包括流體輸送設備、傳熱設備、精餾塔和化學反應器的控制。第三部分按工業生產過程分類，分別對合成氨過程、間歇過程、常減壓過程、催化裂化過程、乙烯過程、聚合過程、生物發酵過程、製漿造紙過程和冶金過程的控制進行分析。針對特定的工業生產過程，分析各自的特點，並提出相應控制方案。

本書可作為自動化、測控技術與儀器及相關專業本科生和研究生的教材，亦可供工業生產過程式控制制領域的工程技術人員和設計部門的工程技術人員參考。

本書討論過程式控制制系統的結構、原理、特點、適用場合、系統分析和應用等問題，並與工藝設備和工業生產過程中控制系統的應用結合。本書理論與實際結合，所附光碟提供CAI課件，可用於網路教育和供學生自學。在第一版基礎上，本書增補了近年來控制工程領域的新成果。

緒論

習題和思考題

1　簡單控制系統

1.1　控制系統組成和控制性能指標

1.1.1　控制系統的組成

1.1.2　控制系統的控制性能指標

1.2　過程動態特性和建立過程的動態模型

1.2.1　過程動態特性

1.2.2　過程動態模型的建立

1.3　檢測變送環節

1.3.1　檢測變送環節的性能

1.3.2　檢測變送信號的處理

1.4　執行器環節

1.4.1　執行器概述

1.4.2　流量特性

1.4.3　控制閥流量特性的選擇

1.4.4　閥門定位器的正確使用

1.4.5　其他執行器

1.5　控制器的控制演演算法

1.5.1　模擬PID控制演演算法

1.5.2　數字PID控制演演算法

1.5.3　開關控制

1.5.4　與PID控制密切相關的幾類控制演演算法

1.6　控制器參數整定和控制系統投運

1.6.1　控制器參數整定原則

1.6.2　控制器參數整定方法

1.6.3　控制系統的投運和維護

習題和思考題

2　常用複雜控制系統

2.1　串級控制系統

2.1.1　基本原理、結構和性能分析

2.1.2　串級控制系統設計和工程應用中的問題

2.2　均勻控制系統

2.2.1　基本原理和結構

2.2.2　控制器參數整定

2.3　前饋控制系統

2.3.1　基本原理、結構和性能分析

2.3.2　前饋控制系統設計和工程應用中的問題

2.4　比值控制系統

2.4.1　基本原理、結構和性能分析

2.4.2　控制方案分析

2.4.3　比值控制系統設計和工程應用中的問題

2.5　分程式控制制系統

2.5.1　基本原理、結構和性能分析

2.5.2　分程式控制制系統設計和工程應用中的問題

2.6　選擇性控制系統

2.6.1　基本原理、結構和性能分析

2.6.2　選擇性控制系統設計和工程應用中的問題

2.6.3　選擇性控制系統與其他控制系統的結合

2.7　雙重控制系統

2.7.1　基本原理、結構和性能分析

2.7.2　雙重控制系統設計和工程應用中的問題

2.8　基於模型計算的控制系統

2.8.1　根據模型計算測量值的控制系統

2.8.2　根據模型計算設定值的控制系統

2.8.3　非線性控制

習題和思考題

3先進控制系統136

31狀態反饋控制136

311狀態反饋和極點配置136

312狀態反饋控制系統設計和工程應用

中的問題142

32預測控制143

321預測控制的基本特徵143

322預測控制系統實施時應注意的問題146

323預測控制演演算法147

33解耦控制149

331系統關聯分析和相對增益149

332解耦控制的設計和工程應用中的問題153

34軟測量和推斷控制161

341軟測量技術161

342推斷控制系統165

35自適應控制和魯棒控制168

351自適應控制系統基本結構和類型168

352簡單自適應控制系統169

353自整定控制器170

354自校正控制器171

355模型參考自適應控制系統173

356魯棒控制175

36時滯補償控制178

361Smith預估補償控制178

362其他時滯補償控制系統181

37智能控制185

371智能控制概述185

372專家系統186

373模糊控制188

374神經網路控制193

38監督控制195

381監督控制及其原則195

382操作優化控制196

383統計過程式控制制198

39故障檢測診斷與容錯控制201

391故障檢測診斷的基本概念201

392工況監測控制203

393容錯控制204

310綜合自動化206

3101綜合自動化的意義206

3102綜合自動化系統的特點207

3103現場匯流排和現場匯流排控制系統

208

習題和思考題210

4流體輸送設備的控制212

41泵和壓縮機的基本控制212

411離心泵的控制212

412容積式泵的控制214

413風機的控制215

414壓縮機的控制215

415變頻調速器的應用217

42離心壓縮機的防喘振控制217

421離心壓縮機的喘振217

422離心壓縮機防喘振控制系統的設計218

423實例分析222

習題和思考題225

5傳熱設備的控制226

51傳熱設備的特性226

511換熱器靜態特性的基本方程式

227

512換熱器的靜態放大係數及應用

228

52一般傳熱設備的控制231

521調節載熱體流量231

522調節載熱體的汽化溫度232

523工藝介質分路233

524調節傳熱面積234

53複雜控制系統的應用236

531前饋反饋控制236

532基於模型計算的控制237

533選擇性控制239

54蒸發器的控制240

541蒸發器的特性240

542蒸發器的主要控制迴路241

543蒸發器的輔助控制迴路242

55工業窯爐的控制242

551陶瓷窯爐的控制243

552玻璃窯爐的控制244

553水泥窯爐的控制246

習題和思考題247

6鍋爐設備的控制248

61鍋爐設備及其控制要求248

62鍋爐汽包水位控制249

621鍋爐汽包水位的動態特性249

622鍋爐汽包水位的控制250

623應用示例254

63蒸汽過熱系統的控制255

64燃燒控制系統256

641燃燒控制的任務256

642燃燒過程的控制256

643燃燒過程中煙氣氧含量閉環控制

258

644爐膛負壓控制及安全控制系統

259

645鍋爐控制的實例261

65火電站鍋爐和發電機組的協調控制

263

651協調控制概述263

652協調控制263

習題和思考題267

7精餾塔的控制269

71精餾塔的控制要求和擾動分析269

711精餾塔的控制要求269

712精餾塔的擾動分析270

72精餾塔的特性272

721物料平衡和內部物料平衡272

722能量平衡274

723進料濃度zF和流量F對產品質

量的影響275

73精餾塔被控變數的選擇276

731採用溫度作為間接質量指標277

732採用壓力補償的溫度作為間接質量

指標278

74精餾塔的基本控制278

741產品質量的開環控制279

742按精餾段指標的控制280

743按提餾段指標的控制281

744精餾塔的塔壓控制282

75複雜控制系統在精餾塔中的應用283

751串級控制283

752前饋反饋控制284

753選擇性控制284

754節能控制286

76先進控制系統在精餾塔中的應用295

761軟測量和推斷控制295

762預測控制298

763專家系統302

764優化控制306

習題和思考題313

8化學反應器的控制314

81概述314

811化學反應器的類型314

812化學反應器的控制要求315

813化學反應器的基本控制策略317

82化學反應器的特性317

821化學反應速度317

822化學平衡320

823轉化率321

824化學反應器的熱穩定性322

83化學反應器的基本控制324

831出料成分的控制324

832反應過程的工藝參數作為間接被

控變數324

833pH控制326

834化學反應器的推斷控制327

835穩定外圍的控制328

836開環不穩定反應器的控制329

習題和思考題331

9典型工業生產過程的控制332

91合成氨過程的控制332

911變換爐的控制332

912轉化爐水碳比控制333

913合成塔的控制334

92間歇過程的控制336

921間歇過程的分類與特點336

922間歇過程的控制340

923生產計劃和調度342

93常減壓過程的控制347

931常減壓過程的特點347

932常減壓塔的控制348

94催化裂化過程的控制351

941催化裂化過程的特點351

942催化裂化過程的控制352

95乙烯過程的控制355

951乙烯裂解過程的特點356

952乙烯裂解過程的控制357

953分離過程的控制361

96聚合過程的控制362

961聚合過程的特點362

962聚合過程的控制362

97生化過程的控制370

971生化過程的特點370

972生化過程的控制374

98製漿造紙過程的控制379

981製漿造紙過程的特點379

982製漿造紙過程的控制380

99冶金過程的控制384

991轉爐鍊鋼過程的控制384

992初軋生產過程的控制387

習題和思考題389

附錄管道儀錶流程圖的設計符號390

參考文獻393