本书共13章，阐述了过程控制系统的结构、原理、特点、设计及应用等问题，探讨了流程工业典型生产单元控制方案的工程设计、系统调试与运行分析。方法篇（第1～5章）详细介绍了过程特性、检测仪表、执行器和常用控制系统；应用篇（第6～10章）讲解了流体输送设备、传热设备、锅炉设备、精馏塔、化学反应器等典型单元的控制方案设计与应用；设计篇（第11～13章）讲解了过程控制工程设计以及化工过程设计实例与模拟仿真系统开发实例。全书内容丰富，覆盖面广，理论联系实际，为便于学习与理解，提供了丰富的习题。 本书可作为高校自动化专业的过程控制教材，也可作为流程工业工程技术人员和管理人员的自学用书，还可作为高等院校本专科相关专业师生的参考用书。 (本书责任编辑邮箱：jinacmp@163.com)

前言
第1章绪论1
1.1概述1
1.2过程控制的研究对象和目标2
1.3过程控制的发展和趋势2
1.4过程控制系统的国内外应用现状3
1.5过程控制系统的发展趋势4
第2章过程检测仪表6
2.1概述6
2.1.1检测误差6
2.1.2仪表的性能指标7
2.2温度检测9
2.2.1温度的检测方法9
2.2.2热电偶10
2.2.3热电阻13
2.2.4热电偶、热电阻的选用13
2.3流量检测14
2.3.1流量的检测方法14
2.3.2质量流量计15
2.3.3容积式流量计16
2.3.4差压式流量计16
2.3.5速度式流量计19
2.3.6流量仪表的选用21
2.4压力检测22
2.4.1压力的表示方法22
2.4.2常用压力检测仪表23
2.4.3压力表的选用25
2.5物位检测26
2.5.1物位检测的方法27
2.5.2常用的物位检测仪表27
2.5.3物位检测仪表的选用32
2.6成分和物性参数的检测32
2.6.1热导式气体成分检测32
2.6.2磁导式含氧量检测33
2.6.3红外气体分析仪34
2.6.4气相色谱仪34
2.7变送器35
2.7.1量程迁移和零点迁移35
2.7.2温度变送器36
2.7.3差压变送器39
习题41
第3章执行器43
3.1执行器的构成原理43
3.1.1气动执行器43
3.1.2电动执行机构45
3.1.3调节阀45
3.1.4执行器的气开与气关46
3.2流量特性46
3.2.1理想流量特性47
3.2.2压降比对流量特性的影响48
3.3控制阀口径的确定49
3.3.1控制阀流量系数Kv的计算50
3.3.2控制阀口径的确定步骤50
3.4阀门定位器50
3.4.1电气阀门定位器51
3.4.2阀门定位器的作用51
3.5气动薄膜控制阀的选用52
3.5.1控制阀结构形式及材质的选择52
3.5.2控制阀流量特性的选择53
3.5.3气动薄膜控制阀的安装和使用56
习题56
第4章简单控制系统57
4.1控制系统的组成与性能指标57
4.1.1控制系统的组成57
4.1.2控制系统的性能指标58
4.2典型的过程动态特性与建模61
4.2.1典型的过程动态特性61
4.2.2过程特性对控制性能指标的
影响63
4.2.3过程动态模型的建立64
4.3控制器的模拟控制算法65
4.3.1比例控制算法66
4.3.2比例积分控制算法67
4.3.3比例微分控制算法69
4.3.4模拟PID控制算法71
4.3.5PID参数整定71
4.4简单控制系统的工程设计与实现74
4.4.1控制系统运行的重要准则74
4.4.2被控变量与操作变量的选择74
4.4.3控制规律及控制器作用方向
的选择75
4.4.4简单控制系统的计算机实现
过程76
4.4.5简单控制系统的投运77
习题78
第5章常用复杂控制系统80
5.1串级控制系统80
5.1.1串级控制系统的基本原理和
结构80
5.1.2串级控制系统的性能分析81
5.1.3串级控制系统的设计与工程
应用82
5.1.4串级控制系统控制器的参数
整定84
5.2均匀控制系统85
5.2.1均匀控制系统的基本原理和
结构85
5.2.2均匀控制系统的控制规律选
择及参数整定87
5.3前馈控制系统88
5.3.1前馈控制系统的基本原理和
性能分析88
5.3.2前馈控制的实例90
5.3.3前馈控制系统的设计与工程
应用91
5.4比值控制系统93
5.4.1比值控制系统的基本原理、结构
和性能分析93
5.4.2比值控制方案的实施95
5.4.3比值控制系统的设计和工程
应用96
5.5分程控制系统97
5.5.1分程控制系统的基本原理、结构
和性能分析97
5.5.2分程控制系统的设计和工程
应用99
5.6选择性控制系统100
5.6.1选择性控制系统的基本原理100
5.6.2选择性控制系统的基本结构和
性能分析101
5.6.3选择性控制系统与其他控制系
统的结合102
5.6.4选择性控制系统的设计和工程
应用105
5.7双重控制系统106
5.7.1双重控制系统的基本原理和
结构106
5.7.2双重控制系统的性能分析和
应用实例106
5.7.3双重控制系统的设计和工程
应用108
习题109
第6章流体输送设备的控制111
6.1泵和压缩机的控制111
6.1.1离心泵的控制111
6.1.2容积式泵的控制113
6.1.3风机的控制114
6.1.4压缩机的控制115
6.1.5变频器调速控制116
6.2离心压缩机的防喘振控制117
6.2.1离心压缩机的喘振117
6.2.2离心压缩机防喘振控制系统的
设计118
6.2.3实例分析123
习题124
第7章传热设备的控制126
7.1传热设备的特性126
7.1.1换热器静态特性的基本
方程式126
7.1.2换热器传热过程的动态
特性127
7.2对象的动态数学模型128
7.3控制方案的确定131
7.4复杂控制系统134
习题136
第8章锅炉设备的控制138
8.1锅炉锅筒水位的控制139
8.1.1锅炉锅筒水位的动态特性139
8.1.2锅炉锅筒水位的控制及应用
示例140
8.2蒸汽过热系统的控制143
8.3锅炉燃烧控制系统144
习题147
第9章精馏塔的控制149
9.1概述149
9.1.1精馏塔的控制目标149
9.1.2精馏塔的扰动分析151
9.2精馏塔的特性152
9.2.1物料平衡和内部物料平衡152
9.2.2能量平衡154
9.2.3进料浓度zF和流量F对产品
质量的影响155
9.3精馏塔被控变量的选择157
9.3.1采用温度作为间接质量指标157
9.3.2采用压力补偿的温度作为间接
质量指标158
9.4精馏塔的基本控制159
9.4.1产品质量的开环控制159
9.4.2按精馏段指标的控制161
9.4.3按提馏段指标的控制163
9.4.4精馏塔的塔压控制163
9.5复杂控制系统在精馏塔中的应用165
9.5.1串级控制165
9.5.2前馈反馈控制166
9.5.3选择性控制166
9.6精馏塔的节能控制169
习题175
第10章化学反应器的控制176
10.1化学反应过程特性176
10.1.1化学反应器的类型176
10.1.2化学反应速度177
10.1.3化学平衡178
10.1.4转化率179
10.1.5转化率对反应速度的影响179
10.2化学反应器的基本控制180
10.2.1化学反应器的控制要求180
10.2.2出料成分的控制181
10.2.3反应过程间接质量控制183
10.2.4pH控制184
10.2.5化学反应器的推断控制185
10.2.6稳定外围的控制186
10.3典型化学反应过程的控制系统
设计示例188
习题190
第11章过程控制工程设计与实例
分析191
11.1基础知识191
11.2设计原则200
11.3实施步骤201
11.3.1项目确定与合同签订阶段202
11.3.2初步设计与详细设计阶段203
11.3.3仿真调试与安装运行阶段207
11.3.4资料归档与项目验收阶段209
11.4化工过程控制系统210
11.4.1化工过程控制系统设计210
11.4.2工程化设计的具体步骤210
第12章化工过程设计实例212
案例1醋酸甲酯水解过程控制工程
设计212
12.1工程设计的内容212
12.2醋酸甲酯制醋酸的工艺流程212
12.3控制方案设计214
12.3.1控制目标与要求214
12.3.2灵敏板位置确定214
12.3.3控制自由度分析215
12.3.4控制系统设计方法215
12.4醋酸甲酯水解工艺控制系统动态
模拟218
12.4.1ASPEN稳态模拟系统218
12.4.2稳态模拟转到动态模拟220
12.4.3控制方案动态模拟220
12.5自控仪表与阀门选型224
12.5.1自控仪表的选型224
12.5.2控制阀的选取226
12.6控制系统软件组态的实现226
12.6.1浙大中控DCS软件226
12.6.2I/O点设置226
12.6.3控制方案的组态实现228
12.6.4监控组态画面设计228
12.6.5组态调试232
12.6.6仪表供配电与电控系统设计232
案例2年产8万t甲基丙烯酸甲酯过程
控制方案工程设计233
12.7项目设计概况233
12.8工艺流程介绍233
12.8.1叔丁醇合成工段234
12.8.2甲基丙烯醛合成工段235
12.8.3甲基丙烯酸甲酯合成及
精制工段236
12.8.4甲醇回收工段237
12.9工艺流程分析238
12.9.1叔丁醇合成工段238
12.9.2甲基丙烯醛合成工段239
12.9.3甲基丙烯酸甲酯合成及精制
工段240
12.9.4甲醇回收工段242
12.10厂级过程控制方案的设计242
12.10.1设计依据243
12.10.2集散控制系统(DCS)243
12.10.3安全仪表系统（SIS）243
12.10.4现场总线控制系统
(FCS)244
12.10.5紧急停车系统（ESD）244
12.10.6控制系统的确定244
12.11自控仪表的选型245
12.11.1仪表的选用原则245
12.11.2主要仪表的选用245
12.11.3仪表电源246
12.11.4仪表气源246
12.12设备控制方案246
12.12.1泵的基本控制方案246
12.12.2压缩机的控制方案247
12.12.3换热器的控制方案249
12.12.4反应器系统的控制方案254
12.12.5气液分离器的控制方案254
12.12.6塔设备的控制方案256
12.13复杂控制方案257
12.13.1单闭环比值控制257
12.13.2分程控制257
12.14紧急停车系统（ESD）259
12.15安全仪表系统(SIS)设计259
12.15.1SIS简介259
12.15.2SIS设计260
第13章仿真平台实训263
案例1三水箱仿真实验系统的设计
与开发263
13.1三水箱仿真实验系统263
13.2三水箱数学模型的建立264
13.3基于Simulink的三水箱系统264
13.3.1对象仿真平台搭建265
13.3.2开环特性测试267
13.4控制方案设计与参数整定270
13.4.1闭环控制系统设计270
13.4.2PID控制器参数整定271
13.4.3闭环系统动态特性测试272
13.5三水箱仿真实验监控系统设计273
13.5.1力控组态软件平台搭建273
13.5.2OPC方式MCGS与MATLAB的
数据交换274
13.5.3曲线显示276
13.5.4报警显示278
案例2加氢反应制环己胺反应过程控制
系统设计280
13.6化学反应过程机理模型280
13.6.1化学反应过程特性280
13.6.2苯胺加氢反应过程机理模型281
13.7过程控制方案设计282
13.7.1传统控制策略设计282
13.7.2控制策略改进283
13.7.3阀门选型285
13.7.4控制阀正反作用的选择285
13.8控制系统程序实现与测试285
13.8.1开环对象模型建立285
13.8.2串级控制策略实现288
13.8.3控制系统抗扰动能力测试290
13.9WinCC监控系统设计292
13.9.1OPC技术292
13.9.2WinCC与MATLAB的OPC
互连292
13.9.3WinCC过程监控系统293
案例3基于TE过程的系统仿真与
分析293
13.10TE过程工艺过程分析294
13.10.1TE过程工艺分析294
13.10.2TE过程仿真平台295
13.11TE过程控制策略设计297
13.11.1控制方案297
13.11.2TE过程模型测试299
13.12TE过程仿真平台过程监控系统
设计301
13.12.1MCGS与Excel之间的通信301
13.12.2MCGS与MATLAB之间的
通信302
13.12.3力控与Excel之间的通信304
参考文献306