普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材：过程控制系统与仪表 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

王再英，刘淮霞，陈毅静 著

图书标签:

• 过程控制
• 自动化
• 仪表
• 电气信息
• 控制系统
• 高等教育
• 教材
• 十一五规划
• 工业自动化
• 传感器

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111183082

版次：1

商品编码：12328406

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：胶版纸

页数：333

字数：527000

正文语种：中文

内容简介

　　《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材：过程控制系统与仪表》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材。基于仪表与过程控制系统的新发展和工程应用，《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材：过程控制系统与仪表》在深入分析过程控制中常用（温度、压力、流量、液位、成分）检测仪表、控制仪表／可编程序控制器、执行器及本安防爆技术的基础上，讨论了过程动态特性与建模、单回路控制系统设计与参数整定、复杂控制系统（串级、前馈、比值、均匀、分程、选择、大延迟补偿、解耦控制）的分析与设计；简要介绍了先进控制技术（自适应控制、预测控制、模糊控制、推理控制、专家控制、仿人控制）的相关内容；对DDC系统、DCS系统进行了较为系统的论述，简单讨论了现场总线技术、控制网络的现状及发展趋势。最后对两类典型过程控制系统实例进行了深入分析。全书共10章，每章均附有思考题与习题。
　　《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材：过程控制系统与仪表》可作为自动化专业及石化、电力、轻工等专业的教材或参考书，也可供工业控制工程技术人员参考。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 过程控制的特点
1．2 过程控制的发展概况
1．2 ，1过程控制装置与系统的发展
1．2．2 过程控制策略与算法的发展
1．3 过程控制系统分类及其性能指标
1．3．1 过程控制系统的分类
1．3．2 过程控制系统的性能指标
思考题与习题

第2章 检测仪表
2．1 检测仪表的基本技术指标
2．2 温度检测及仪表
2．2．1 温度检测方法
2．2．2 热电偶
2．2．3 热电阻
2．2．4 集成温度传感器
2．2．5 温度显示与记录
2．2．6 温度变送器
2．3 压力检测及仪表
2．3．1 压力检测的方法
2．3．2 弹性式压力计
2．3．3 电气式压力计
2．3．4 智能式差压变送器
2．4 流量检测及仪表
2．4．1 流量的基本概念
2．4．2 差压式流量计
2．4．3 转子流量计
2．4．4 靶式流量计
2．4．5 椭圆齿轮流量计
2．4．6 涡轮流量计
2．4．7 电磁流量计
2．4．8 旋涡式流量计
2．4．9 超声波流量计
2．5 物位检测及仪表
2．5．1 概述
2．5．2 差压式液位变送器
2．5．3 电容式物位变送器
2．5．4 超声波液位计
2．6 成分检测及仪表
2．6．1 氧化锆氧量计
2．6．2 气相色谱分析仪
2．6．3 红外线气体分析仪
2．6．4 工业酸度计
思考题与习题

第3章 控制仪表
3．1 基本控制规律及特点
3．1．1 双位控制
3．1．2 比例控制（P）
3．1．3 比例积分控制（PI）
3．1．4 比例微分控制
3．1．5 比例积分微分控制
3．2 模拟式控制器
3．2．1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点
3．2．2 DDZ-Ⅲ型控制器的组成与操作
3．2．3 全刻度指示调节器的线路实例
3．3 数字式PID控制器
3．3．1 SLPC单回路可编程调节器的电路原理
3．3．2 SLPC的数字控制算法
3．3．3 SLPC单回路可编程调节器的用户程序
3．3．4 用户程序的写入和调试
3．4 可编程逻辑控制器
3．4．1 PLC的主要组成
3．4．2 PLC的内部等效继电器电路
3．4．3 PLC的编程语言
思考题与习题

第4章 执行器及安全栅
4．1 执行器
4．1 ，1气动调节阀
4．1．2 电／气转换器
4．1．3 阀门定位器
4．1．4 电／气阀门定位器
4．1．5 电动调节阀
4．1．6 智能式调节阀
4．2 安全栅
4．2．1 安全防爆的基本概念
4．2．2 安全火花防爆系统
4．2．3 安全栅的工作原理
思考题与习题

第5章 被控过程的数学模型
5．1 被控过程数学模型的作用与要求
5．2 建立被控过程数学模型的方法
5．3 机理法建模
5．3．1 机理法建模的基本原理
5．3．2 单容过程建模
5．3．3 多容过程建模
5．4 测试法建模
5．4．1 阶跃响应曲线法建模
5．4．2 测定动态特性的频域法
5．4．3 测定动态特性的统计相关分析法
5．4．4 最小二乘法建立被控过程的数学模型
思考题与习题

第6章 简单控制系统的设计与参数整定
6．1 简单控制系统的结构与组成
6．2 简单控制系统设计
6．2．1 过程控制系统方案设计的基本要求、主要内容与设计步骤
6．2．2 被控参数与控制变量的造择
6．2．3 检测环节、执行器及调节器正负作用选择
6．3 调节规律对控制品质的影响与调节规律选择
6．3．1 调节规律对控制品质影响的分析
6．3．2 调节规律的选择
6．4 调节器参数的工程整定方法
6．4．1 稳定边界法
6．4．2 衰减曲线法
6．4．3 响应曲线法
6．4．4 经验法
6．4．5 几种工程整定方法的比较
6．5 简单控制系统设计实例
6，5．1 生产过程概述
6．5．2 控制方案设计
6．5．3 调节器参数整定
思考题与习题
……

第7章 复杂控制系统
第8章 先进过程控制技术
第9章 计算机控制系统
第10章 过程控制系统应用实例

附录
参考文献

前言/序言

　　过程控制是自动化技术的重要分支，在石化、电力、冶金、轻工等连续型生产过程中有着广泛的应用。近年来，过程控制技术本身及其应用领域得到了迅速发展。无论是在现代复杂工业生产过程中，还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着非常重要的作用。
　　“过程控制系统与仪表”是自动化专业的主要专业课程之一。本书以“系统、简洁、全面、新颖、实用”的原则，系统介绍了过程控制系统与仪表的理论、技术及工程应用。通过本书的教学，学生可以全面了解和掌握各类典型过程控制系统的组成、各个环节的工作原理以及相关理论与技术最新的发展状况，使学生初步掌握仪表选型、系统设计的基本原理与方法，并对过程控制技术的最新发展有一个比较全面的了解。全书在章节安排上，力求层次清晰、各部分内容系统、完整和整体次序上的合理衔接，以便于阅读理解。
　　全书共分10章，参考教学时数为60学时。第1章绪论，第2章检测仪表，第3章控制仪表（含‘PLC），第4章执行器与安全栅，第5章被控过程的数学模型，第6章简单控制的系统设计与参数整定，第7章复杂控制系统（包括串级、前馈、大滞后、比值、均匀、分程、选择及解耦控制），第8章先进过程控制技术，对自适应控制、预测控制、专家控制、模糊控制、神经网络控制、推理控制、仿人控制的基本原理进行了简单介绍，第9章计算机控制系统，对DDC系统、DCS和现场总线技术与FCS、工业控制网络现状进行了简单讨论，第10章过程控制系统应用实例，对精馏塔过程控制系统和工业锅炉控制系统进行了比较深入的分析、讨论。每章后均附有思考题和习题。
　　第1、6、7、8、10章由王再英编写，第2、3、4章由陈毅静编写，第9章由刘淮霞编写，第5章由刘淮霞、王再英共同编写。全书由王再英主编定稿。西安交通大学原自动控制系主任、博导施仁教授仔细审阅了书稿，提出了全面、具体的书面修改意见和建议，并提供了相应的资料；西安科技大学杨世兴教授审阅了书稿，并提出了许多宝贵的意见和建议，他们的意见和建议对本书的完善与提高发挥了极为重要的作用，我们在此对施教授、杨教授表示诚挚的感谢。另外，研究生孙静、王明芳同学参加了本书部分文字处理工作，在此表示衷心感谢。
　　在多年从事过程控制系统与仪表的各项工程、技术工作以及相关的教学工作中，曾得到许多专家、老师、朋友的帮助与支持；在本书编写过程中广泛参考了许多专家、学者的文章著作以及相关技术文献，作者在此一并表示衷心感谢。
　　由于水平有限，书中存在缺点、错误在所难免，恳请广大读者批评指正。
　　本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材。

探索工业自动化前沿：过程控制系统与仪表深度解析 在现代工业生产中，高效、精准、安全的自动化控制是提升生产力、保障产品质量、降低运营成本的关键。从石油化工、电力能源到食品制药、冶金建材，几乎所有流程型工业都离不开精密的过程控制系统（PCS）和仪表（Instrumentation）。它们如同工业的“神经系统”和“感官”，实时监测生产过程的各项参数，并根据预设的指令进行调节，确保生产流程的稳定、优化与安全运行。 本书旨在深入剖析过程控制系统与仪表的核心原理、设计理念、实际应用及发展趋势，为广大从事工业自动化、电气工程、自动化仪表等领域的工程技术人员、研究者以及相关专业的高校学生提供一本全面而深入的参考。我们将从基础概念出发，循序渐进地探讨复杂的技术细节，力求内容详实，案例丰富，兼具理论深度与实践指导意义。 第一部分：过程控制系统的基石——理论与概念 本部分将为读者构建一个坚实的理论基础。我们将从过程控制的基本概念入手，详细阐述过程控制的目的、特点以及在现代工业中的重要性。接着，深入探讨系统辨识，这是理解和建立过程模型的前提，包括不同辨识方法的原理、优缺点及应用场景。在此基础上，我们将详细讲解PID（比例-积分-微分）控制原理，这是目前应用最广泛的控制算法。我们将不仅介绍PID控制的理论模型，更会深入剖析P、I、D参数的物理意义、作用机理以及它们如何协同工作以达到最优控制效果。对于PID参数的整定，我们将系统介绍包括经验整定法、 Ziegler-Nichols法、内模控制（IMC）法等在内的多种经典及现代整定方法，并结合实例分析不同方法的适用性。 此外，本部分还将涵盖先进控制策略，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制和模型预测控制（MPC）等。这些先进控制方法能够应对传统PID控制难以处理的非线性、时变、多变量等复杂系统，有效提升控制系统的性能。我们将深入分析这些控制策略的原理，并探讨它们在特定工业过程中的优势与应用潜力。 第二部分：洞察工业肌体——过程测量仪表 仪表是过程控制系统获取信息的“眼睛”和“耳朵”。本部分将聚焦于各种过程测量仪表，对其原理、结构、选型、安装及维护进行详尽的介绍。 温度测量仪表： 从基本的电阻温度计（RTD）和热电偶，到红外测温仪和光纤温度传感器，我们将详细讲解它们的工作原理、性能指标、适用范围及常见的应用场景。特别地，我们将分析不同温度传感器在恶劣工况下的选择考量，以及温度变送器的功能与特点。 压力测量仪表： 涵盖压力变送器、压力开关、差压变送器等。我们将深入讲解基于应变片、压阻式、电容式等不同原理的压力传感器，并分析它们在测量不同介质（液体、气体）和不同压力范围（绝压、表压、差压）时的优缺点。 流量测量仪表： 这是过程控制中最常见且关键的测量之一。我们将系统介绍容积式流量计、速度式流量计（如涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计）以及质量式流量计（如科里氏力流量计、质量流量计）。对于每种流量计，我们将详细解析其工作原理、精度、适用介质、安装要求及维护要点，并探讨在复杂工况下（如含颗粒物、高粘度、导电性差等）的流量测量挑战与解决方案。 物位测量仪表： 针对液体、固体物料的连续测量和界位测量，我们将介绍浮球式、电容式、超声波式、雷达式、磁致伸缩式、核辐射式等多种物位仪表。我们将分析它们在不同介质、不同容器形状和不同工况下的适用性，并重点介绍现代雷达和超声波物位测量技术的最新发展。 其他关键仪表： 除了上述仪表，我们还将介绍密度计、粘度计、pH计、电导率计、液位开关、安全仪表系统（SIS）中常用的安全阀、安全联锁装置等。 第三部分：连接与执行——变送器、执行器与通信 本部分将聚焦于将测量信号转化为可控信号，并将控制指令传递给过程设备的桥梁——变送器、执行器以及现场总线技术。 信号变送与隔离： 详细阐述各类信号变送器的功能，包括将传感器输出的非标准信号（如毫伏、电阻）转换为标准的工业信号（如4-20mA、HART信号），以及信号隔离器在防止共模干扰、接地环路中的作用。 执行器： 这是控制系统实现调节动作的关键。我们将重点介绍阀门执行器（包括电动、气动、液动执行器），详细分析它们的结构、工作原理、选型依据（如流量特性、密封性能、响应速度等），以及调节阀的流量特性（等百分比、线性）和在过程控制中的重要作用。同时，还将介绍变频器等在驱动电机、调节转速方面的应用。 工业通信技术： 随着工业自动化的深入，现场通信的重要性日益凸显。我们将详细介绍HART协议、FF（Foundation Fieldbus）、Profibus、Modbus等主流现场总线技术，分析它们的通信机制、网络结构、优点与缺点，以及在实现仪表和控制设备互联互通、数据共享方面的关键作用。我们将探讨这些通信技术如何支持分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的集成，并实现更高级的数据采集、诊断和管理功能。 第四部分：集成与应用——控制系统架构与实际案例 本部分将把前三部分的内容融会贯通，从系统集成和实际应用的角度，深入探讨过程控制系统的设计、实施与优化。 控制系统架构： 我们将介绍集中式控制、分布式控制（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）等典型的控制系统架构。对于DCS和PLC，我们将详细阐述其构成、功能模块（如CPU、I/O模块、通信模块、组态软件），以及它们在不同规模和复杂度的工业过程中的适用性。 过程控制系统的设计与实施： 从系统需求分析、仪表选型与配置、控制策略设计、系统组态与编程到现场调试与验收，我们将提供一个完整的流程指导。我们将强调安全仪表系统（SIS）在保障生产安全中的关键作用，以及 SIL（Safety Integrity Level）的评估和应用。 典型工业过程控制案例分析： 为了让读者更直观地理解过程控制系统的应用，我们将精选多个典型工业过程，如炼油化工装置的连续催化重整过程、火电厂的锅炉汽包水位控制、制药企业的发酵罐温度与pH值控制、食品行业的CIP（就地清洗）系统等。通过对这些案例的深入分析，我们将展示如何根据具体工艺流程和控制目标，选择合适的仪表和控制策略，并最终实现高效、稳定、安全的生产。 过程控制系统的优化与维护： 随着生产的运行，控制系统的性能可能会发生漂移或下降。本部分将探讨性能监测、故障诊断、参数优化以及预防性维护的重要性。我们将介绍如何利用历史数据和先进的分析工具，对控制系统进行持续的优化，以适应生产需求的变化，并最大化其经济效益。 第五部分：未来展望 最后，我们将对过程控制系统与仪表领域的未来发展趋势进行展望。这包括工业物联网（IIoT）、大数据分析、人工智能（AI）在过程控制中的应用，以及数字化孪生、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）等新兴技术对工业自动化带来的变革。我们将探讨这些技术如何进一步提升过程控制系统的智能化水平，实现更精细化的生产管理和预测性维护，为工业4.0时代的到来奠定坚实基础。 本书力求内容全面，涵盖过程控制系统与仪表领域的关键技术与应用。通过理论讲解、原理剖析、案例分析相结合的方式，我们希望能够帮助读者深入理解这一复杂而重要的学科，并将其应用于实际工作中，为推动我国工业自动化水平的不断提升贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

最近在研究工业物联网（IIoT）的应用，发现这本书中关于网络通信和现场总线的部分，竟然也能给我一些启发。书中对各种现场总线，如HART、Profibus、Foundation Fieldbus等进行了详细的比较和分析，包括它们的通信速率、拓扑结构、支持的设备类型等等。虽然书中侧重的年代可能稍早于最新的IIoT技术，但它对工业通信的底层原理和发展脉络的梳理，为理解当前各种工业以太网和无线通信协议打下了坚实的基础。我尤其关注了书中关于数据采集和传输的讨论，这与IIoT中的数据互联互通有着直接的联系。这本书不仅是关于过程控制系统本身的，更是关于整个工业自动化信息流动的基石，让我看到了不同技术领域之间的内在联系。

评分☆☆☆☆☆

我主要关注的是这本书关于高级控制策略的部分。虽然PID控制已经是工业界的“老朋友”，但书中对模型预测控制（MPC）和模糊逻辑控制的介绍，让我耳目一新。MPC的部分，书中通过一个简化的化工过程模型，详细阐述了其基本思想，包括滚动优化和约束处理。我特别喜欢书中关于MPC如何处理多变量耦合和动态延迟的讲解，这对于一些复杂的耦合系统来说，无疑是更优的选择。模糊逻辑控制的部分，书中用生动的例子解释了模糊规则的构建和模糊推理的过程，感觉比传统的数学模型控制更加直观易懂，尤其适合那些模型难以精确建立的系统。虽然书中对这些高级控制策略的数学推导部分比较密集，但总体而言，它为我打开了一扇了解更先进控制技术的大门。

评分☆☆☆☆☆

最近在学习数字信号处理，正好看到这本书里有关于采样、量化和编码的内容，就顺便翻了翻。虽然这本书的侧重点是过程控制系统，但它对这些基础概念的阐述，可以说是非常严谨和深入的。它详细讲解了奈奎斯特采样定理，并从数学上推导了采样频率与信号带宽的关系，这一点我觉得对于理解数字系统至关重要。关于量化误差的部分，书中也给出了不同量化策略的优缺点分析，并且用图示的方式清晰地展示了量化过程中信息的损失。虽然书中没有直接涉及具体的DSP算法，但它为理解这些算法背后的原理打下了坚实的基础。我觉得这本书在理论知识的梳理上做得非常到位，尤其适合那些需要深入理解数字处理背后原理的读者。它不是一本教你如何“做”的书，而是一本让你“懂”的书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚入职的现场仪表工程师，我一直想找到一本能够系统性地梳理仪表原理和应用的书。这本书的第二部分，关于各种执行器和阀门的介绍，对我来说简直是及时雨。书中详细介绍了电动阀、气动阀、液压阀的工作原理，以及它们在不同工况下的选择标准。我特别关注了关于阀门流量特性的章节，书中对等百分比、线性等特性的描述，以及如何根据工艺需求选择合适的阀门特性，给了我很大的启发。此外，书中关于仪表接地、防爆、防护等级等实际工程应用中的重要考虑因素，也讲得很具体，很多内容都是我在工作中遇到但一时难以找到清晰解释的。这本书的实用性很强，很多内容可以直接应用到实际工作中，帮助我更好地理解和维护现场仪表。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在太厚重了，我拿在手里感觉沉甸甸的，光是目录就看得我眼花缭乱。虽然我一直对工业自动化领域很感兴趣，也知道过程控制是重中之重，但翻开第一页，那密密麻麻的专业术语和复杂的公式就让我有点望而却步。书中关于各种传感器的原理和选型部分，讲得细致入微，让我了解到原来我们平时接触到的温度计、压力计背后有这么多学问。可是，当我试图理解那些关于PID控制的详细推导时，感觉大脑容量瞬间被榨干。书中的图表很多，有些看起来很直观，但有些配的文字解释又太过简略，我常常需要反复对照才能勉强理解。总的来说，这本书更像是给已经有一定基础的工程师或者研究生准备的，对于我这种初学者来说，可能需要先打好更扎实的数学和物理基础，否则真的会看得非常吃力。希望未来能有更通俗易懂的导读，或者结合更多实际案例的讲解，这样会更容易入门。