本书是在保持第六版体系结构的基础上，对其内容进行除旧添新、适当修改而成的。本书内容共分十章。除了介绍工业生产过程中自动控制系统方面的基本知识，本书还分别介绍了构成自动控制系统的被控对象、检测仪表与传感器、自动控制仪表及执行器等；在简单、复杂控制系统的基础上，介绍了新型控制系统、计算机控制系统，最后结合生产过程介绍了典型化工单元操作的控制方案。本书配套思政、微课、动画、视频等数字资源，读者可扫描封底二维码根据提示获取。本书适用于高等学校化学工程与工艺专业，也适用于其他相关专业（例如石油、医药、轻工、食品、林业、冶金、煤矿、生物、环境），还可供从事连续生产过程的工艺技术人员参考。

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绪论1第一章自动控制系统基本概念3第一节化工自动化的主要内容3第二节自动控制系统的基本组成及表示形式4一、自动控制系统的基本组成4二、自动控制系统的表示形式5第三节自动控制系统的分类10第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标11一、控制系统的静态与动态11二、控制系统的过渡过程11三、控制系统的品质指标13四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素15习题与思考题16

第二章过程特性及其数学模型18第一节化工过程的特点及其描述方法18第二节对象数学模型的建立20一、建模目的20二、机理建模20三、实验建模24第三节描述对象特性的参数26一、放大系数K26二、时间常数T27三、滞后时间tau;29习题与思考题32

第三章检测仪表与传感器34第一节概述34一、测量过程与测量误差34二、仪表的性能指标34三、工业仪表的分类37第二节压力检测及仪表38一、压力单位及测压仪表38二、弹性式压力计39三、电气式压力计41四、智能型压力变送器44五、压力计的选用及安装46第三节流量检测及仪表48一、概述48二、差压式流量计49三、转子流量计54四、椭圆齿轮流量计59五、电磁流量计60六、漩涡流量计61七、质量流量计62八、流量测量仪表的选型63第四节物位检测及仪表65一、概述65二、差压式液位变送器67三、电容式物位传感器69四、核辐射物位计70五、光纤式液位计71六、称重式液罐计量仪73七、物位测量仪表的选型75第五节温度检测及仪表76一、温度检测方法76二、热电偶温度计79三、热电阻温度计86四、光纤温度传感器87五、电动温度变送器89六、一体化温度变送器90七、智能式温度变送器91八、测温仪表的选用及安装92第六节现代检测技术与传感器的发展94一、软测量技术的发展94二、现代传感器技术的发展95第七节显示仪表97一、数字式显示仪表98二、无笔、无纸记录仪99三、虚拟显示仪表100第八节安全仪表系统101一、安全仪表系统的基本概念101二、安全仪表系统的结构102三、安全仪表系统集成设计102四、安全仪表系统中传感器设计原则103习题与思考题104附录一常用压力表规格及型号107附录二铂铑10_铂热电偶分度表107附录三镍铬_铜镍热电偶分度表110附录四镍铬_镍硅热电偶分度表111附录五铂电阻分度表113附录六铜电阻(Cu50)分度表114附录七铜电阻(Cu100)分度表115

第四章自动控制仪表116第一节概述116第二节基本控制规律及其对系统过渡过程的影响116一、双位控制117二、比例控制118三、积分控制121四、微分控制122第三节数字式控制器123一、数字式控制器的主要特点123二、数字式控制器的基本构成124三、KMM型可编程序调节器126第四节可编程序控制器127一、概述127二、可编程序控制器的基本组成129三、可编程序控制器的编程语言131四、OMRON C系列PLC132五、应用示例136习题与思考题140

第五章执行器141第一节气动执行器141一、气动执行器的结构与分类141二、控制阀的流量特性144三、控制阀的选择147四、气动执行器的安装和维护149第二节电动执行器149第三节电_气转换器及电_气阀门定位器150一、电_气转换器150二、电_气阀门定位器151第四节数字阀与智能控制阀151一、数字阀151二、智能控制阀152习题与思考题152

第六章简单控制系统154第一节简单控制系统的结构与组成154第二节简单控制系统的设计155一、被控变量的选择155二、操纵变量的选择157三、测量元件特性的影响159四、控制器控制规律的选择161五、简单控制系统设计实例164第三节控制器参数的工程整定165一、临界比例度法166二、衰减曲线法166三、经验凑试法167习题与思考题169

第七章复杂控制系统171第一节串级控制系统171一、概述171二、串级控制系统的工作过程173三、串级控制系统的特点175四、串级控制系统中副回路的确定175五、主、副控制器控制规律及正、反作用的选择178第二节均匀控制系统180一、均匀控制的目的180二、均匀控制方案181第三节比值控制系统182一、概述182二、比值控制系统的类型182三、比值控制系统的几个问题185第四节前馈控制系统186一、前馈控制系统及其特点186二、前馈控制的主要形式188三、前馈控制的应用场合190第五节选择性控制系统190一、基本概念190二、选择性控制系统的类型191三、积分饱和及其防止195第六节分程控制系统196一、概述196二、分程控制的应用场合197三、分程控制中的几个问题199习题与思考题199

第八章新型控制系统201第一节自适应控制系统201一、变增益自适应控制201二、模型参考自适应控制系统202三、直接优化目标函数的自适应控制系统202四、自校正控制系统202第二节预测控制203一、预测控制的基本结构203二、预测控制的特点及应用204第三节其他新型控制系统205一、智能控制205二、专家控制系统206三、模糊控制系统208四、神经元网络控制208五、故障检测与故障诊断210六、解耦控制系统212七、鲁棒控制214习题与思考题214

第九章计算机控制系统215第一节概述215一、计算机控制系统的组成215二、计算机控制系统的特点216三、计算机控制系统的发展过程216第二节集散控制系统218一、集散控制系统的特点218二、集散控制系统的基本构成219三、JX_300XP集散控制系统219第三节现场总线控制系统224一、现场总线控制系统的特点224二、现场总线国际标准化226三、主要的现场总线系统简介226第四节网络控制系统227一、概述228二、网络控制系统的分类229习题与思考题231

第十章典型化工单元的控制方案232第一节流体输送设备的控制方案232一、离心泵的控制方案232二、往复泵的控制方案233三、压缩机的控制方案234四、离心式压缩机的防喘振控制235第二节传热设备的自动控制237一、一般传热设备的控制237二、锅炉设备的自动控制241第三节精馏塔的自动控制246一、工艺要求246二、精馏塔的干扰因素247三、精馏塔的控制方案248第四节化学反应器的自动控制251一、化学反应器的控制要求251二、釜式反应器的温度自动控制252三、固定床反应器的自动控制253四、流化床反应器的自动控制254第五节生化过程的控制255一、常用生化过程控制255二、青霉素发酵过程控制257三、啤酒发酵过程控制257习题与思考题258

参考文献260

本书自1981年出版以来，经全国许多高等学校使用，基本上满足了化工高等院校及一些相关专业（例如石油、医药、轻工、食品、林业、冶金、煤矿、生物、环境）的教学需要。在1991年、1999年、2006年、2011年、2018年，编者针对该书使用中发现的问题，并考虑到化工仪表及自动化生产水平的提高，对原书的内容作了五次较大的改动，逐渐形成以自动化为主线的整体编写思路，分别出版了该书的第二版至第六版。该书自出版以来，经过多次印刷，被许多学校和单位选用，受到广大师生的欢迎和支持，并提出了许多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。由于生产过程连续化、大型化、复杂化，广大的工艺生产技术人员需要学习和掌握必要的检测技术及自动化方面的知识，这是现代工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是有关人员管理与开发现代化生产过程所必须具备的知识。为了满足广大师生及有关人员学习本门课程的需要，我们在原书的基础上编写了该书的第七版。这次修订的总体思路是在基本保持原书体系结构的基础上，删除某些在当前已显得陈旧的内容，改写某些显得比较烦琐或工艺技术人员较少接触的内容，增加了反映当前自动化水平的内容，以及来源于工程实际的典型案例和数字资源。为贯彻党的二十大为党育人、为国育才精神，本书在修订过程中，注重立德树人理念的融入，增加了课程思政元素，以实现育人与育才相结合的目标。针对工艺类学生的特点和需要，本书在注重课程内容不断更新和整体优化的同时，努力以较少的理论推导和较简明的叙述，将化工仪表及自动化的基本内容以及许多新概念、新系统、新方法、新工具一并展现在读者面前。全书基本上涵盖了国内外仪表自动化方面的最新技术和发展动态。在编写方面，集教学内容的先进性与叙述的深入浅出为一体，以更好地满足工艺类专业学生学习的需要。本书各章后面给出了习题与思考题，供广大师生参考。为了满足广大师生的教学需要，我们与几所院校合作编写了相应的《化工仪表及自动化例题习题集》（第三版），该习题集基本上覆盖了本社目前已经出版的同类教材的所有习题与思考题，除了对主要的习题给出了详细的题解，还列举了部分例题进行了深入的分析，以使该课程的任课教师与学生能更好地理解教材的内容与要点。本书第七版由厉玉鸣、李大字担任主编，王会芹、孟华任副主编。参加过本书第一版至第六版编写工作的还有华南理工大学吴嘉麟，南京工业大学何叔畬、钱玲，北京林业大学张谦，北京服装学院李慧、陈亚男，河北科技大学杨霞，北京化工大学王建林、潘立登、马俊英、黄玉洁、金翠云、马昕等老师，对他们为本书付出的辛勤劳动深表敬意。书中配套的数字资源由东方仿真软件有限公司以及北京化工大学李大字、钱行、赵利强、脱建勇、马昕、杨博、苑杨提供。在这次修订过程中，得到许多同志的帮助，这里谨向这些同志及对本书提出过宝贵意见的广大师生和其他读者表示感谢，并恳切希望大家继续对本书第七版提出宝贵的意见。

编者2024年3月