過程控制系統(tǒng)及工程

前言

生產(chǎn)過程控制技術(shù)近年來發(fā)展異常迅速，隨著生產(chǎn)過程的連續(xù)化、大型化和不斷強(qiáng)化，隨著對(duì)過程內(nèi)在規(guī)律的進(jìn)一步了解，以及儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它獲得了更大的進(jìn)展。因此，有關(guān)過程控制技術(shù)的論著、教材紛紛問世，人們從各種不同的應(yīng)用角度，力圖更為系統(tǒng)地對(duì)這門學(xué)科進(jìn)行論述和探討。可以說在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，過程控制已獨(dú)樹一幟。在這種情況下，要想在一本書中，尤其是在一本學(xué)時(shí)數(shù)有限的教材中，把過程控制技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容全面地包括進(jìn)去，已是很難實(shí)現(xiàn)的事情了。針對(duì)這一現(xiàn)實(shí)，本書編寫的宗旨是，把目前在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較成熟的控制系統(tǒng)和控制方案作為重點(diǎn)內(nèi)容，進(jìn)行較為系統(tǒng)的闡述，從基本理論分析，到生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)施，深入淺出，一一探討。而以往包含在過程控制中的有些內(nèi)容，諸如系統(tǒng)辨識(shí)、過程動(dòng)態(tài)學(xué)、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、新型控制系統(tǒng)（預(yù)測、推斷控制等）、計(jì)算機(jī)控制與集散系統(tǒng)等，因它們已各自自成體系，因此再把它們?cè)敿?xì)編寫到本書中，不僅篇幅膨脹，難以容納，而且在各高等院校已就上述內(nèi)容分別開設(shè)了相應(yīng)的課程，并已有各自的教學(xué)用書，已無必要再捏合在這一本書中。我們認(rèn)為，這樣處理將更能使本書線索清晰，條理分明，便于學(xué)習(xí)和掌握。本書可作為工業(yè)自動(dòng)化、檢測技術(shù)及儀器儀表等專業(yè)本科生、函授、夜大等教材。本書并有如下的特點(diǎn)。首先，各章節(jié)選材合理，需要研討的問題都有完整的交待，能幫助讀者建立一個(gè)系統(tǒng)的概念，全面正確地掌握各知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，適當(dāng)運(yùn)用控制理論加以論證，進(jìn)行必要的定量或定性分析。對(duì)工程性的內(nèi)容則側(cè)重從物理概念上予以解釋?？紤]到本書涉及的是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，許多知識(shí)只有通過親自動(dòng)手實(shí)踐，才能真正掌握，所以本書盡量把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合到各有關(guān)章節(jié)中去。由于我校自動(dòng)化教研室開發(fā)研制的微型液位實(shí)驗(yàn)裝置被不少院校所采用，因此在本書中結(jié)合微型液位實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的、方法等內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)慕榻B，還是有價(jià)值的。此外，在每個(gè)章節(jié)的后面都附有習(xí)題、思考題，以加深和鞏固學(xué)習(xí)效果。全書共分兩篇，第一篇過程控制系統(tǒng)，對(duì)在工業(yè)過程中常用的或較為成熟的控制系統(tǒng)作比較詳細(xì)的討論，對(duì)近年來出現(xiàn)的一些新型控制系統(tǒng)也進(jìn)行了一定的介紹，使讀者熟悉并能靈活應(yīng)用各類控制系統(tǒng)。第二篇過程控制工程，結(jié)合石油、化工、熱電、輕工等工業(yè)過程中具有代表性的典型單元操作過程，從被控過程的特性、基本控制方案到新型控制方式作簡明扼要的敘述，為讀者確定生產(chǎn)過程的控制方案打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。全書共十四章，其中第一、二、六、七、九、十章為周慶海編寫，第三、四、五、八、十一、十二、十三、十四章為翁維勤編寫，各章節(jié)所附思考題及習(xí)題由周慶海編輯。由于編者水平所限，在內(nèi)容選刪、組織及編寫上，難免有不妥之處，請(qǐng)讀者予以指正。

內(nèi)容概要

　　《過程控制系統(tǒng)及工程(第3版)》共分兩篇14篇。第一篇過程控制系統(tǒng)，對(duì)工業(yè)過程中常用的或較為成熟的控制系統(tǒng)作了比較詳細(xì)的討淪，對(duì)近年來出現(xiàn)的新型控制系統(tǒng)作了扼要的介紹。第-篇過程控制工程，結(jié)合石化，化工，熱電，輕上等工業(yè)過程中典型操作單元，從被控過程的特性，基本方案到新型控制方式，作了簡明的敘述?！　　哆^程控制系統(tǒng)及工程(第3版)》由淺入深，重點(diǎn)突出，選材精煉，便于自學(xué)，適合作為工業(yè)自動(dòng)化、檢測技術(shù)及儀器儀表專業(yè)的本科生.函大，夜大的教材，也可作為工程師繼續(xù)教育的參考書。

書籍目錄

第1篇 過程控制系統(tǒng) 第1章 單回路反饋控制系統(tǒng)1.1 單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2 被控變量的選擇1.3 對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.3.1 干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響1.3.2 控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響1.3.3 操縱變量的選擇1.4 控制閥的選擇1.4.1 控制閥口徑大小的選擇1.4.2 控制閥開、閉形式的選擇1.4.3 控制閥流量特性的選擇1.4.4 控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇1.4.5 閥門定位器的選用1.5 測量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.5.1 測量滯后的影響1.5.2 信號(hào)傳送滯后的影響1.5.3 克服測量、傳送滯后的辦法1.6 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.6.1 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響1.6.2 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響1.6.3 控制規(guī)律的選擇1.7 系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)及其影響1.7.2 分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法1.7.3 削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法1.8 單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定1.8.1 控制系統(tǒng)的投運(yùn)1.8.2 控制系統(tǒng)的整定本章思考題及習(xí)題第2章 串級(jí)控制系統(tǒng)2.1 概述2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施2.2.1 用電動(dòng)Ⅲ型、儀表構(gòu)成串級(jí)控制方案2.2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施2.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)和整定2.3.1 串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)2.3.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的工程整定方法2.4 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2.5 串級(jí)系統(tǒng)副回路的設(shè)計(jì)本章思考題及習(xí)題第3章 比值控制系統(tǒng)3.1 概述57 3.2 比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1 開環(huán)比值控制系統(tǒng)3.2.2 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)3.2.3 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)3.2.4 其他類型的比值控制3.3 比值系數(shù)的計(jì)算3.3.1 流量與測量信號(hào)呈線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算3.3.2 流量與測量信號(hào)呈非線性關(guān)系時(shí)的計(jì)算3.4 比值控制方案的實(shí)施3.4.1 兩類實(shí)施方案3.4.2 比值控制方案實(shí)施舉例3.4.3 比值控制系統(tǒng)中非線性環(huán)節(jié)的影響3.4.4 比值控制系統(tǒng)中的信號(hào)匹配問題3.5 比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6 比值控制系統(tǒng)的其他問題3.6.1 流量測量中的壓力、溫度的校正3.6.2 主、副流量的動(dòng)態(tài)比值問題3.6.3 具有邏輯規(guī)律的比值控制3.6.4 副流量供料不足時(shí)的自動(dòng)配比3.6.5 主動(dòng)量與從動(dòng)量的選擇本章思考題及習(xí)題第4章 均勻控制系統(tǒng)4.1 均勻控制問題的提出及特點(diǎn)4.2 均勻控制方案4.2.1 常用的幾種結(jié)構(gòu)形式4.2.2 控制規(guī)律的選擇4.2.3 參數(shù)整定4.3 均勻控制系統(tǒng)的理論分析4.4 其他需要說明的問題4.4.1 氣體壓力與流量的均勻控制4.4.2 實(shí)現(xiàn)均勻控制的其他方法本章思考題及習(xí)題第5章 前饋控制系統(tǒng)5.1 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)5.2 前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結(jié)構(gòu)形式5.2.1 單純的前饋控制系統(tǒng)5.2.2 前饋-反饋控制系統(tǒng)5.2.3 前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)5.3 前饋控制規(guī)律的實(shí)施5.4 前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用5.5 前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定5.5.1 Kf的整定5.5.2 T1、T2的整定5.6 多變量前饋控制5.6.1 由工藝機(jī)理建立多變量前饋控制模型5.6.2 以線性疊加為基礎(chǔ)建立多變量前饋控制方程5.6.3 多輸入-多輸出的多變量前饋控制系統(tǒng)本章思考題及習(xí)題第6章 選擇性控制系統(tǒng)6.1 概述6.2 選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用6.2.1 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)6.2.2 連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)6.2.3 混合型選擇性控制系統(tǒng)6.3 選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.4 積分飽和及其防止措施6.4.1 積分飽和的產(chǎn)生及其危害性6.4.2 抗積分飽和措施本章思考題及習(xí)題第7章 分程及閥位控制系統(tǒng)7.1 分程控制系統(tǒng)7.1.1 概述7.1.2 分程控制的應(yīng)用場合7.1.3 分程控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定7.1.4 分程閥總流量特性的改善7.2 閥位控制系統(tǒng)7.2.1 概述7.2.2 閥位控制系統(tǒng)的應(yīng)用7.2.3 閥位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及整定本章思考題及習(xí)題第8章 非線性控制系統(tǒng)8.1 線性過程的非線性控制8.1.1 液位的非線性控制8.1.2 線性過程的其他非線性控制8.2 非線性過程的非線性控制8.2.1 pH控制過程的非線性控制8.2.2 反應(yīng)器的非線性控制本章思考題及習(xí)題第9章 新型控制系統(tǒng)9.1 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)9.1.1 純滯后補(bǔ)償原理9.1.2 純滯后補(bǔ)償控制的效果9.1.3 史密斯補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)9.2 按計(jì)算指標(biāo)及推斷控制系統(tǒng)9.2.1 按計(jì)算指標(biāo)的控制系統(tǒng)9.2.2 推斷控制系統(tǒng)9.3 解耦控制系統(tǒng)9.3.1 關(guān)聯(lián)系統(tǒng)解耦條件9.3.2 解耦控制方案9.3.3 解耦控制應(yīng)用實(shí)例9.4 預(yù)測控制系統(tǒng)9.4.1 模型算法控制(MAC)9.4.2 動(dòng)態(tài)矩陣控制本章思考題及習(xí)題第2篇 過程控制工程 第10章 流體輸送設(shè)備的控制10.1 泵的常規(guī)控制10.1.1 離心泵的控制方案10.1.2 容積式泵的控制方案10.2 壓縮機(jī)的常規(guī)控制方案10.3 離心式壓縮機(jī)的防喘振控制10.3.1 喘振現(xiàn)象及原因10.3.2 防喘振控制系統(tǒng)10.3.3 壓縮機(jī)串、并聯(lián)運(yùn)行及防喘振控制10.4 壓縮機(jī)緊急停車系統(tǒng)10.5 長輸管線的控制本章思考題及習(xí)題第11章 傳熱設(shè)備的控制11.1 概述11.1.1 傳熱設(shè)備的類型11.1.2 傳熱設(shè)備的控制要求11.2 傳熱設(shè)備的特性11.2.1 傳熱設(shè)備的靜態(tài)特性11.2.2 傳熱設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性11.3 一般傳熱設(shè)備的控制11.3.1 換熱器的控制11.3.2 蒸汽加熱器的控制11.3.3 冷凝冷卻器的控制11.4 鍋爐設(shè)備的控制11.4.1 概述11.4.2 鍋爐汽包水位的控制11.4.3 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制11.4.4 鍋爐燃燒過程的控制11.5 加熱爐的控制11.5.1 采用壓力平衡式控制閥(浮動(dòng)閥)的控制11.5.2 特殊溫度-流量串級(jí)控制系統(tǒng)11.6 蒸發(fā)器的控制11.6.1 蒸發(fā)器產(chǎn)品濃度的控制11.6.2 蒸發(fā)器其他相關(guān)參數(shù)的控制本章思考題及習(xí)題第12章 精餾塔的控制12.1 概述12.1.1 精餾原理12.1.2 精餾塔的主要干擾因素12.1.3 精餾塔的控制要求12.2 精餾塔的特性12.2.1 精餾塔的靜態(tài)特性12.2.2 精餾塔的動(dòng)態(tài)特性12.3 精餾塔被控變量的選擇12.3.1 采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標(biāo)12.3.2 采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)12.3.3 用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟葏?shù)作為間接指標(biāo)12.4 精餾塔的整體控制方案12.4.1 傳統(tǒng)的物料平衡控制12.4.2 質(zhì)量指標(biāo)反饋控制12.4.3 按兩端質(zhì)量指標(biāo)控制12.4.4 串級(jí)、均勻、比值、前饋等控制系統(tǒng)在精餾塔中的應(yīng)用12.4.5 精餾塔塔壓的控制12.5 精餾塔的新型控制方案12.5.1 內(nèi)回流、熱焓控制12.5.2 解耦控制12.5.3 推斷控制12.5.4 精餾塔的節(jié)能控制12.5.5 精餾塔的最優(yōu)控制本章思考題及習(xí)題第13章 化學(xué)反應(yīng)器的控制13.1 概述13.1.1 化學(xué)反應(yīng)器的類型13.1.2 化學(xué)反應(yīng)器的控制要求13.2 反應(yīng)器的特性13.3 反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性分析13.3.1 反應(yīng)器靜態(tài)工作點(diǎn)的熱穩(wěn)定性13.3.2 開環(huán)不穩(wěn)定、閉環(huán)穩(wěn)定的條件13.4 反應(yīng)器的基本控制方案13.4.1 反應(yīng)器的溫度控制13.4.2 反應(yīng)器的進(jìn)料流量控制13.4.3 反應(yīng)器的壓力控制13.5 反應(yīng)器的新型控制方案13.5.1 聚合釜的溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)13.5.2 具有壓力補(bǔ)償?shù)姆磻?yīng)釜溫度控制13.5.3 變換爐的最優(yōu)控制13.5.4 連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器的自適應(yīng)控制13.5.5 乙烯裂解爐的先進(jìn)控制本章思考題及習(xí)題第14章 間歇生產(chǎn)過程控制14.1 間歇生產(chǎn)過程的特點(diǎn)14.1.1 不連續(xù)性14.1.2 非穩(wěn)態(tài)14.1.3 不確定性14.1.4 共享資源處理14.1.5 配方（Recipe）及其管理14.2 間歇生產(chǎn)過程的控制14.2.1 間歇生產(chǎn)過程的控制要求14.2.2 間歇過程的控制功能14.2.3 間歇過程的控制模型14.2.4 間歇過程的控制表述方式14.2.5 間歇過程的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)14.2.6 間歇過程控制系統(tǒng)的選型14.3 間歇生產(chǎn)過程的操作和調(diào)度優(yōu)化14.3.1 間歇生產(chǎn)過程的優(yōu)化操作14.3.2 間歇生產(chǎn)過程的調(diào)度優(yōu)化本章思考題及習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.8.2控制系統(tǒng)的整定（1）系統(tǒng)整定的目的所謂控制系統(tǒng)的整定，就是對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過控制器參數(shù)（δ、Ti、TD）的調(diào)整，使得系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量取決于對(duì)象特性、控制方案、干擾的形式和大小，以及控制器參數(shù)的整定等各種因素。一旦系統(tǒng)按所設(shè)計(jì)的方案安裝就緒，對(duì)象特性與干擾位置等基本上都已固定下來，這時(shí)系統(tǒng)的質(zhì)量主要取決于控制器參數(shù)的整定。合適的控制器參數(shù)會(huì)帶來滿意的控制效果，不合適的控制器參數(shù)會(huì)使系統(tǒng)質(zhì)量變壞。但是，決不能因此而認(rèn)為控制器參數(shù)整定是“萬能的”。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來說，如果對(duì)象特性不好，控制方案選擇得不合理，或是儀表選擇和安裝不當(dāng)，那么無論怎樣整定控制器參數(shù)，也是達(dá)不到質(zhì)量指標(biāo)要求的。因此，只能說在一定范圍內(nèi)（方案設(shè)計(jì)合理、儀表選型安裝合適），控制器參數(shù)整定合適與否，對(duì)控制質(zhì)量具有重要的影響。有一點(diǎn)必須加以說明，那就是對(duì)于不同的系統(tǒng)，整定的目的、要求可能是不一樣的。例如，對(duì)于定值控制系統(tǒng)，一般要求過渡過程呈4：1的衰減變化；而對(duì)于比值控制系統(tǒng)，則要求整定成振蕩與不振蕩的邊界狀態(tài)；對(duì)于均勻控制系統(tǒng)，則要求整定成幅值在一定范圍內(nèi)變化的緩慢的振蕩過程。這些都將在以后分別給予介紹。對(duì)于單回路控制系統(tǒng)，控制器參數(shù)整定的要求就是通過選擇合適的控制器參數(shù)（δ、Ti、TD），使過渡過程呈現(xiàn)4：1衰減過程?？刂破鲄?shù)整定的方法很多，歸結(jié)起來可分為兩大類：一類是理論計(jì)算方法，另一類是工程整定方法。從控制原理知道，對(duì)于一個(gè)具體的控制系統(tǒng)，只要質(zhì)量指標(biāo)規(guī)定了下來，又知道了對(duì)象的特性，那么，通過理論計(jì)算的方法（微分方程法、頻率法、根軌跡法、M圓法等）就可以計(jì)算出控制器的最佳參數(shù)。但是，由于對(duì)象特性的測試方法和測試技術(shù)的未盡完善，石油、化工對(duì)象的可變性，往往使對(duì)象特性難以測得，或者即使測得，但是所得到的對(duì)象特性數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確可靠，且因計(jì)算方法一般都比較繁瑣，工作量大，耗時(shí)較多，因此，長期以來這種理論計(jì)算方法在工程實(shí)踐中沒有得到推廣和應(yīng)用。然而，隨著計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，控制器參數(shù)整定的理論計(jì)算方法將會(huì)不斷地得到應(yīng)用和推廣。

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《過程控制系統(tǒng)及工程(第3版)》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

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