石油化工自動化及儀錶（第2版）/高等學校電子信息類專業係列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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許秀，肖軍，王莉 著

圖書標籤:

• 石油化工
• 自動化
• 儀錶
• 電子信息
• 高等教育
• 教材
• 工業自動化
• 過程控製
• 傳感器
• 儀器儀錶

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302464280

版次：2

商品编码：12149474

包装：平装

丛书名： 高等学校电子信息类专业系列教材

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：373

字数：603000

正文语种：中文

編輯推薦

　　本書凝聚瞭多位資深教師數年的教學與科研經驗，力爭滿足石油化工類專業的教學需求。全書從石油工程的角度，培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程設計的能力。
　　（1）易教易學：不但在敘述方式上力求深入淺齣、圖文並茂；而且配套給齣瞭大量例題與習題，以及“教學建議”和“教學課件（PPT）”，便於教學與自學。
　　（2）結構完整：全書分4篇（19章）分彆介紹瞭自動控製基礎、參數檢測及儀錶、控製儀錶及裝置和過程控製技術。
　　（3）認知規律：從認識和理解的規律齣發，將抽象問題形象化，將數學問題工程化，將孤立問題係統化，充分把握學習規律，提高教學效率。
　　（4）技術前沿：側重隻是的覆蓋廣度，吸收瞭當前應用於石油化工工業的新自動化及儀錶的技術成果。

內容簡介

　　本書全麵係統地介紹瞭應用於石油化工領域的測控儀錶係統及過程控製技術的基礎知識。
　　全書共分為四篇第一篇自動控製基礎知識，共3章，主要介紹瞭自動控製的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇參數檢測及儀錶，共7章，主要介紹瞭檢測儀錶的基礎知識，石油化工生産過程中主要工藝參數溫度、壓力、流量、物位及成分等常用檢測儀錶，現代檢測技術。第三篇控製儀錶及裝置，共5章，主要介紹瞭控製儀錶及裝置，包括模擬控製器、數字控製器、可編程控製器（PLC）、集散控製係統（DCS）、現場總綫及控製係統和執行器。第四篇過程控製係統，共4章，主要介紹瞭過程控製技術，包括簡單控製和復雜控製係統，新型控製係統和石油加工典型設備的自動控製。
　　本書從石油化工工程的角度齣發，在介紹傳統自動控製與儀錶基礎知識的同時，注重與實際應用相結閤，同時，對新係統、新裝置、新方法進行瞭闡述。配套給齣瞭大量例題與習題，教學建議和教學課件，便於教學與自學。在敘述方式上力求深入淺齣、圖文並茂。本書注重培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力。
　　本書可作為高等學校石油化工和儲運類專業等非自動化專業本、專科生及研究生教材，也可作為石油化工行業各類工程技術人員的參考用書。

內頁插圖

目錄

*篇自動控製基礎知識
第1章緒論
1.1石油化工自動化的意義及主要內容
1.1.1石油化工自動化的意義
1.1.2石油化工自動化的發展概況
1.1.3非自動化專業人員學習自動化知識的意義
1.1.4石油化工自動化的主要內容
1.2自動控製係統的基本組成
1.3自動控製係統的圖形錶示
1.3.1自動控製係統方框圖
1.3.2工藝管道及儀錶流程圖
1.4自動控製係統的分類
1.4.1按信號的傳遞路徑分類
1.4.2按給定值的性質分類
1.4.3按係統的數學模型分類
1.4.4按係統傳輸信號的性質分類
1.4.5其他分類方法
思考題與習題
第2章自動控製係統的基本要求及性能指標
2.1自動控製係統的基本要求
2.2自動控製係統的靜態與動態
2.3自動控製係統的過渡過程
2.4自動控製係統的性能指標
思考題與習題
第3章被控對象特性與數學模型
3.1石油化工對象的特點及其描述方法
3.2對象數學模型的建立
3.2.1機理分析法建模
3.2.2實驗法建模
3.2.3混閤法建模
3.3描述對象特性的參數
3.3.1放大係數K
3.3.2時間常數T
3.3.3滯後時間τ
思考題與習題
第二篇參數檢測及儀錶
第4章檢測儀錶基礎知識
4.1測量過程和測量誤差
4.1.1絕對誤差
4.1.2相對誤差
4.1.3基本誤差與附加誤差
4.2檢測儀錶基本概念及性能指標
4.2.1測量範圍、上下限及量程
4.2.2零點遷移和量程遷移
4.2.3靈敏度、分辨率及分辨力
4.2.4綫性度
4.2.5精度和精度等級
4.2.6死區、滯環和迴差
4.2.7反應時間
4.2.8重復性和再現性
4.2.9可靠性
4.2.10穩定性
思考題與習題
第5章溫度檢測及儀錶
5.1溫度檢測方法及溫標
5.1.1溫度及溫度檢測方法
5.1.2溫標
5.2常用溫度檢測儀錶
5.2.1膨脹式溫度計
5.2.2熱電偶溫度計
5.2.3熱電阻溫度計
5.3溫度檢測儀錶的選用及安裝
5.3.1溫度檢測儀錶的選用
5.3.2溫度檢測儀錶的安裝
思考題與習題
第6章壓力檢測及儀錶
6.1壓力及壓力檢測方法
6.1.1壓力的定義及單位
6.1.2壓力的錶示方法
6.1.3壓力檢測的主要方法及分類
6.2常用壓力檢測儀錶
6.2.1液柱式壓力計
6.2.2活塞式壓力計
6.2.3彈性式壓力計
6.2.4壓力傳感器
6.2.5力平衡式差壓（壓力）變送器
6.3壓力檢測儀錶的選擇及校驗
6.3.1壓力檢測儀錶的選擇
6.3.2壓力檢測儀錶的校驗
6.4壓力檢測係統
6.4.1取壓點位置和取壓口形式
6.4.2引壓管路的鋪設
6.4.3壓力檢測儀錶的安裝
思考題與習題
第7章流量檢測及儀錶
7.1流量的概念及單位
7.2流量檢測方法及流量計分類
7.3體積流量檢測方法
7.3.1容積式流量計
7.3.2差壓式流量計
7.3.3速度式流量計
7.4質量流量檢測方法
7.4.1間接式質量流量測量方法
7.4.2直接式質量流量計
7.5流量標準裝置
7.5.1液體流量標準裝置
7.5.2氣體流量標準裝置
思考題與習題
第8章物位檢測及儀錶
8.1物位的定義及物位檢測儀錶的分類
8.1.1物位的定義
8.1.2物位檢測儀錶的分類
8.2常用物位檢測儀錶
8.2.1靜壓式物位檢測儀錶
8.2.2浮力式物位檢測儀錶
8.2.3其他物位檢測儀錶
8.3影響物位測量的因素
8.3.1液位測量的特點
8.3.2料位測量的特點
8.3.3界位測量的特點
8.4物位檢測儀錶的選型
思考題與習題
第9章成分分析儀錶
9.1成分分析方法及分類
9.1.1成分分析方法
9.1.2成分分析儀錶分類
9.2自動分析儀錶的基本組成
9.3工業常用自動分析儀錶
9.3.1熱導式氣體分析器
9.3.2紅外綫氣體分析器
9.3.3氧化鋯氧分析器
9.3.4氣相色譜分析儀
9.3.5酸度的檢測
9.3.6濕度的檢測
思考題與習題
第10章現代檢測技術
10.1現代傳感器技術的發展
10.2軟測量技術
10.2.1軟測量技術概念
10.2.2軟測量技術分類
10.2.3軟測量技術應用
10.3多傳感器融閤技術
10.4虛擬儀器
思考題與習題
第三篇控製儀錶及裝置
第11章控製儀錶及裝置概述
11.1控製儀錶及裝置的發展概況
11.2控製儀錶及裝置的分類
11.2.1按能源形式分類
11.2.2按信號類型分類
11.2.3按結構形式分類
11.3控製儀錶及裝置的信號製
11.3.1信號標準
11.3.2電動儀錶信號標準的使用
11.4DDZ�並笮塗刂破�
11.4.1DDZ�並笮塗刂破韉奶氐�
11.4.2DDZ�並笮塗刂破韉鬧饕�技術指標
11.4.3DDZ�並笮塗刂破韉淖槌捎氬僮�
思考題與習題
第12章數字控製器
12.1可編程調節器
12.1.1可編程調節器的特點
12.1.2可編程調節器的基本構成
12.1.3可編程調節器的基本算法
12.1.4可編程調節器與DDZ�並笮塗刂破饜閱鼙冉�
12.2可編程序控製器
12.2.1可編程控製器的發展過程及趨勢
12.2.2可編程控製器的特點及分類
12.2.3可編程控製器的基本組成
12.2.4可編程控製器的工作原理
12.2.5可編程控製器的編程語言
思考題與習題
第13章集散控製係統
13.1DCS的組成
13.2DCS的特點
13.3DCS的産生及發展曆程
13.4DCS的硬件體係
13.4.1DCS的硬件體係結構
13.4.2DCS的各級（層）功能
13.4.3DCS的通信設備及功能
13.5DCS的軟件體係
13.5.1DCS的軟件體係構成
13.5.2DCS的控製層軟件
13.5.3DCS的監控層軟件
13.5.4DCS的組態軟件
思考題與習題
第14章現場總綫控製係統
14.1現場總綫控製係統概述
14.1.1現場總綫控製係統的基本概念
14.1.2現場總綫控製係統的本質特徵
14.1.3現場總綫控製係統的發展趨勢
14.2現場總綫控製係統的體係結構
14.2.1現場設備層
14.2.2中間監控層
14.2.3遠程監控層
14.3現場總綫協議
14.4現場總綫控製係統的組成
14.4.1現場智能儀錶
14.4.2監控計算機
14.4.3網絡通信設備
14.4.4監控係統軟件
14.5現場總綫技術的應用
14.5.1幾種有影響的現場總綫
14.5.2ControlNet現場總綫應用
思考題與習題
第15章執行器
15.1概述
15.1.1執行器的構成及工作原理
15.1.2執行器分類及特點
15.1.3執行器的作用方式
15.2執行機構
15.2.1氣動執行機構
15.2.2電動執行機構
15.3調節機構
15.3.1調節閥的工作原理
15.3.2調節閥的作用方式
15.3.3調節閥的結構及特點
15.3.4調節閥的流量係數
15.3.5調節閥的可調比
15.3.6調節閥的流量特性
15.4執行器的選擇和計算
15.4.1執行器結構形式的選擇
15.4.2調節閥流量特性的選擇
15.4.3調節閥口徑的選擇
15.5氣動執行器的安裝和維護
15.6電氣轉換器及閥門定位器
15.6.1電氣轉換器
15.6.2閥門定位器
15.7數字調節閥與智能調節閥
15.7.1數字調節閥
15.7.2智能調節閥
思考題與習題
第四篇過程控製係統
第16章簡單控製係統
16.1簡單控製係統的構成
16.2簡單控製係統的設計
16.2.1被控變量的選擇
16.2.2操縱變量的選擇
16.2.3測量元件特性的影響
16.2.4控製器控製規律的選擇
16.2.5控製器正反作用的確定
16.3簡單控製係統的投運
16.4控製器參數的工程整定
思考題與習題
第17章復雜控製係統
17.1串級控製係統
17.1.1串級控製係統的基本概念
17.1.2串級控製係統的工作過程
17.1.3串級控製係統的特點
17.1.4串級控製係統的設計
17.1.5串級控製係統控製器參數的工程整定
17.1.6串級控製係統的適用場閤
17.2均勻控製係統
17.2.1均勻控製係統的基本概念
17.2.2均勻控製方案
17.3比值控製係統
17.3.1比值控製的基本概念
17.3.2比值控製方案
17.3.3比值控製係統的設計
17.4前饋控製係統
17.4.1前饋控製係統的基本概念
17.4.2前饋控製係統的特點
17.4.3前饋控製係統的主要結構形式
17.4.4前饋控製係統的應用場閤
17.5選擇性控製係統
17.5.1選擇性控製係統的基本概念
17.5.2選擇性控製係統的類型
17.5.3積分飽和現象及其防止措施
17.6分程控製係統
17.6.1分程控製係統的基本概念
17.6.2分程控製方案
17.6.3分程控製係統的應用
17.6.4分程控製應用中的幾個問題
思考題與習題
第18章新型控製係統
18.1自適應控製係統
18.1.1變增益自適應控製係統
18.1.2模型參考自適應控製係統
18.1.3自校正控製係統
18.2預測控製係統
18.2.1預測控製係統的基本結構
18.2.2預測控製係統的特點及其應用
18.3智能控製係統與專傢控製係統
18.3.1智能控製的基本概念
18.3.2智能控製的主要類型
18.3.3專傢控製係統
18.4模糊控製係統
18.4.1模糊控製係統的基本結構
18.4.2模糊控製的方法
18.4.3模糊控製係統的設計
18.5神經元網絡控製
18.5.1人工神經元模型
18.5.2人工神經網絡
18.5.3人工神經網絡在控製中的主要作用
18.5.4神經網絡控製的分類
18.6故障檢測與故障診斷
18.6.1提高控製係統可靠性的主要方法
18.6.2控製係統的主要故障
18.6.3故障檢測和診斷的含義
18.6.4故障檢測和診斷的主要方法
思考題與習題
第19章石油化工典型設備的自動控製
19.1流體輸送設備的控製
19.1.1離心泵的控製
19.1.2往復泵的控製
19.1.3離心式壓縮機的防喘振控製
19.2傳熱設備的控製
19.2.1換熱器的控製
19.2.2加熱爐的控製
19.2.3鍋爐設備的控製
19.3精餾塔的控製
19.3.1精餾塔的控製要求
19.3.2精餾塔的乾擾因素分析
19.3.3精餾塔質量指標的選取
19.3.4精餾塔的基本控製方案
19.4化學反應器的控製
19.4.1化學反應器的控製要求
19.4.2釜式反應器的溫度控製
19.4.3固定床反應器的控製
19.4.4流化床反應器的控製
思考題與習題
附錄A鎳鉻�材�矽熱電偶（K型）分度錶
附錄B鎳鉻�餐�鎳熱電偶（E型）分度錶
附錄C工業用鉑電阻溫度計（Pt100）分度錶
附錄D工業用銅電阻溫度計（Cu100）分度錶
參考文獻

精彩書摘

　　第3章被控對象特性與數學模型
　　自動控製係統由被控對象、測量變送裝置、控製器和執行器組成，係統的控製質量與組成係統的每一個環節的特性都有密切的關係，特彆是被控對象的特性對控製質量的影響很大。本章著重研究被控對象的特性，而所采用的研究方法對研究其他環節的特性也同樣適用。
　　3.1石油化工對象的特點及其描述方法
　　在化工自動化中，常見的對象有各類換熱器、精餾塔、流體輸送設備和化學反應器等，此外，在一些輔助係統中，氣源、熱源及動力設備（如空壓機、輔助鍋爐、電動機等）也可能是需要控製的對象。本章著重研究連續生産過程中各種對象的特性，因此有時也稱研究過程的特性。
　　各種對象韆差萬彆，有的對象操作穩定、操作簡便，有的對象則不然，隻要稍不小心就會超越正常工藝條件，甚至造成事故。有經驗的操作人員，他們往往很熟悉這些對象，隻有充分瞭解和熟悉這些對象，纔能使生産操作得心應手，獲得高産、優質、低消耗。同樣，在自動控製係統中，當采用一些自動化裝置來模擬操作時，首先必須深入瞭解對象的特性，瞭解它的內在規律，纔能根據工藝對控製的要求，設計閤理的控製係統，選擇閤適的被控變量和操縱變量，選用閤適的測量元件及控製器。在控製係統投入運行時，也要根據對象特性選擇閤適的控製器參數（也稱控製器參數的工程整定），使係統正常運行，特彆是一些比較復雜的控製方案設計，例如前饋控製、計算機*優控製等更離不開對象特性的研究。
　　所謂研究對象的特性，就是用數學的方法來描述對象輸入量與輸齣量之間的關係，這種對象特性的數學描述就稱為對象的數學模型。
　　在建立對象數學模型（建模）時，一般將被控變量看作對象的輸齣量，也叫輸齣變量，而將乾擾作用和控製作用看作對象的輸入量，
　　圖3��1對象的輸入輸齣量示意圖
　　也叫輸入變量。乾擾作用和控製作用都是引起被控變量變化的因素，從控製的角度看，
　　輸入變量就是操縱變量（控製變量）和擾動變量，輸齣變量就是被控變量，如圖3��1所示。由對象的輸入變量至輸齣變量的信號聯係稱為通道，控製作用至被控變量的信號聯係稱為控製通道； 乾擾作用至被控變量的信號聯係稱為乾擾通道。在研究對象特性時，應預先指明對象的輸入量是什麼，輸齣量是什麼，因為對於同一個對象，不同通道的特性可能是不同的。
　　要深入瞭解被控對象的性質、特點以及動態特性就離不開數學模型。工業過程的數學模型可分為動態數學模型和靜態數學模型。動態數學模型是錶示輸齣變量與輸入變量之間隨時間而變化的動態關係的數學描述。動態數學模型在對動態過程的分析和控製中起著舉足輕重的作用，可用於各類自動控製係統的設計和分析，以及工藝設計和操作條件的分析和確定。靜態數學模型是描述輸齣變量與輸入變量之間不隨時間而變化的數學關係。可用於工藝設計和*優化等，同時也是考慮控製方案的基礎。靜態與動態是事物特性的兩個側麵，可以這樣說，動態數學模型是在靜態數學模型基礎上的發展，靜態數學模型是對象在達到平衡時的動態數學模型的一個特例。
　　必須指齣，這裏要研究的主要是用於控製的數學模型，它與用於工藝設計與分析的數學模型是不完全相同的，盡管在建立數學模型時，用於控製的和用於工藝設計的可能都是基於同樣的物理和化學規律，它們的原始方程可能都是相同的，但兩者還是有差彆的。
　　用於控製的數學模型一般是在工藝流程的設備尺寸等都已確定的情況下，研究的是對象的輸入變量是如何影響輸齣變量的，即對象的某些工藝變量（如溫度、壓力、流量等）變化以後是如何影響另一些工藝變量的（一般是指被控製變量），研究的目的是為瞭使所設計的控製係統達到更好的控製效果。用於工藝設計的數學模型（一般是靜態的）是在産品規格和産量已經確定的情況下，通過模型的計算，來確定設備的結構、尺寸、工藝流程和某些工藝條件，以期達到*好的經濟效益。
　　數學模型的錶達形式主要有兩大類： 一類是非參量形式，稱為非參量模型； 另一類是參量形式，稱為參量模型。
　　1. 非參量模型
　　當數學模型是采用麯綫或數據錶格等來錶示時，稱為非參量模型。
　　非參量模型可以通過記錄實驗結果來得到，有時也可以通過計算來得到，它的特點是形象、清晰，比較容易看齣其定性的特徵。但是，由於它們缺乏數學方程的解析性質，要直接利用它們來進行係統的分析和設計往往比較睏難，必要時，可以對它們進行一定的數學處理來得到參量模型的形式。
　　由於對象的數學模型描述的是對象在受到控製作用或乾擾作用後被控變量的變化規律，因此對象的非參量模型可以用對象在一定形式的輸入作用下的輸齣麯綫或數據來錶示。根據輸入形式的不同，主要有階躍響應麯綫、脈衝響應麯綫、矩形脈衝響應麯綫、頻率特性麯綫等。這些麯綫一般都可以通過實驗直接得到。
　　2. 參量模型
　　當數學模型是采用數學方程式來描述時，稱為參量模型。
　　對象的參量模型可以用描述對象輸入、輸齣關係的微分方程式、偏微分方程式、狀態方程、差分方程等形式來錶示。
　　對於綫性的集中參數對象，通常可用常係數綫性微分方程來描述，如果以x(t)錶示輸入量，y(t)錶示輸齣量，則對象特性可用下列微分方程式來描述
　　any(n)(t)+an－1y(n－1)(t)+…+a1y′(t)+a0y(t)=x(t)（3��1）
　　一個對象如果可以用一個一階微分方程式來描述其特性（通常稱一階對象），則可錶示為
　　a1y′(t)+a0y(t)=x(t)（3��2）
　　或錶示成
　　Ty′(t)+y(t)=Kx(t)（3��3）
　　式中： T=a1a0，稱為時間常數；
　　K=1a0，稱為放大係數。
　　以上方程式中的係數以及T、K等都可以認為是相應的參量模型中的參量，它們與對象的特性有關，一般需要通過對象的內部機理分析或大量的實驗數據處理纔能得到。
　　3.2對象數學模型的建立
　　工業過程數學模型的錶達方式很多，對它們的要求也各不相同，主要取決於建立數學模型的目的是什麼。在工業控製過程中，建立被控對象的數學模型的目的主要有以下幾種：
　　（1） 進行工業過程優化操作；
　　（2） 控製係統方案的設計和仿真研究；
　　（3） 控製係統的調試和控製器參數的整定；
　　（4） 工業過程的故障檢測與診斷；
　　（5） 製定大型設備啓動和停車操作方案；
　　（6） 設計工業過程操作人員的培訓係統；
　　（7） 作為模型預測控製等先進控製方法的數學模型。
　　隨著工業過程復雜程度的不同。建模的目的各異，對模型的要求也各不相同。相應地，使用建模的方法也是不一樣的。大緻可分為如下幾種。
　　3.2.1機理分析法建模
　　機理建模是根據對象或生産過程的內部機理，列寫齣各種有關的平衡方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、動量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、設備的特性方程、化學反應定律、電路基本定律等，從而獲取對象（或過程）的數學模型，這類模型通常稱為機理模型。應用這種方法建立的數學模型，其*大優點是具有非常明確的物理意義，所得的模型具有很大的適應性，便於對模型參數進行調整。但是，由於化工對象較為復雜，對某些物理、化學變化的機理還不完全瞭解，而且綫性的並不多，加上分布參數元件又特彆多（即參數同時是位置與時間的函數），所以對於某些對象，人們還難以寫齣它們的數學錶達式，或者錶達式中的某些係數還難以確定。
　　機理法建模的具體步驟如下：
　　（1） 根據實際情況確定係統的輸入、輸齣以及中間變量，搞清各變量之間的關係；
　　（2） 做齣閤乎實際的假設，以便忽略一些次要因素，使問題簡化；
　　（3） 根據支配運動特性的基本規律，列齣各部分的原始方程；
　　圖3��2水槽對象示意圖
　　（4） 消去中間變量，寫齣隻有輸入變量和輸齣變量的微分方程；
　　（5） 對微分方程進行標準化處理。
　　1. 一階對象的數學模型
　　下麵通過一些簡單的例子來討論一階對象及積分對象機理建模的方法。
　　1） 水槽對象
　　圖3��2是一個水槽，水經過閥門1不斷地流入水槽，水槽內的水又通過閥門2不斷流齣。工藝上要求水槽的液位h保持一定數值。在這裏，水槽就是被控對象，液位h就是被控變量。如果閥門2的開度保持不變，而閥門1的開度變化是引起液位變化的乾擾因素，那麼，這裏所指的對象特性，就是指當閥門1的開度變化時，液位h是如何變化的。在這種情況下，對象的輸入量是流入水槽的流量Q1，對象的輸齣量是液位h。下麵推導錶徵h與Q1之間的關係的數學錶達式。
　　在生産過程中，*基本的關係是物料平衡和能量平衡。當單位時間流入對象的物料（或能量）不等於流齣對象的物料（或能量）時，錶徵對象物料（或能量）蓄存量的參數就要隨時間而變化，找齣它們之間的關係，就能寫齣描述它們之間關係的微分方程式。因此，列寫微分方程式的依據可錶示為
　　對象物料蓄存量的變化率=單位時間流入對象的物料－單位時間流齣對象的物料
　　式中的物料量也可以錶示為能量。
　　以圖3��2的水槽對象為例，截麵積為A的水槽，當流入水槽的流量Q1等於流齣水槽的流量Q2時，係統處於平衡狀態，即靜態，這時液位h保持不變。
　　假定某一時間Q1有瞭變化，不再等於Q2，於是h也就變化，h的變化與Q1的變化究竟有什麼關係呢？這必須從水槽的物料平衡來考慮，找齣h與Q1的關係，這是推導錶徵h與Q1關係的微分方程式的根據。
　　在用微分方程式來描述對象特性時，往往著眼於一些量的變化，而不注重這些量的初始值，所以下麵在推導方程的過程中，假定Q1、Q2、h都代錶它們偏離初始平衡狀態的變化值。
　　如果在很短一段時間dt內，由於Q1不等於Q2，引起液位變化瞭dh，此時，流入和流齣水槽的水量之差為
　　Q1－Q2=Adhdt（3��4）
　　上式就是微分方程式的一種形式。在這個式子中，還不能一目瞭然地看齣h與Q1的關係。因為在水槽齣水閥2開度不變的情況下，隨著h的變化，Q2也會變化。h越大，靜壓越大，Q2也會越大。也就是說，在式（3��4）中，Q1、Q2、h都是時間的變量，如何消去中間變量Q2，得齣h與Q1的關係式呢？
　　如果考慮變化量很微小（由於在自動控製係統中，各個變量都是在它們的額定值附近做微小的波動，因此這樣的假定是允許的），可以近似認為Q2與h成正比，與齣水閥的阻力係數R2成反比，用式子錶示為
　　Q2=hR2(3��5)
　　將此關係式代入式（3��4），移項整理後可得
　　AR2dhdt+h=R2Q1(3��6)
　　令T=AR2，K=R2代入式（3��6），便有
　　Tdhdt+h=KQ1(3��7)
　　這就是用來描述簡單的水槽對象特性的微分方程式。它是一階常係數微分方程式，式中T稱時間常數，K稱放大係數。
　　2） 直接蒸汽加熱器
　　圖3��3所示為直接蒸汽加熱器，它是將溫度為Tc的冷流體用蒸汽直接加熱，以獲得溫度為Ta的熱流體的簡單換熱對象。其中冷流體的流量為Gc，蒸汽流量為W。
　　圖3��3直接蒸汽加熱器示意圖
　　確定輸齣變量（被控變量）為Ta； 輸入變量為蒸汽流量W、冷流體的流量Gc、冷流體溫度Tc、環境溫度等，它們的變化都會引起Ta的變化。但是從該工藝設備的設計目的和設計思想齣發，Ta的改變是通過W的改變來實現的，因此選擇W作為操縱變量，其餘量如Gc、Tc、環境溫度等均作為乾擾變量。
　　為瞭避免問題復雜化，閤理簡化一些次要擾動變量，而保留對輸齣變量影響*大的輸入變量，即主要擾動變量。在此例中，環境溫度的變化忽略，保留Gc、Tc，其中Gc為該設備的物料處理能力，工藝上稱為設備的負荷。
　　在建模前對問題進行閤理簡化和假設以避免所建立的數學模型過於復雜。假設加熱器內溫度是均勻的； 加熱器的散熱量很小，可忽略不計； 蒸汽噴管和加熱器的熱容很小，忽略不計； Gc、Tc變化不大，近似為常數。
　　作為一個加熱過程，遵循能量守恒定律即
　　單位時間內進入加熱器的能量=單位時間帶齣加熱器的能量
　　+單位時間加熱器內能量的變化量
　　可以分為如下兩種情況：
　　（1） 當加熱器內單位時間能量變化為零時，即所謂靜態情況下，這時Ta保持不變，有下式：
　　Qc+Qs=Qa+Q1(3��8)
　　式中： Qc——單位時間冷流體帶入的熱量；
　　Qs——單位時間蒸汽帶入的熱量；
　　Qa——單位時間熱流體帶齣的熱量；
　　Q1——單位時間加熱器散失的熱量。
　　根據假設，可令Q1=0，於是有
　　Qc+Qs=Qa（3��9）
　　可以得到係統輸入輸齣變量在穩態時的關係式：
　　GcccTc+WH=GacaTa（3��10）
　　式中： H——蒸汽熱焓，為常數；
　　cc、ca——液體比熱容，近似為常數，下麵統一用c錶示。
　　由於熱流體的流量Ga=Gc+W，一般所用W較小，可近似為Ga=Gc，由此可得
　　Ta=Tc+HGacW（3��11）
　　該式描述瞭在靜態情況下被控對象加熱器的工藝參數Ta、Tc、W、Ga之間的關係，它是係統的靜態（穩態）數學模型。
　　（2） 一般從控製角度來說，靜態是相對的，我們更多的是要研究係統的動態數學模型，即加熱器內單位時間能量變化量不為零，有下式：
　　dUdt=Qc+Qs－Qa(3��12)
　　式中： U——加熱器中聚集的熱量，U=VγcTa；
　　V——加熱器的有效容積；
　　γ——流體的密度；
　　Vγc為一常數，用C錶示，即
　　……

前言/序言

　　第2版前言
　　自動控製技術已經廣泛應用於國民經濟的各個領域，尤其是工業生産過程中。在石油化工行業，隨著生産過程的連續化、大型化、復雜化，生産工藝、設備、控製與管理已逐漸成為一個有機的整體。一方麵，從事石油化工過程控製的技術人員必須深入瞭解和熟悉生産工藝與設備；另一方麵，工藝與設備人員必須具有相應的自動化及儀錶方麵的知識，這對於管理與開發現代化石油化工生産過程是非常重要的。本書為石油化工行業專業人員學習自動化及儀錶的基礎知識而編寫。
　　為瞭適應當前我國高等教育跨越式發展的需要，依據“卓越工程師教育培養計劃”，培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的應用型復閤人纔，本書在介紹傳統的自動控製與儀錶基礎知識的同時，注重與實際應用相結閤，同時，對新係統、新裝置、新方法進行瞭闡述。
　　全書分為四篇共計19章。*篇共3章，主要介紹瞭自動控製的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇共7章，主要介紹瞭檢測儀錶的基礎知識，石油化工生産過程中主要工藝參數溫度、壓力、流量、物位及成分等常用檢測儀錶，現代檢測技術。第三篇共5章，主要介紹瞭控製儀錶及裝置，包括模擬控製器、數字控製器、可編程控製器（PLC）、集散控製係統（DCS）、現場總綫及控製係統和執行器。第四篇共4章，主要介紹瞭過程控製技術，包括簡單控製和復雜控製係統，新型控製係統和石油加工典型設備的自動控製。
　　本書由2013年齣版的第1版教材修改和增加相關內容形成。在第1版的基礎上，根據教學需要和實際應用的要求，增加瞭更多的實際應用實例。如在第16章簡單控製係統和第17章復雜控製係統中引入瞭實際應用的例子，使讀者能夠更容易理解相關內容。在第13章集散控製係統的論述中，更加注重DCS控製係統的應用，把理論和實際應用更好地結閤起來。
　　在再版過程中，本書維持瞭原書的整體風格，配套給齣瞭大量例題與習題，教學建議和教學課件，便於教學與自學。在敘述方式上力求深入淺齣、圖文並茂。在全麵係統地介紹應用於石油化工領域的測控儀錶係統及過程控製技術基礎知識的同時，強調從石油化工工程實際應用的角度齣發，培養學生邏輯思維、創新思維與工程思維的能力，提高分析與解決實際工程問題的能力。
　　再版後，本教材能夠更好地滿足石油化工行業各類非自動化專業本、專科生及研究生學習的需求，同時也能更好地滿足相關領域的工程技術人員的工作需求。
　　本書第2版由遼寜石油化工大學許秀、肖軍、王莉、張新玉、黃越洋、翟春艷編寫，許秀任主編，肖軍、王莉任副主編。在這裏謹嚮這些老師及對本書提齣寶貴意見的廣大師生和讀者錶示感謝，並懇切希望大傢繼續對本書提齣寶貴意見。另外，對清華大學齣版社盛東亮編輯為本書付齣的辛勤勞動深錶謝意。
　　由於時間及作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。
　　編者2017年1月
　　第1版前言
　　自動控製技術已經廣泛應用於國民經濟的各個領域，尤其在工業生産過程中。在石油化工行業，隨著生産過程的連續化、大型化、復雜化，生産工藝、設備、控製與管理已逐漸成為一個係統工程。一方麵，從事石油化工過程控製的技術人員必須深入瞭解和熟悉生産工藝與設備； 另一方麵，工藝與設備人員必須具有相應的自動化及儀錶方麵的知識，這對於管理與開發現代化石油化工生産過程是非常重要的。本書正是為石油化工行業各類專業人員學習自動化及儀錶的基礎知識而編寫。
　　為瞭適應當前我國高等教育跨越式發展的需要，依據“卓越工程師教育培養計劃”關於培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的應用型復閤人纔的要求，本書在介紹傳統的自動控製與儀錶基礎知識的同時，注重與實際工程應用相結閤，同時對新係統、新裝置和新方法進行瞭梳理與闡述。
　　全書分為4篇共計19章。*篇共3章，主要介紹瞭自動控製的基本概念、性能指標和要求及對象的特性和數學模型。第二篇共7章，主要介紹瞭檢測儀錶的基礎知識，石油化工生産過程中主要工藝參數（溫度、壓力、流量、物位及成分等）的常用檢測儀錶。第三篇共5章，主要介紹瞭控製儀錶及裝置，包括模擬控製器、數字控製器、集散控製係統（DCS）、現場總綫控製係統和執行器。第四篇共4章，主要介紹瞭過程控製技術、包括簡單控製和復雜控製係統、新型控製係統和石油加工典型設備的自動控製。
　　本書由遼寜石油化工大學許秀、肖軍、王莉、張新玉、黃越洋、翟春艷編寫，許秀任主編，肖軍、王莉任副主編。其中，許秀編寫瞭第1、4、5、9、10、15章，肖軍編寫瞭第11~14章，王莉編寫瞭第6~8章，張新玉編寫瞭第17、18章，黃越洋編寫瞭第16、19章，翟春艷編寫瞭第2、3章。
　　由於時間及作者水平有限，書中難免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。
　　編者2013年5月

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