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绪论1

0.1 过程控制的定义和任务1

0.2 过程控制的发展与趋势4

0.2.1 自动控制理论的发展历程4

0.2.2 过程控制系统的发展与趋势5

第1章 过程控制基础知识7

1.1 自动控制系统的组成及分类7

1.1.1 人工控制与自动控制7

1.1.2 自动控制的基本方式8

1.1.3 自动控制系统的组成10

1.1.4 自动控制系统的分类12

1.2 系统运行的基本要求13

1.2.1 系统的动态与静态13

1.2.2 基本要求14

1.3 过程控制系统的过渡过程及控制性能指标15

1.3.1 过程控制系统的过渡过程15

1.3.2 过程控制系统的控制性能指标17

1.4 过程动态特性与建模20

1.4.1 数学模型的定义20

1.4.2 被控过程的数学模型（过程特性）20

1.4.3 传递函数27

1.4.4 过程特性的一般分析29

1.4.5 过程动态模型的实验测取32

1.5 过程控制系统的方框图及其化简34

1.5.1 系统方框图34

1.5.2 方框图的等效变换与化简35

1.5.3 过程控制系统的传递函数40

1.6 常规控制规律及其对系统控制质量的影响42

1.6.1 位式控制42

1.6.2 比例控制（P）44

1.6.3 积分控制（I）46

1.6.4 微分控制（D）49

本章小结51

思考与练习53

实验一 单回路控制系统控制过程演示55

实验二 一阶（单容）过程特性测试 二阶（双容）过程特性测试55

第2章 简单控制系统57

2.1 系统组成原理57

2.1.1 简单控制系统的结构组成57

2.1.2 控制过程分析58

2.1.3 简单控制系统的设计概述60

2.2 被控变量的选择60

2.2.1 被控变量的选择方法61

2.2.2 被控变量的选择原则61

2.2.3 被控变量的选择实例62

2.3 过程特性对控制质量的影响及操纵变量的选择64

2.3.1 扰动通道特性对控制质量的影响65

2.3.2 控制通道特性对控制质量的影响69

2.3.3 操纵变量的选择72

2.4 执行器（气动薄膜控制阀）的选择72

2.4.1 控制阀概述72

2.4.2 控制阀的结构形式及选择75

2.4.3 控制阀气开、气关形式的选择78

2.4.4 控制阀流量特性的选择79

2.4.5 控制阀口径的选择86

2.4.6 阀门定位器的正确使用88

2.5 测量变送环节的选取及其对控制质量的影响90

2.5.1 对测量变送环节的基本要求90

2.5.2 测量误差分析91

2.5.3 减小动态误差的方法92

2.6 控制器的选择94

2.6.1 控制器控制规律的选择94

2.6.2 控制器正、反作用方式的选择96

2.7 简单控制系统的投运和整定98

2.7.1 控制系统的投运98

2.7.2 控制系统的整定101

2.8 简单控制系统的故障与处理107

2.8.1 故障产生的原因107

2.8.2 故障判断和处理的一般方法108

2.8.3 故障分析举例108

2.9 控制系统间的关联与解耦110

2.9.1 系统关联及其影响110

2.9.2 分析系统关联的方法111

2.9.3 系统关联的解耦113

本章小结115

思考与练习117

实验三 简单控制系统的投运和整定120

第3章 串级控制系统122

3.1 基本原理和结构122

3.1.1 串级控制系统的组成原理122

3.1.2 串级控制系统的结构124

3.1.3 串级控制系统的控制过程126

3.2 串级控制系统的特点127

3.3 串级控制系统的应用范围131

3.3.1 用于具有较大纯滞后的过程131

3.3.2 用于具有较大容量滞后的过程133

3.3.3 用于存在变化剧烈和较大幅值扰动的过程134

3.3.4 用于具有非线性特性的过程134

3.4 串级控制系统的设计135

3.4.1 主、副被控变量的选择135

3.4.2 主、副控制器控制规律的选择140

3.4.3 主、副控制器正、反作用的选择141

3.4.4 串级控制系统的实施142

3.5 串级控制系统的投运和整定144

3.5.1 串级控制系统的投运144

3.5.2 串级控制系统的整定144

本章小结146

思考与练习147

实验四 串级控制系统的投运和整定149

第4章 前馈控制系统151

4.1 前馈控制原理151

4.2 前馈控制的特点及局限性152

4.2.1 前馈控制的特点152

4.2.2 前馈控制的局限性153

4.3 前馈控制系统的几种主要结构形式153

4.3.1 单纯的前馈控制系统153

4.3.2 前馈-反馈控制系统154

4.3.3 前馈-串级控制系统155

4.4 前馈控制系统的实施及应用156

4.4.1 前馈控制系统的实施156

4.4.2 前馈控制系统的应用158

本章小结159

思考与练习160

第5章 比值控制系统161

5.1 概述161

5.2 比值控制系统的类型161

5.2.1 单闭环比值控制系统162

5.2.2 双闭环比值控制系统163

5.2.3 变比值控制系统164

5.3 比值系数的计算166

5.3.1 流量与测量信号成线性关系时的折算166

5.3.2 流量与测量信号成非线性关系时的折算168

5.4 比值控制系统的实施169

5.4.1 两种实施方案169

5.4.2 比值控制系统中的信号匹配问题170

5.5 比值控制系统的投运与整定170

本章小结171

思考与练习172

实验五 单闭环比值控制系统的投运和整定173

第6章 其他控制系统175

6.1 均匀控制系统175

6.1.1 均匀控制原理175

6.1.2 均匀控制方案177

6.2 选择性控制系统178

6.2.1 选择性控制原理178

6.2.2 选择性控制系统的类型179

6.2.3 选择性控制系统工程设计和实施时的几个问题182

6.3 分程控制系统184

6.3.1 分程控制系统的组成及工作原理184

6.3.2 分程控制的应用场合185

6.3.3 分程控制系统的实施188

6.4 自动保护系统189

6.4.1 自动信号报警系统189

6.4.2 自动联锁保护系统191

本章小结196

思考与练习197

第7章 典型化工单元的控制198

7.1 流体输送设备的控制198

7.1.1 泵的控制199

7.1.2 压缩机的控制202

7.1.3 离心式压缩机的防喘振控制系统204

7.2 传热设备的控制206

7.2.1 传热设备的静态数学模型207

7.2.2 一般传热设备的控制208

7.2.3 管式加热炉的控制211

7.3 锅炉设备的控制214

7.3.1 锅炉汽包水位的控制216

7.3.2 锅炉燃烧系统的控制220

7.3.3 蒸汽过热系统的控制223

7.4 精馏塔的控制223

7.4.1 精馏塔的工艺要求和扰动分析224

7.4.2 精馏塔被控变量的选择225

7.4.3 精馏塔的控制方案227

7.4.4 复杂控制和新型控制方案在精馏塔中的应用231

7.5 化学反应器的控制232

7.5.1 化学反应器的控制要求和被控变量的选择233

7.5.2 化学反应器的基本控制策略234

7.5.3 几种典型反应器的控制方案234

本章小结237

思考与练习238

第8章 控制系统工程设计241

8.1 工程设计的基本知识241

8.1.1 工程设计的基本任务和设计步骤241

8.1.2 工程设计的内容242

8.1.3 自控系统工程设计的方法243

8.2 控制方案及工艺控制流程图的设计244

8.2.1 工程设计的图例符号244

8.2.2 控制方案的设计250

8.2.3 工艺控制流程图的绘制254

8.3 控制系统的设备选择256

8.3.1 仪表自动化设备的选型256

8.3.2 检测仪表的选择257

8.3.3 显示控制仪表的选型257

8.3.4 自控设备表260

8.4 仪表盘正面布置图和背面电气接线图260

8.4.1 仪表盘正面布置图260

8.4.2 仪表盘背面电气接线图264

8.5 其他设计文件简介269

本章小结272

思考与练习272

附录A 工艺流程图上常用设备和机器图例符号274

附录B 工艺流程图上常用物料代号276

附录C 工艺流程图上管道、管件、阀门及附件图例符号277

附录D 过程控制范例——识读工业锅炉工艺控制流程图278

附录E 某自控设计的自控设备表（表一）（部分）279

附录F 某自控设计的自控设备表（表二）（部分）280

参考文献281