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序
目次
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本書從當前生產過程自動化工程的實際需要和過程控制的實際操作技能出發，在介紹過程控制的基本概念、自動控制原理的基礎上，重點介紹了過程控制儀表的類型及特點、過程對象的建模方法、簡單過程控制系統的設計分析與安裝調試、集散控制系統及現場總線控制系統的應用等問題。
本書根據高職高專學生培養目標的特點，在理論知識“適度、夠用”的原則下，突出應用，盡量避免繁瑣的公式推導；對儀表的調校、使用、故障分析處理和維護等實踐性很強的知識進行了詳細闡述，以增強學生分析問題和解決問題的能力；在每章的開始扼要提出了本章主要知識點及學習要求，除第1章外，在其他各章的后面增加了相關實訓內容，便于培養學生的實踐操作技能。
本書可作為高職高專院校自動化類相關專業的專業課教材，也可供相關專業的師生和工程技術人員參考。
本書根據高職高專學生培養目標的特點，在理論知識“適度、夠用”的原則下，突出應用，盡量避免繁瑣的公式推導；對儀表的調校、使用、故障分析處理和維護等實踐性很強的知識進行了詳細闡述，以增強學生分析問題和解決問題的能力；在每章的開始扼要提出了本章主要知識點及學習要求，除第1章外，在其他各章的后面增加了相關實訓內容，便于培養學生的實踐操作技能。
本書可作為高職高專院校自動化類相關專業的專業課教材，也可供相關專業的師生和工程技術人員參考。
名人/編輯推薦
《教育部高等職業教育示范專業規劃教材:過程控制與自動化儀表》從當前生產過程自動化工程的實際需要和過程控制的實際操作技能出發，在介紹過程控制的基本概念、自動控制原理的基礎上，重點介紹了過程控制儀表的類型及特點、過程對象的建模方法、簡單過程控制系統的設計分析與安裝調試、集散控制系統及現場總線控制系統的應用等問題。《教育部高等職業教育示范專業規劃教材:過程控制與自動化儀表》可作為高職高專院校自動化類相關專業的專業課教材，也可供相關專業的師生和工程技術人員參考。
序
“過程控制與自動化儀表”是一門涉及控制理論、計算機技術、信息獲取與處理技術及自動化儀表等多領域理論及方法的課程，是高職高專自動化類專業的一門專業核~課。對自動化類專業畢業生從事過程控制及儀器儀表的安裝、維護、使用有著非常重要的作用。
本書遵循高職高專自動化類專業人才培養目標，立足于培養高端技能型專門人才，本著理論“適度、夠用”的原則，對教材內容進行了整合。將自動控制原理的相關內容融入過程控制教學內容中，并進行了簡化。全書共分七章：第1章是緒論，主要介紹了過程控制系統的組成及分類、控制系統品質指標等；第2章是自動控制基本原理，主要介紹了對象建模的方法、使用計算機輔助分析軟件MA丁LAB對控制系統進行時域及頻域分析的方法；第3章是控制規律，主要介紹了典型的控制規律及特點；第4章是過程參數檢測與變送，主要介紹了溫度、壓力、流量及物位測量儀表的類型、選用及安裝調校方法；第5章是過程控制裝置，主要介紹了過程控制調節器的種類及使用方法、執行器的類型及使用方法；第6章是過程控制系統，主要介紹了簡單控制系統設計及參數整定方法、復雜控制系統的簡介及典型控制單元的控制方案；第7章是過程計算機控制系統，主要介紹了計算機控制系統中的集散控制系統及現場總線控制系統的體系結構及組建方法。書中內容既介紹了典型的傳統控制方法和裝置，以使學生建立基本的概念，使知識能漸進銜接；同時又介紹了新技術、新方法’使知識結構適應現代科學技術發展和生產的需要。
本書緊緊圍繞高等職業教育技能培養的要求，突出實踐性、實用性和先進性。除第1章外，其他各章后均配以相應的實訓環節，力求理論和實踐密切結合，為實現控制理論與生產實踐結合的教學過程提供了相應的教學資源。
本書每章附有與內容相關的思考題與習題，以幫助學生消化和鞏固課內學習的內容。
本書由九江職業技術學院倪志蓮、龔素文任主編，并對全書進行統稿，參加本書編寫的還有九江職業技術學院嚴春平老師、浙江天煌科技實業有限公司李新工程師和西門子自動化驅動集團工程師謝韋。其中，第1—3章由嚴春平老師編寫，第4、5章及附錄由龔素文老師編寫，第6章由倪志蓮老師編寫，第7章由李新工程師編寫；謝韋工程師提供了大量相關技術資料并參與資料整理。安徽電氣工程職業技術學院程蓓擔任主審，并提出了許多寶貴意見和建議，在此表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中疏漏之處在所難免，在此懇請廣大專家和讀者給予批評和指正。
編者
本書遵循高職高專自動化類專業人才培養目標，立足于培養高端技能型專門人才，本著理論“適度、夠用”的原則，對教材內容進行了整合。將自動控制原理的相關內容融入過程控制教學內容中，并進行了簡化。全書共分七章：第1章是緒論，主要介紹了過程控制系統的組成及分類、控制系統品質指標等；第2章是自動控制基本原理，主要介紹了對象建模的方法、使用計算機輔助分析軟件MA丁LAB對控制系統進行時域及頻域分析的方法；第3章是控制規律，主要介紹了典型的控制規律及特點；第4章是過程參數檢測與變送，主要介紹了溫度、壓力、流量及物位測量儀表的類型、選用及安裝調校方法；第5章是過程控制裝置，主要介紹了過程控制調節器的種類及使用方法、執行器的類型及使用方法；第6章是過程控制系統，主要介紹了簡單控制系統設計及參數整定方法、復雜控制系統的簡介及典型控制單元的控制方案；第7章是過程計算機控制系統，主要介紹了計算機控制系統中的集散控制系統及現場總線控制系統的體系結構及組建方法。書中內容既介紹了典型的傳統控制方法和裝置，以使學生建立基本的概念，使知識能漸進銜接；同時又介紹了新技術、新方法’使知識結構適應現代科學技術發展和生產的需要。
本書緊緊圍繞高等職業教育技能培養的要求，突出實踐性、實用性和先進性。除第1章外，其他各章后均配以相應的實訓環節，力求理論和實踐密切結合，為實現控制理論與生產實踐結合的教學過程提供了相應的教學資源。
本書每章附有與內容相關的思考題與習題，以幫助學生消化和鞏固課內學習的內容。
本書由九江職業技術學院倪志蓮、龔素文任主編，并對全書進行統稿，參加本書編寫的還有九江職業技術學院嚴春平老師、浙江天煌科技實業有限公司李新工程師和西門子自動化驅動集團工程師謝韋。其中，第1—3章由嚴春平老師編寫，第4、5章及附錄由龔素文老師編寫，第6章由倪志蓮老師編寫，第7章由李新工程師編寫；謝韋工程師提供了大量相關技術資料并參與資料整理。安徽電氣工程職業技術學院程蓓擔任主審，并提出了許多寶貴意見和建議，在此表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中疏漏之處在所難免，在此懇請廣大專家和讀者給予批評和指正。
編者
目次
前言
第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 開環與閉環的概念2
1.2.1 開環控制系統2
1.2.2 閉環控制系統3
1.3 過程控制系統的組成4
1.4 過程控制系統的分類和品質指標6
1.4.1 過程控制系統的分類6
1.4.2 過程控制系統的過渡過程7
1.4.3 過程控制系統的品質指標8
1.5 過程控制系統的特點與要求9
1.5.1 過程控制系統的特點9
1.5.2 過程控制系統的要求10
1.6 MATLAB軟件11
1.6.1 MATLAB界面簡介11
1.6.2 MATLAB軟件的基本概念及操作12
1.6.3 MATLAB軟件在控制系統中的應用實例14
1.7 課程定位與學習方法15
思考題與習題15
第2章 自動控制基本原理17
2.1 自動控制系統的數學模型17
2.1.1 微分方程17
2.1.2 傳遞函數18
2.1.3 系統框圖23
2.1.4 典型環節的傳遞函數和功能框24
2.1.5 框圖的變換與化簡27
2.1.6 用MATLAB實現系統模型的連接29
2.2 典型被控對象的特性及建模30
2.2.1 單容對象的特性及建模30
2.2.2 雙容對象的特性及建模32
2.2.3 時滯對象的特性及建模33
2.2.4 實驗法建立被控對象的數學模型34
2.3 自動控制系統的基本分析方法35
2.3.1 時域分析法35
2.3.2 頻率特性法45
2.4 MATLAB的仿真軟件Simulink及其應用57
2.4.1 Simulink仿真軟件簡介57
2.4.2 用Simulink建立系統模型及仿真59
2.5 實訓62
2.5.1 MATLAB仿真簡單操作62
2.5.2 單容自衡水箱液位特性的測試63
思考題與習題64
第3章 控制規律68
3.1 控制系統的校正68
3.1.1 校正的概念68
3.1.2 校正的方式68
3.1.3 常用校正裝置69
3.1.4 校正應用舉例69
3.2 位式控制72
3.3 比例控制73
3.3.1 比例控制規律及其特點73
3.3.2 比例度74
3.3.3 比例度對過渡過程的影響74
3.4 積分控制75
3.4.1 積分控制規律及其特點75
3.4.2 比例積分控制規律與積分時間76
3.4.3 積分時間對系統過渡過程的影響78
3.5 微分控制78
3.5.1 微分控制規律及其特點78
3.5.2 比例微分控制規律及微分時間79
3.5.3 比例微分控制系統的過渡過程80
3.6 比例積分微分控制80
3.7 控制系統Simulink輔助設計分析81
3.8 實訓Simulink仿真實驗85
思考題與習題85
第4章 過程參數檢測與變送87
4.1 過程參數檢測儀表概述87
4.1.1 傳感器與變送器87
4.1.2 檢測儀表的信號制與傳輸方式88
4.1.3 誤差的概念及表述90
4.1.4 變送器的量程調整、零點調整和零點遷移92
4.1.5 檢測儀表的分類93
4.2 溫度檢測儀表94
4.2.1 概述95
4.2.2 熱電偶96
4.2.3 熱電阻101
4.2.4 溫度變送器103
4.2.5 溫度測量儀表的選擇和安裝103
4.3 壓力檢測儀表105
4.3.1 概述106
4.3.2 壓力計108
4.3.3 壓力傳感器109
4.3.4 壓力變送器111
4.3.5 壓力計的選擇與安裝113
4.4 流量檢測儀表114
4.4.1 概述115
4.4.2 差壓式流量計116
4.4.3 轉子流量計118
4.4.4 其他流量計120
4.4.5 流量檢測儀表的選擇123
4.5 物位檢測儀表124
4.5.1 概述124
4.5.2 差壓式液位計125
4.5.3 其他物位檢測儀表126
4.6 實訓129
4.6.1 壓力變送器的認識與調校129
4.6.2 認識渦輪流量計130
思考題與習題131
第5章 過程控制裝置132
5.1 控制器132
5.1.1 基地式調節器和自力式調節器132
5.1.2 電動單元式調節器134
5.1.3 數字式控制器138
5.2 執行器144
5.2.1 氣動執行器145
5.2.2 電動執行器152
5.3 其他輔助儀表158
5.3.1 電-氣轉換器158
5.3.2 閥門定位器159
5.3.3 安全火花防爆系統及安全柵160
5.4 實訓166
5.4.1 DDZ.Ⅲ型基型調節器的認識及調校166
5.4.2 AI系列人工智能調節儀的認識及參數設置168
5.4.3 電動調節閥特性測試171
思考題與習題172
第6章 過程控制系統173
6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制173
6.1.1識圖基礎174
6.1.2識圖練習178
6.2 簡單控制系統179
6.2.1 簡單控制系統的組成179
6.2.2 過程控制系統的設計概念180
6.2.3 簡單控制系統控制方案的設計181
6.2.4 簡單控制系統的投運和控制器參數的工程整定184
6.3 復雜控制系統188
6.3.1 串級控制系統188
6.3.2 均勻控制系統192
6.3.3 比值控制系統194
6.3.4 前饋控制系統195
6.3.5 其他控制系統197
6.4 典型單元控制方案的分析與設計200
6.4.1 流體輸送設備的控制方案200
6.4.2 傳熱設備的控制方案203
6.4.3 精餾塔的控制方案207
6.4.4 反應器的控制方案209
6.5 實訓211
6.5.1 單容水箱液位定值控制系統211
6.5.2 水箱液位串級控制系統213
思考題與習題215
第7章 過程計算機控制系統217
7.1 計算機控制系統概述217
7.1.1 計算機控制簡述217
7.1.2 計算機控制系統的分類218
7.2 集散控制系統220
7.2.1 集散控制系統的基本概念220
7.2.2 集散控制系統的結構221
7.2.3 HOLLiAS.MACS集散控制系統223
7.3 現場總線控制系統238
7.3.1 現場總線控制系統概述238
7.3.2 幾種主要現場總線簡介241
7.3.3 現場總線系統246
7.4 實訓252
7.4.1 單閉環流量定值DCS控制252
7.4.2 水箱液位PROFIBUS開環控制254
思考題與習題256
附錄 258
附錄 AS型熱電偶分度表258
附錄 BK型熱電偶分度表258
參考文獻260
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