《過程控制原理與工程》共分兩篇7章。第一篇為過程控制原理（第1章～第4章），主要闡述了過程控制的基本原理、基本概念，過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，過程控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻率分析法；第二篇為過程控制工程（第5章～第7章），詳細(xì)介紹了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法,控制系統(tǒng)實(shí)施、控制系統(tǒng)故障分析與排除、控制系統(tǒng)投運(yùn)等知識(shí)；比較全面地介紹了復(fù)雜控制系統(tǒng)的構(gòu)成方法與應(yīng)用。以常規(guī)過程控制系統(tǒng)為主體，結(jié)合煉油、化工、熱電、輕工等工業(yè)過程中的典型操作單元，從控制過程的特性、基本控制方案等方面作了簡(jiǎn)明的敘述。《過程控制原理與工程》選材精煉，突出了知識(shí)的實(shí)用性、實(shí)際性和實(shí)踐性。編寫時(shí)力求循序漸進(jìn)、深入淺出、通俗易懂、便于自學(xué)。
《過程控制原理與工程》可作為高職高專院校、成人教育學(xué)院生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及儀表等專業(yè)的教材用書，也可作為電氣、機(jī)電一體化、冶金、化工、制藥、輕工等相關(guān)專業(yè)的參考書，并可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。
本書是為深入貫徹落實(shí)教育部《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高【2006】16號(hào)）文件精神，適應(yīng)當(dāng)前高等職業(yè)教育，大力推行工學(xué)結(jié)合，突出實(shí)踐能力培養(yǎng)，改革人才培養(yǎng)模式的教學(xué)改革需求，按照高職高專院校生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格和課程體系改革與建設(shè)的基本要求編寫的。
本書將控制理論與控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容整合在一起，打破了教材的傳統(tǒng)體系。教材內(nèi)容選擇合理，符合高職高專學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)規(guī)律，突出了知識(shí)的“實(shí)用性、實(shí)際性和實(shí)踐性”原則。尤其是在控制理論部分，力爭(zhēng)減少繁雜的理論推導(dǎo)過程，貫徹“重概念、重結(jié)論、重應(yīng)用”的指導(dǎo)思想。本書集教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性與廣泛性為一體，在過程控制工程部分密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，引入工廠實(shí)際案例，以典型生產(chǎn)過程控制案例入手，提出并解決問題。書中除了介紹控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法、控制系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用的知識(shí)，同時(shí)還介紹了控制系統(tǒng)的故障分析與處理方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的能力。體現(xiàn)了職業(yè)教育的特色，可以滿足培養(yǎng)高技能人才的需要。
本書是各位編者在多年的教學(xué)實(shí)踐、科研和參與工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫的。全書共分兩篇7章，第一篇為過程控制原理（第1章一第4章），第二篇為過程控制工程（第5章一第7章），這部分為本書的重點(diǎn)內(nèi)容。在各章后有本章小結(jié)及思考題與習(xí)題，可供讀者參考、練習(xí)。
本書由于輝任主編，并編寫第5章和第6章；韓睿群任副主編，并編寫第1章、第2章和第3章；王穎編寫第4章；董會(huì)英編寫第7章。在編寫過程中參閱了許多專家、學(xué)者的著作，在此向他們表示衷心的感謝。同時(shí)在編寫過程中，還得到了華北電力大學(xué)鄧英教授、遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院劉巨良、王琦教授的大力幫助與支持，在此也向他們表示衷心的感謝。
本書由沈陽(yáng)化工學(xué)院王剛教授擔(dān)任主審。
由于編者水平有限，書中的錯(cuò)誤及疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。殷切希望得到讀者的寶貴意見與建議。
前言
第一篇 過程控制原理1
第1章 過程控制系統(tǒng)的基本概念2
1.1 引言2
1.2 過程控制系統(tǒng)的組成及框圖2
1.2.1 過程控制系統(tǒng)的組成2
1.2.2 過程控制系統(tǒng)的框圖3
1.2.3 過程控制系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)3
1.3 過程控制系統(tǒng)的分類4
1.3.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制4
1.3.2 按設(shè)定值變化規(guī)律分類6
1.4 過程控制系統(tǒng)的性能要求7
1.4.1 過程控制系統(tǒng)的過渡過程7
1.4.2 過程控制系統(tǒng)的過渡過程的幾種形式7
1.4.3 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)8
本章小結(jié)8
思考題與習(xí)題8
第2章 過程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型10
2.1 建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型10
2.2 典型化工對(duì)象(或環(huán)節(jié))數(shù)學(xué)模型的建立13
2.2.1 串聯(lián)液體儲(chǔ)槽13
2.2.2 帶套管熱電偶13
2.2.3 氣動(dòng)薄膜控制閥14
2.3 拉氏變換、反變換及其應(yīng)用15
2.3.1 拉氏變換的概念16
2.3.2 拉氏變換的運(yùn)算定理17
2.3.3 拉氏反變換19
2.3.4 拉氏變換及拉氏反變換的應(yīng)用19
2.4 傳遞函數(shù)19
2.4.1 傳遞函數(shù)的定義19
2.4.2 傳遞函數(shù)的一般表達(dá)式20
2.4.3 傳遞函數(shù)的性質(zhì)20
2.4.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)21
2.4.5 過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換23
2.5 過程控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)27
2.5.1 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)28
2.5.2 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)28
本章小結(jié)29
思考題與習(xí)題30
第3章 過程控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法33
3.1 過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)分析33
3.1.1 典型輸入信號(hào)33
3.1.2 過程控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)34
3.1.3 一階過程控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析36
3.1.4 二階過程控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析38
3.2 過程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析41
3.2.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性41
3.2.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)42
3.3 常規(guī)控制規(guī)律及其對(duì)過程控制質(zhì)量的影響45
本章小結(jié)51
思考題與習(xí)題51
第4章 過程控制系統(tǒng)的頻率分析法53
4.1 頻率特性53
4.1.1 頻率特性的基本概念53
4.1.2 頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系55
4.2 典型環(huán)節(jié)的博德圖56
4.2.1 博德圖的表示56
4.2.2 比例環(huán)節(jié)57
4.2.3 積分環(huán)節(jié)57
4.2.4 微分環(huán)節(jié)58
4.2.5 慣性環(huán)節(jié)59
4.2.6 一階微分環(huán)節(jié)60
4.2.7 振蕩環(huán)節(jié)60
4.3 控制系統(tǒng)開環(huán)博德圖的繪制62
4.3.1 采用疊加方法繪制系統(tǒng)開環(huán)博德圖62
4.3.2 根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)66
4.4 對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)與穩(wěn)定裕量67
4.4.1 對(duì)數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)67
4.4.2 穩(wěn)定裕量68
4.4.3 過程控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的穩(wěn)定裕量法70
本章小結(jié)74
思考題與習(xí)題75
第二篇 過程控制工程77
第5章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)78
5.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成78
5.2 被控變量與操縱變量的選擇79
5.2.1 被控變量的選擇79
5.2.2 操縱變量的選擇79
5.3 測(cè)量滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及克服辦法82
5.3.1 測(cè)量滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響82
5.3.2 克服測(cè)量滯后及信號(hào)的處理方法84
5.4 控制閥的選擇86
5.4.1 控制閥概述86
5.4.2 控制閥的流量特性87
5.4.3 控制閥的流量特性的選擇90
5.4.4 控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇92
5.4.5 閥門定位器的正確使用93
5.5 控制器的選擇94
5.5.1 控制器控制規(guī)律的選擇94
5.5.2 控制器正、反作用的確定95
5.6 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)工程應(yīng)用案例97
5.7 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器參數(shù)整定98
5.7.1 系統(tǒng)的投運(yùn)98
5.7.2 控制器參數(shù)的工程整定99
5.8 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的故障及故障排除103
5.8.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的故障及判別方法103
5.8.2 故障分析舉例105
本章小結(jié)107
思考題與習(xí)題107
第6章 復(fù)雜控制系統(tǒng)111
6.1 串級(jí)控制系統(tǒng)111
6.1.1 串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理與結(jié)構(gòu)111
6.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程113
6.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)114
6.1.4 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)117
6.1.5 串級(jí)控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合及應(yīng)用案例120
6.1.6 串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)和主、副控制器的參數(shù)整定122
6.2 均勻控制系統(tǒng)124
6.2.1 均勻控制的目的和要求124
6.2.2 均勻控制方案125
6.2.3 控制器參數(shù)的整定127
6.3 比值控制系統(tǒng)128
6.3.1 概述128
6.3.2 定比值控制系統(tǒng)129
6.3.3 變比值控制系統(tǒng)130
6.3.4 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施131
6.3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器參數(shù)的整定136
6.4 分程控制系統(tǒng)136
6.4.1 分程控制系統(tǒng)的構(gòu)成136
6.4.2 分程控制的應(yīng)用場(chǎng)合137
6.5 前饋控制系統(tǒng)140
6.5.1 前饋控制的基本原理及特點(diǎn)140
6.5.2 前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式142
6.5.3 前饋控制系統(tǒng)的選用144
6.6 選擇性控制系統(tǒng)144
6.6.1 概述144
6.6.2 選擇性控制系統(tǒng)的構(gòu)成145
6.6.3 選擇性控制系統(tǒng)的類型146
6.6.4 積分飽和現(xiàn)象及其防止措施147
本章小結(jié)149
思考題與習(xí)題149
第7章 工業(yè)生產(chǎn)過程控制應(yīng)用153
7.1 流體輸送設(shè)備的控制153
7.1.1 離心泵的控制153
7.1.2 容積式泵的控制156
7.1.3 壓縮機(jī)的控制156
7.1.4 離心式壓縮機(jī)的防喘振控制157
7.2 傳熱設(shè)備的控制159
7.2.1 換熱器的控制160
7.2.2 蒸汽加熱器的控制162
7.2.3 冷卻器的控制162
7.2.4 加熱爐的控制163
7.3 鍋爐設(shè)備的控制167
7.3.1 概述167
7.3.2 汽包水位系統(tǒng)的控制168
7.3.3 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制173
7.4 精餾塔的控制174
7.4.1 概述174
7.4.2 精餾塔的控制目標(biāo)175
7.4.3 精餾塔的干擾因素分析175
7.4.4 精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選擇176
7.4.5 精餾塔的基本控制方案178
7.5 化學(xué)反應(yīng)器的控制181
7.5.1 化學(xué)反應(yīng)器的控制要求181
7.5.2 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案182
7.6 煉油工業(yè)生產(chǎn)過程控制184
7.6.1 煉油工業(yè)概述184
7.6.2 常減壓生產(chǎn)過程控制185
7.6.3 催化裂化生產(chǎn)過程控制187
7.6.4 催化重整生產(chǎn)過程控制189
本章小結(jié)191
思考題與習(xí)題192
參考文獻(xiàn)193
除了按結(jié)構(gòu)對(duì)控制系統(tǒng)分類外，通常還按設(shè)定值對(duì)應(yīng)時(shí)間變化規(guī)律分類為：定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。
1.定值控制系統(tǒng)
所謂定值控制系統(tǒng)，是指這類控制系統(tǒng)的設(shè)定值是恒定不變的。如圖1一4b所示的蒸汽換熱器在工藝上要求熱流體的出口溫度按設(shè)定值保持不變，因而它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，即在擾動(dòng)作用下仍能使被控變量保持在設(shè)定值或在允許范圍內(nèi)。化工生產(chǎn)領(lǐng)域里的自動(dòng)控制系統(tǒng)，凡要求工藝條件不變的，都屬于這種范疇。
2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)
隨動(dòng)控制系統(tǒng)也稱為自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量。這類控制系統(tǒng)的主要任務(wù)，是使被控變量能夠盡快地、準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化，而不考慮擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響。在化工生產(chǎn)中，有些比值控制系統(tǒng)就屬于此類。例如要求甲流體的流量和乙流體的流量保持一定的比值，當(dāng)乙流體的流量變化時(shí)，要求甲流體的流量能快速而準(zhǔn)確地隨之變化。由于乙流體的流量變化在生產(chǎn)中可能是隨機(jī)的，所以相當(dāng)于甲流體的流量設(shè)定值也是隨機(jī)的，故屬于隨機(jī)控制系統(tǒng)。航空中的導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、電視臺(tái)的天線接收系統(tǒng)，也都是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。
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