　　本書是依據普通高等學校“過程控製與自動化儀錶”教學大綱的要求，在第1版（2000年）和第2版（2007年）的基礎上修訂而成。
　　本書從當前生産過程自動化的實際需要和過程控製的新發展齣發，在介紹瞭生産過程控製係統與自動化儀錶的基本概念、工作原理及使用要求、簡單控製係統設計方案的基礎上，重點介紹瞭智能儀錶、過程係統建模、特殊工藝及復雜過程控製係統的分析與設計、基於網絡的計算機控製係統及工程應用等問題。
　　本書取材適當、深度與廣度適中，能適應不同高校本科電氣信息類專業的教學需求；內容敘述簡明扼要、通俗易懂、循序漸進、方便自學；每章開始扼要提齣瞭本章教學內容和應達到的基本要求；每章末編寫瞭基本練習題、綜閤練習題和設計題，以適應學生不同的學習需求，也便於教師因材施教。
　　本書可作為高等學校電氣信息類專業的教材，也可供相關專業師生和專業工程技術人員參考。
　　【推薦簡言】
　　本書的主要特點有：①在保留第1版和第2版主要特色的基礎上更新瞭內容，引進瞭新的成果與應用實例，並嚴格按照本科專業的培養目標和教學大綱的要求編寫，取材適當、深度與廣度適中；②在保持係統性與完整性的基礎上按模塊化結構編寫，以適應不同高校的教學要求；③從生産實際需要齣發，從工程實用性入手，盡可能采用各種先進而又成熟的控製策略與自動化儀錶，力求做到技術的先進性與工程實用性相統一；④采用簡明扼要、通俗易懂、由淺入深、先易後難、先簡單再復雜的敘述方法，循序漸進，便於自學；⑤為便於學習，每章均提齣瞭本章的主要內容和應達到的學習要求；⑥每章習題按基本練習題、綜閤練習題和設計題三個層次分類編寫，以適應學生不同的學習需求，也便於教師因材施教。
　　主要修改內容如下：①考慮到新型傳感器技術的發展和應用推廣情況，增加瞭主流傳感器及儀錶內容，如磁力機械式氧量分析儀、配備氣源調節器的電-氣轉換器等；②考慮到多數高校都開設智能控製相關課程內容，由於版麵限製，本教材難以詳細講述所有內容，因此將第2版中的模糊控製相關內容刪除；③隨著預測控製方法在工業過程係統的應用越來越廣泛，而第2版中內容過於簡短，不便於學生理解和實現，因此對這部分內容進行瞭重新編排，並增加瞭仿真實例；④隨著DCS技術的更新、發展及廣泛應用，將第九章中DCS部分進行瞭修改，增加瞭第四代DCS係統內容，並基於典型DCS係統並以加熱爐溫度係統為例，講述瞭DCS係統設計方案和典型控製方法串級控製方法的實現過程。
　　全書共分10章，1～5章為基礎部分，6～9章為提高部分，第10章為應用部分。本書參考教學時數為56～64學時（其中包括8～10學時實驗）。

序
前言
第1章緒論1
1.1過程控製概述1
1.1.1過程控製的特點、任務及要求1
1.1.2過程控製的發展概況6
1.1.3過程控製係統的組成、分類及性能指標7
1.2自動化儀錶概述10
1.2.1自動化儀錶的分類與發展10
1.2.2自動化儀錶的信號製與能源供給12
1.2.3安全防爆儀錶與安全防爆係統13
思考題與習題15
第2章過程參數的檢測與變送17
2.1參數檢測與變送概述17
2.1.1檢測儀錶17
2.1.2檢測誤差18
2.1.3檢測儀錶的基本特性20
2.1.4變送器的構成原理23
2.1.5變送器的信號傳輸方式25
2.2溫度的檢測與變送26
2.2.1溫度檢測方法26
2.2.2典型模擬式溫度變送器34
2.2.3智能式溫度變送器40
2.3壓力的檢測與變送42
2.3.1壓力的概念及其檢測42
2.3.2DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差壓變送器44
2.3.3電容式差壓變送器48
2.3.4智能式差壓變送器50
2.4流量的檢測與變送53
2.4.1流量的概念與檢測方法53
2.4.2典型流量檢測儀錶54
2.5物位的檢測與變送58
2.5.1物位檢測的主要方法58
2.5.2典型物位檢測儀錶59
2.6成分的檢測與變送62
2.6.1概述62
2.6.2紅外式氣體成分的檢測及儀錶63
2.6.3氧氣成分的檢測及儀錶64
2.6.4多種組分的檢測及儀錶70
思考題與習題71
第3章過程控製儀錶74
3.1過程控製儀錶概述74
3.2DDZ-Ⅲ型模擬式調節器75
3.2.1比例積分微分調節規律75
3.2.2DDZ-Ⅲ型PID基型調節器78
3.3數字式控製器87
3.3.1數字式控製器的基本構成88
3.3.2數字式控製器實例89
3.4執行器94
3.4.1執行器的構成原理94
3.4.2氣動執行器的應用97
3.4.3電/氣轉換器與閥門定位器103
3.4.4智能式電動執行器105
3.5安全柵107
3.5.1齊納式安全柵107
3.5.2隔離式安全柵108
思考題與習題110
第4章被控過程的數學模型113
4.1過程建模的基本概念113
4.1.1被控過程的數學模型及其作用113
4.1.2被控過程的特性114
4.1.3過程建模方法117
4.2解析法建立過程的數學模型119
4.2.1解析法建模的一般步驟119
4.2.2單容過程的解析法建模119
4.2.3多容過程的解析法建模122
4.3試驗法建立過程的數學模型125
4.3.1響應麯綫法126
4.3.2最小二乘法133
思考題與習題142
第5章簡單控製係統的設計146
5.1簡單控製係統設計概述146
5.1.1控製係統設計任務及開發步驟147
5.1.2設計中需要注意的有關問題148
5.2控製方案的確定149
5.2.1被控參數的選取149
5.2.2控製參數的選擇150
5.2.3被控參數的測量與變送153
5.2.4調節規律對控製質量的影響及其選擇154
5.2.5執行器的選擇 160
5.2.6調節器正/反作用方式的選擇160
5.3調節器的參數整定161
5.3.1調節器參數整定的理論基礎161
5.3.2調節器參數的整定163
5.3.3PID調節器參數的自整定168
5.4單迴路控製係統設計實例173
5.4.1乾燥過程的控製係統設計173
5.4.2儲槽液位過程控製係統的設計175
思考題與習題176
第6章常用高性能過程控製係統180
6.1串級控製係統180
6.1.1串級控製的基本概念180
6.1.2串級控製係統的控製效果181
6.1.3串級控製係統的適用範圍186
6.1.4串級控製係統的設計188
6.1.5串級控製係統的參數整定191
6.2前饋控製係統193
6.2.1前饋控製的基本概念193
6.2.2前饋控製的特點及局限性194
6.2.3靜態補償與動態補償195
6.2.4前饋-反饋復閤控製195
6.2.5引入前饋控製的原則及應用實例196
6.3大滯後過程控製係統198
6.3.1大滯後過程概述198
6.3.2史密斯預估控製198
6.3.3改進型史密斯預估控製200
6.3.4內模控製202
思考題與習題205
第7章實現特殊工藝要求的過程控製係統208
7.1比值控製係統208
7.1.1比值控製概述208
7.1.2比值控製係統的設計211
7.1.3比值控製係統的參數整定215
7.2均勻控製係統215
7.2.1均勻控製的提齣及其特點215
7.2.2均勻控製係統的設計217
7.3分程控製係統219
7.3.1分程控製概述219
7.3.2分程控製係統的設計220
7.3.3分程控製係統的應用222
7.4自動選擇性控製係統223
7.4.1自動選擇性控製概述223
7.4.2係統的類型及工作過程224
7.4.3自動選擇性控製係統的設計225
思考題與習題227
第8章復雜過程控製係統231
8.1序言231
8.2多變量解耦控製係統231
8.2.1耦閤過程及其要解決的問題231
8.2.2相對增益與相對增益矩陣232
8.2.3解耦控製係統的設計237
8.3適應過程參數變化的控製係統242
8.3.1適應靜態增益變化的控製係統242
8.3.2適應純滯後時間變化的控製係統244
8.3.3適應時間常數變化的控製係統246
8.4推理控製係統248
8.4.1推理控製係統的組成248
8.4.2推理-反饋控製係統250
8.4.3輸齣可測條件下的推理控製係統252
8.5預測控製係統255
8.5.1預測控製的基本思想255
8.5.2預測模型256
8.5.3典型預測控製算法259
思考題與習題267
第9章基於網絡的過程計算機控製係統269
9.1集散控製係統269
9.1.1集散控製係統概述269
9.1.2集散控製係統的通信網絡係統277
9.1.3集散控製係統的控製器280
9.1.4集散控製係統操作員站283
9.1.5集散控製係統工程師站與組態軟件285
9.1.6集散控製係統的設計實例296
9.2基於現場總綫的過程控製係統299
9.2.1現場總綫的基本概念299
9.2.2現場總綫的通信模型300
9.2.3基於現場總綫的控製係統的設計306
思考題與習題309
第10章典型生産過程控製與工程設計311
10.1典型生産過程控製311
10.1.1電廠鍋爐的過程控製311
10.1.2精餾塔的過程控製317
10.2過程控製係統的工程設計322
10.2.1工程設計的目的和主要內容322
10.2.2工程設計的具體步驟323
10.2.3控製係統的抗乾擾和接地設計326
思考題與習題330
附錄333
參考文獻336

前言/序言

　　本書是依據普通高等學校“過程控製與自動化儀錶”教學大綱的要求，在《過程控製與自動化儀錶》（2000年機械工業齣版社齣版，西安理工大學侯誌林主編）和《過程控製與自動化儀錶》第2版（2007年機械工業齣版社齣版，西安理工大學潘永湘主編）兩書的基礎上修訂而成。本書從當前生産過程自動化的實際需要和過程控製的最新發展齣發，在介紹瞭生産過程控製係統與自動化儀錶的基本概念、工作原理及使用要求、簡單控製係統設計方案的基礎上，重點介紹瞭智能儀錶、過程係統建模、特殊工藝及復雜過程控製係統的分析與設計、基於網絡的計算機控製係統及工程應用等問題。
　　本書的主要特點有：①在保留第1版和第2版主要特色的基礎上更新瞭內容，引進瞭新的成果與應用實例，並嚴格按照本科專業的培養目標和教學大綱的要求編寫，取材適當、深度與廣度適中；②在保持係統性與完整性的基礎上按模塊化結構編寫，以適應不同高校的教學要求；③從生産實際需要齣發，從工程實用性入手，盡可能采用各種先進而又成熟的控製策略與自動化儀錶，力求做到技術的先進性與工程實用性相統一；④采用簡明扼要、通俗易懂、由淺入深、先易後難、先簡單再復雜的敘述方法，循序漸進，便於自學；⑤為便於學習，每章均提齣瞭本章的主要內容和應達到的學習要求；⑥每章習題按基本練習題、綜閤練習題和設計題三個層次分類編寫，以適應學生不同的學習需求，也便於教師因材施教。主要修改內容如下：①考慮到新型傳感器技術的發展和應用推廣情況，增加瞭主流傳感器及儀錶內容，如磁力機械式氧量分析儀、配備氣源調節器的電-氣轉換器等；②考慮到多數高校都開設智能控製相關課程內容，由於版麵限製，本教材難以詳細講述所有內容，因此將第2版中的模糊控製相關內容刪除；③隨著預測控製方法在工業過程係統的應用越來越廣泛，而第2版中內容過於簡短，不便於學生理解和實現，因此對這部分內容進行瞭重新編排，並增加瞭仿真實例；④隨著DCS技術的更新、發展及廣泛應用，將第九章中DCS部分進行瞭修改，增加瞭第四代DCS係統內容，並基於典型DCS係統並以加熱爐溫度係統為例，講述瞭DCS係統設計方案和典型控製方法串級控製方法的實現過程。
　　全書共分10章，1～5章為基礎部分，6～9章為提高部分，第10章為應用部分。各章具體內容為：第1章闡述過程控製與自動化儀錶的共性問題，確立過程控製的概念體係；第2章敘述過程參數的檢測與變送及選用方法；第3章敘述過程控製儀錶的工作原理、功能特點、使用方法；第4章敘述被控過程的數學模型建立方法；第5章敘述簡單控製係統的設計原理與調節器的參數整定方法；第6章敘述常用高性能過程控製係統的設計原理與方法；第7章敘述特殊工藝要求的過程控製係統的設計原理與方法；第8章敘述復雜過程控製係統的設計原理與方法；第9章介紹基於網絡的計算機過程控製係統，主要介紹集散控製係統與現場總綫控製係統；第10章介紹典型生産過程的控製與工程化設計問題。
　　本書第1、4、6、7、8章由楊延西教授編寫；第3、5章由潘永湘教授編寫；第2、9、10章由趙躍副教授編寫。全書由楊延西教授負責統稿、定稿。
　　西安交通大學施仁教授、西安理工大學侯誌林教授、潘永湘教授仔細審閱瞭書稿。他們對本書提齣瞭許多寶貴的修改意見和建議，在此錶示衷心的感謝。
　　作者在編寫過程中得到瞭教育部高等學校自動化專業教學指導委員會委員劉丁教授的熱情鼓勵和支持，還參考瞭大量文獻資料，在此對劉丁教授和相關文獻作者一並錶示衷心的感謝。
　　本書可作為高等學校電氣信息類專業的教材，參考教學時數為56～64學時（其中包括8～10學時實驗），也可供相關專業的師生和工程技術人員閱讀參考。
　　另外，為方便讀者學習，本書在每章的思考題與習題部分配有一個二維碼，掃描二維碼即可獲得本章思考題與習題的詳解。全書10章的思考題與習題列錶和勘誤可通過掃描下麵的二維碼來獲取，可供讀者查看實時更新。
　　由於編者水平有限，書中的缺點和不足之處在所難免，懇請廣大讀者指正與建議，以便再版時做進一步修訂與完善。
　　編著者
　　序隨著科學技術的不斷進步，電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發展速度，改變著我國工業的整體麵貌。同時，對社會的生産方式、人們的生活方式和思想觀念也産生瞭重大的影響，並在現代化建設中發揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學、計算機科學和能源科學等相關學科的交叉融閤，它正在嚮智能化、網絡化和集成化的方嚮發展。
　　教育是培養人纔和增強民族創新能力的基礎，高等學校作為國傢培養人纔的主要基地，肩負著教書育人的神聖使命。在實際教學中，根據社會需求，構建具有時代特徵、反映最新科技成果的知識體係是每個教育工作者義不容辭的光榮任務。
　　教書育人，教材先行。機械工業齣版社幾十年來齣版瞭大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎。為瞭適應我國目前高等學校電氣工程與自動化類專業人纔培養的需要，配閤各高等學校的教學改革進程，滿足不同類型、不同層次的學校在課程設置上的需求，由中國機械工業教育協會電氣工程及自動化學科教學委員會、中國電工技術學會高校工業自動化教育專業委員會、機械工業齣版社共同發起成立瞭“全國高等學校電氣工程與自動化係列教材編審委員會”，組織齣版新的電氣工程與自動化類係列教材。這套教材基於“加強基礎，削枝強乾，循序漸進，力求創新”的原則，通過對傳統課程內容的整閤、交融和改革，以不同的模塊組閤來滿足各類學校特色辦學的需要。並力求做到：
　　1�筆視眯裕航岷係縉�工程與自動化類專業的培養目標、專業定位，按技術基礎課、專業基礎課、專業課和教學實踐等環節，進行選材組稿。對有的具有特色的教材采取一綱多本的方法。注重課程之間的交叉與銜接，在滿足係統性的前提下，盡量減少內容上的重復。
　　2�筆痙緞裕毫η蠼灘鬧姓瓜值慕萄Ю砟睢⒅�識體係、知識點和實施方案在本領域中具有廣泛的輻射性和示範性，代錶並引導教學發展的趨勢和方嚮。
　　3�貝蔥灤裕涸誚灘謀嘈粗星康饔朧本憬�，對原有的知識體係進行實質性的改革和發展，鼓勵教材涵蓋新體係、新內容、新技術，注重教學理論創新和實踐創新，以適應新形勢下的教學規律。
　　4�比ㄍ�性：本係列教材的編委由長期工作在教學第一綫的知名教授和學者組成。他們知識淵博，經驗豐富。組稿過程嚴謹細緻，對書目確定、主編徵集、資料申報和專傢評審等都有明確的規範和要求，為確保教材的高質量提供瞭有力保障。
　　此套教材的順利齣版，先後得到全國數十所高校相關領導的大力支持和廣大骨乾教師的積極參與，在此謹錶示衷心的感謝，並歡迎廣大師生提齣寶貴的意見和建議。
　　此套教材的齣版如能在轉變教學思想、推動教學改革、更新專業知識體係、創造適應學生個性和多樣化發展的學習環境、培養學生的創新能力等方麵收到成效，我們將會感到莫大的欣慰。
　　全國高等學校電氣工程與自動化係列教材編審委員會

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