　　本书凝聚了多位资深教师数年的教学与科研经验，力争满足石油化工类专业的教学需求。全书从石油工程的角度，培养学生逻辑思维、创新思维与工程思维的能力，提高分析与解决实际工程设计的能力。
　　（1）易教易学：不但在叙述方式上力求深入浅出、图文并茂；而且配套给出了大量例题与习题，以及“教学建议”和“教学课件（PPT）”，便于教学与自学。
　　（2）结构完整：全书分4篇（19章）分别介绍了自动控制基础、参数检测及仪表、控制仪表及装置和过程控制技术。
　　（3）认知规律：从认识和理解的规律出发，将抽象问题形象化，将数学问题工程化，将孤立问题系统化，充分把握学习规律，提高教学效率。
　　（4）技术前沿：侧重只是的覆盖广度，吸收了当前应用于石油化工工业的新自动化及仪表的技术成果。

内容简介

　　本书全面系统地介绍了应用于石油化工领域的测控仪表系统及过程控制技术的基础知识。
　　全书共分为四篇第一篇自动控制基础知识，共3章，主要介绍了自动控制的基本概念、性能指标和要求及对象的特性和数学模型。第二篇参数检测及仪表，共7章，主要介绍了检测仪表的基础知识，石油化工生产过程中主要工艺参数温度、压力、流量、物位及成分等常用检测仪表，现代检测技术。第三篇控制仪表及装置，共5章，主要介绍了控制仪表及装置，包括模拟控制器、数字控制器、可编程控制器（PLC）、集散控制系统（DCS）、现场总线及控制系统和执行器。第四篇过程控制系统，共4章，主要介绍了过程控制技术，包括简单控制和复杂控制系统，新型控制系统和石油加工典型设备的自动控制。
　　本书从石油化工工程的角度出发，在介绍传统自动控制与仪表基础知识的同时，注重与实际应用相结合，同时，对新系统、新装置、新方法进行了阐述。配套给出了大量例题与习题，教学建议和教学课件，便于教学与自学。在叙述方式上力求深入浅出、图文并茂。本书注重培养学生逻辑思维、创新思维与工程思维的能力，提高分析与解决实际工程问题的能力。
　　本书可作为高等学校石油化工和储运类专业等非自动化专业本、专科生及研究生教材，也可作为石油化工行业各类工程技术人员的参考用书。

内页插图

*篇自动控制基础知识
第1章绪论
1.1石油化工自动化的意义及主要内容
1.1.1石油化工自动化的意义
1.1.2石油化工自动化的发展概况
1.1.3非自动化专业人员学习自动化知识的意义
1.1.4石油化工自动化的主要内容
1.2自动控制系统的基本组成
1.3自动控制系统的图形表示
1.3.1自动控制系统方框图
1.3.2工艺管道及仪表流程图
1.4自动控制系统的分类
1.4.1按信号的传递路径分类
1.4.2按给定值的性质分类
1.4.3按系统的数学模型分类
1.4.4按系统传输信号的性质分类
1.4.5其他分类方法
思考题与习题
第2章自动控制系统的基本要求及性能指标
2.1自动控制系统的基本要求
2.2自动控制系统的静态与动态
2.3自动控制系统的过渡过程
2.4自动控制系统的性能指标
思考题与习题
第3章被控对象特性与数学模型
3.1石油化工对象的特点及其描述方法
3.2对象数学模型的建立
3.2.1机理分析法建模
3.2.2实验法建模
3.2.3混合法建模
3.3描述对象特性的参数
3.3.1放大系数K
3.3.2时间常数T
3.3.3滞后时间τ
思考题与习题
第二篇参数检测及仪表
第4章检测仪表基础知识
4.1测量过程和测量误差
4.1.1绝对误差
4.1.2相对误差
4.1.3基本误差与附加误差
4.2检测仪表基本概念及性能指标
4.2.1测量范围、上下限及量程
4.2.2零点迁移和量程迁移
4.2.3灵敏度、分辨率及分辨力
4.2.4线性度
4.2.5精度和精度等级
4.2.6死区、滞环和回差
4.2.7反应时间
4.2.8重复性和再现性
4.2.9可靠性
4.2.10稳定性
思考题与习题
第5章温度检测及仪表
5.1温度检测方法及温标
5.1.1温度及温度检测方法
5.1.2温标
5.2常用温度检测仪表
5.2.1膨胀式温度计
5.2.2热电偶温度计
5.2.3热电阻温度计
5.3温度检测仪表的选用及安装
5.3.1温度检测仪表的选用
5.3.2温度检测仪表的安装
思考题与习题
第6章压力检测及仪表
6.1压力及压力检测方法
6.1.1压力的定义及单位
6.1.2压力的表示方法
6.1.3压力检测的主要方法及分类
6.2常用压力检测仪表
6.2.1液柱式压力计
6.2.2活塞式压力计
6.2.3弹性式压力计
6.2.4压力传感器
6.2.5力平衡式差压（压力）变送器
6.3压力检测仪表的选择及校验
6.3.1压力检测仪表的选择
6.3.2压力检测仪表的校验
6.4压力检测系统
6.4.1取压点位置和取压口形式
6.4.2引压管路的铺设
6.4.3压力检测仪表的安装
思考题与习题
第7章流量检测及仪表
7.1流量的概念及单位
7.2流量检测方法及流量计分类
7.3体积流量检测方法
7.3.1容积式流量计
7.3.2差压式流量计
7.3.3速度式流量计
7.4质量流量检测方法
7.4.1间接式质量流量测量方法
7.4.2直接式质量流量计
7.5流量标准装置
7.5.1液体流量标准装置
7.5.2气体流量标准装置
思考题与习题
第8章物位检测及仪表
8.1物位的定义及物位检测仪表的分类
8.1.1物位的定义
8.1.2物位检测仪表的分类
8.2常用物位检测仪表
8.2.1静压式物位检测仪表
8.2.2浮力式物位检测仪表
8.2.3其他物位检测仪表
8.3影响物位测量的因素
8.3.1液位测量的特点
8.3.2料位测量的特点
8.3.3界位测量的特点
8.4物位检测仪表的选型
思考题与习题
第9章成分分析仪表
9.1成分分析方法及分类
9.1.1成分分析方法
9.1.2成分分析仪表分类
9.2自动分析仪表的基本组成
9.3工业常用自动分析仪表
9.3.1热导式气体分析器
9.3.2红外线气体分析器
9.3.3氧化锆氧分析器
9.3.4气相色谱分析仪
9.3.5酸度的检测
9.3.6湿度的检测
思考题与习题
第10章现代检测技术
10.1现代传感器技术的发展
10.2软测量技术
10.2.1软测量技术概念
10.2.2软测量技术分类
10.2.3软测量技术应用
10.3多传感器融合技术
10.4虚拟仪器
思考题与习题
第三篇控制仪表及装置
第11章控制仪表及装置概述
11.1控制仪表及装置的发展概况
11.2控制仪表及装置的分类
11.2.1按能源形式分类
11.2.2按信号类型分类
11.2.3按结构形式分类
11.3控制仪表及装置的信号制
11.3.1信号标准
11.3.2电动仪表信号标准的使用
11.4DDZ�并笮涂刂破�
11.4.1DDZ�并笮涂刂破鞯奶氐�
11.4.2DDZ�并笮涂刂破鞯闹饕�技术指标
11.4.3DDZ�并笮涂刂破鞯淖槌捎氩僮�
思考题与习题
第12章数字控制器
12.1可编程调节器
12.1.1可编程调节器的特点
12.1.2可编程调节器的基本构成
12.1.3可编程调节器的基本算法
12.1.4可编程调节器与DDZ�并笮涂刂破餍阅鼙冉�
12.2可编程序控制器
12.2.1可编程控制器的发展过程及趋势
12.2.2可编程控制器的特点及分类
12.2.3可编程控制器的基本组成
12.2.4可编程控制器的工作原理
12.2.5可编程控制器的编程语言
思考题与习题
第13章集散控制系统
13.1DCS的组成
13.2DCS的特点
13.3DCS的产生及发展历程
13.4DCS的硬件体系
13.4.1DCS的硬件体系结构
13.4.2DCS的各级（层）功能
13.4.3DCS的通信设备及功能
13.5DCS的软件体系
13.5.1DCS的软件体系构成
13.5.2DCS的控制层软件
13.5.3DCS的监控层软件
13.5.4DCS的组态软件
思考题与习题
第14章现场总线控制系统
14.1现场总线控制系统概述
14.1.1现场总线控制系统的基本概念
14.1.2现场总线控制系统的本质特征
14.1.3现场总线控制系统的发展趋势
14.2现场总线控制系统的体系结构
14.2.1现场设备层
14.2.2中间监控层
14.2.3远程监控层
14.3现场总线协议
14.4现场总线控制系统的组成
14.4.1现场智能仪表
14.4.2监控计算机
14.4.3网络通信设备
14.4.4监控系统软件
14.5现场总线技术的应用
14.5.1几种有影响的现场总线
14.5.2ControlNet现场总线应用
思考题与习题
第15章执行器
15.1概述
15.1.1执行器的构成及工作原理
15.1.2执行器分类及特点
15.1.3执行器的作用方式
15.2执行机构
15.2.1气动执行机构
15.2.2电动执行机构
15.3调节机构
15.3.1调节阀的工作原理
15.3.2调节阀的作用方式
15.3.3调节阀的结构及特点
15.3.4调节阀的流量系数
15.3.5调节阀的可调比
15.3.6调节阀的流量特性
15.4执行器的选择和计算
15.4.1执行器结构形式的选择
15.4.2调节阀流量特性的选择
15.4.3调节阀口径的选择
15.5气动执行器的安装和维护
15.6电气转换器及阀门定位器
15.6.1电气转换器
15.6.2阀门定位器
15.7数字调节阀与智能调节阀
15.7.1数字调节阀
15.7.2智能调节阀
思考题与习题
第四篇过程控制系统
第16章简单控制系统
16.1简单控制系统的构成
16.2简单控制系统的设计
16.2.1被控变量的选择
16.2.2操纵变量的选择
16.2.3测量元件特性的影响
16.2.4控制器控制规律的选择
16.2.5控制器正反作用的确定
16.3简单控制系统的投运
16.4控制器参数的工程整定
思考题与习题
第17章复杂控制系统
17.1串级控制系统
17.1.1串级控制系统的基本概念
17.1.2串级控制系统的工作过程
17.1.3串级控制系统的特点
17.1.4串级控制系统的设计
17.1.5串级控制系统控制器参数的工程整定
17.1.6串级控制系统的适用场合
17.2均匀控制系统
17.2.1均匀控制系统的基本概念
17.2.2均匀控制方案
17.3比值控制系统
17.3.1比值控制的基本概念
17.3.2比值控制方案
17.3.3比值控制系统的设计
17.4前馈控制系统
17.4.1前馈控制系统的基本概念
17.4.2前馈控制系统的特点
17.4.3前馈控制系统的主要结构形式
17.4.4前馈控制系统的应用场合
17.5选择性控制系统
17.5.1选择性控制系统的基本概念
17.5.2选择性控制系统的类型
17.5.3积分饱和现象及其防止措施
17.6分程控制系统
17.6.1分程控制系统的基本概念
17.6.2分程控制方案
17.6.3分程控制系统的应用
17.6.4分程控制应用中的几个问题
思考题与习题
第18章新型控制系统
18.1自适应控制系统
18.1.1变增益自适应控制系统
18.1.2模型参考自适应控制系统
18.1.3自校正控制系统
18.2预测控制系统
18.2.1预测控制系统的基本结构
18.2.2预测控制系统的特点及其应用
18.3智能控制系统与专家控制系统
18.3.1智能控制的基本概念
18.3.2智能控制的主要类型
18.3.3专家控制系统
18.4模糊控制系统
18.4.1模糊控制系统的基本结构
18.4.2模糊控制的方法
18.4.3模糊控制系统的设计
18.5神经元网络控制
18.5.1人工神经元模型
18.5.2人工神经网络
18.5.3人工神经网络在控制中的主要作用
18.5.4神经网络控制的分类
18.6故障检测与故障诊断
18.6.1提高控制系统可靠性的主要方法
18.6.2控制系统的主要故障
18.6.3故障检测和诊断的含义
18.6.4故障检测和诊断的主要方法
思考题与习题
第19章石油化工典型设备的自动控制
19.1流体输送设备的控制
19.1.1离心泵的控制
19.1.2往复泵的控制
19.1.3离心式压缩机的防喘振控制
19.2传热设备的控制
19.2.1换热器的控制
19.2.2加热炉的控制
19.2.3锅炉设备的控制
19.3精馏塔的控制
19.3.1精馏塔的控制要求
19.3.2精馏塔的干扰因素分析
19.3.3精馏塔质量指标的选取
19.3.4精馏塔的基本控制方案
19.4化学反应器的控制
19.4.1化学反应器的控制要求
19.4.2釜式反应器的温度控制
19.4.3固定床反应器的控制
19.4.4流化床反应器的控制
思考题与习题
附录A镍铬�材�硅热电偶（K型）分度表
附录B镍铬�餐�镍热电偶（E型）分度表
附录C工业用铂电阻温度计（Pt100）分度表
附录D工业用铜电阻温度计（Cu100）分度表
参考文献

精彩书摘

　　第3章被控对象特性与数学模型
　　自动控制系统由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器组成，系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系，特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。本章着重研究被控对象的特性，而所采用的研究方法对研究其他环节的特性也同样适用。
　　3.1石油化工对象的特点及其描述方法
　　在化工自动化中，常见的对象有各类换热器、精馏塔、流体输送设备和化学反应器等，此外，在一些辅助系统中，气源、热源及动力设备（如空压机、辅助锅炉、电动机等）也可能是需要控制的对象。本章着重研究连续生产过程中各种对象的特性，因此有时也称研究过程的特性。
　　各种对象千差万别，有的对象操作稳定、操作简便，有的对象则不然，只要稍不小心就会超越正常工艺条件，甚至造成事故。有经验的操作人员，他们往往很熟悉这些对象，只有充分了解和熟悉这些对象，才能使生产操作得心应手，获得高产、优质、低消耗。同样，在自动控制系统中，当采用一些自动化装置来模拟操作时，首先必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数（也称控制器参数的工程整定），使系统正常运行，特别是一些比较复杂的控制方案设计，例如前馈控制、计算机*优控制等更离不开对象特性的研究。
　　所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。
　　在建立对象数学模型（建模）时，一般将被控变量看作对象的输出量，也叫输出变量，而将干扰作用和控制作用看作对象的输入量，
　　图3��1对象的输入输出量示意图
　　也叫输入变量。干扰作用和控制作用都是引起被控变量变化的因素，从控制的角度看，
　　输入变量就是操纵变量（控制变量）和扰动变量，输出变量就是被控变量，如图3��1所示。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道，控制作用至被控变量的信号联系称为控制通道；干扰作用至被控变量的信号联系称为干扰通道。在研究对象特性时，应预先指明对象的输入量是什么，输出量是什么，因为对于同一个对象，不同通道的特性可能是不同的。
　　要深入了解被控对象的性质、特点以及动态特性就离不开数学模型。工业过程的数学模型可分为动态数学模型和静态数学模型。动态数学模型是表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数学描述。动态数学模型在对动态过程的分析和控制中起着举足轻重的作用，可用于各类自动控制系统的设计和分析，以及工艺设计和操作条件的分析和确定。静态数学模型是描述输出变量与输入变量之间不随时间而变化的数学关系。可用于工艺设计和*优化等，同时也是考虑控制方案的基础。静态与动态是事物特性的两个侧面，可以这样说，动态数学模型是在静态数学模型基础上的发展，静态数学模型是对象在达到平衡时的动态数学模型的一个特例。
　　必须指出，这里要研究的主要是用于控制的数学模型，它与用于工艺设计与分析的数学模型是不完全相同的，尽管在建立数学模型时，用于控制的和用于工艺设计的可能都是基于同样的物理和化学规律，它们的原始方程可能都是相同的，但两者还是有差别的。
　　用于控制的数学模型一般是在工艺流程的设备尺寸等都已确定的情况下，研究的是对象的输入变量是如何影响输出变量的，即对象的某些工艺变量（如温度、压力、流量等）变化以后是如何影响另一些工艺变量的（一般是指被控制变量），研究的目的是为了使所设计的控制系统达到更好的控制效果。用于工艺设计的数学模型（一般是静态的）是在产品规格和产量已经确定的情况下，通过模型的计算，来确定设备的结构、尺寸、工艺流程和某些工艺条件，以期达到*好的经济效益。
　　数学模型的表达形式主要有两大类：一类是非参量形式，称为非参量模型；另一类是参量形式，称为参量模型。
　　1. 非参量模型
　　当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。
　　非参量模型可以通过记录实验结果来得到，有时也可以通过计算来得到，它的特点是形象、清晰，比较容易看出其定性的特征。但是，由于它们缺乏数学方程的解析性质，要直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难，必要时，可以对它们进行一定的数学处理来得到参量模型的形式。
　　由于对象的数学模型描述的是对象在受到控制作用或干扰作用后被控变量的变化规律，因此对象的非参量模型可以用对象在一定形式的输入作用下的输出曲线或数据来表示。根据输入形式的不同，主要有阶跃响应曲线、脉冲响应曲线、矩形脉冲响应曲线、频率特性曲线等。这些曲线一般都可以通过实验直接得到。
　　2. 参量模型
　　当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。
　　对象的参量模型可以用描述对象输入、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。
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