本书共5章。第1章详细讲解过程控制系统的组成结构，结合循环流化床锅炉控制实例，深入分析过程控制系统在工业系统中的应用，还对离心泵控制系统展开剖析，涵盖工作原理、性能参数、工作特性及控制方案等内容。第2章从微分方程这一基础数学工具出发，逐步深入讲解一阶、二阶被控对象的数学模型以及传递函数，并介绍被控对象数学模型的实验测取方法。第3章阐释控制器的功能、执行器的作用以及安全栅相关知识。详细讲解安全栅，包括安全防爆仪表与系统、安全栅的分析应用、安全栅安装接地及应用注意事项等。第4章围绕控制器设计与参数优化展开，以发电厂锅炉水位控制系统为例，进行PID控制器设计，分析锅炉工艺流程、控制指标及汽包水位控制方法。第5章展示典型控制系统的设计与应用，讲解串级控制系统的基本原理、结构、设计及实施过程，介绍蒸汽加热器的前馈、比值控制系统，包括前馈、比值控制系统的原理与应用。各章均设有小结，帮助读者梳理总结知识要点，同时配备丰富习题，助力读者巩固知识、提升应用能力。
本书是为职业院校自动化、化工、电气等相关专业量身打造的教材，核心内容围绕过程控制技术展开，同时也可供相关工程技术人员参考使用。
当今工业蓬勃发展的时代，无论是传统的化工、钢铁、电力行业，还是新兴的生物制药、新能源汽车制造，乃至食品加工、环境监测等诸多领域，都离不开过程控制技术精准而高效的调控作用。它掌控着生产流程的节奏与方向，确保各项参数稳定在理想区间，保障产品质量、生产效率与安全环保的平衡发展。
编写这本《过程控制技术》教材，旨在为高职院校中与自动化、工业控制、智能制造等相关专业的学子们搭建一座通往过程控制知识殿堂的坚实桥梁。职业院校学生肩负着未来生产一线技术骨干的重任，他们需要的不仅仅是理论的掌握，更需要实践能力的锤炼与综合素养的提升。因此，本书在内容编排上精心设计，力求理论与实践紧密结合，让知识在实际应用中焕发出蓬勃生机。
在理论部分，本书从基础概念入手，深入浅出地讲解了过程控制系统的组成、控制策略、执行器等核心要素。通过大量生动形象的实例，将抽象的原理具象化，帮助学生快速建立起清晰的知识框架。实践环节精心设计了一系列涵盖不同工业场景的实践内容，从简单控制系统的搭建，到复杂控制系统的设计、实施、优化，让学生在自己动手操作中深刻体会理论知识的运用之道。教材中穿插大量企业实际案例分析，让学生在剖析真实生产问题的过程中，拓宽视野，积累经验，提前适应未来工作岗位的挑战。本教材还融入了思政元素，实现知识传授与价值引领的有机统一，培养学生的家国情怀、社会责任感和职业道德。
本教材由内蒙古化工职业学院侯慧姝、郑艳楠主编，贺巧利、于梦琦、王涌泉和内蒙古天润化肥股份有限公司吕文坡参编。其中第1章（不包含1.2节）、第5章的5.3节由贺巧利老师编写；第2章，第5章的5.1.1、5.1.2、5.1.3、5.2.1节由郑艳楠老师编写；第3章由侯慧姝老师编写；第4章，第5章的5.1.4、5.1.5、5.4节由于梦琦老师编写；第1章的1.2.2节，第5章的5.1.6、5.1.7、5.2.2、5.2.3节由王涌泉老师编写；第1章的1.2.1节由吕文坡高级工程师编写。郑艳楠负责全书的组织和统稿工作。内蒙古化工职业学院的殷刚担任本书的主审。
本教材在编写过程中，广泛汲取了行业专家、一线教师以及企业工程师的宝贵意见，力求使教材内容紧跟行业发展动态，契合企业人才需求标准。希望这本教材不仅能成为学生在校学习的良师益友，更能在他们踏入职场后，依然能从中汲取知识养分，助力他们在过程控制领域茁壮成长，成为具备扎实专业技能、创新思维与高度责任感的高素质技术人才。
由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编者
第1章过程控制技术简介1
学习导引1
1.1认识过程控制技术2
1.1.1过程控制系统的组成2
1.1.2过程控制系统的方框图及其术语3
1.1.3过程控制系统的分类4
1.2过程控制系统在工业系统中的应用分析7
1.2.1循环流化床锅炉控制8
1.2.2过程控制系统的过渡过程和品质指标10
1.3流体输送设备的控制系统分析14
1.3.1离心泵的工作原理和主要性能参数14
1.3.2离心泵的工作特性16
1.3.3离心泵的控制方案16
思政主题：科技创新与民族自信18
思政案例：科技创新征程中绽放的民族自信之花18
小结19
习题19
第2章过程控制系统的建模与动态分析21
学习导引21
2.1控制系统的数学建模方法21
2.1.1微分方程22
2.1.2一阶被控对象的数学模型 23
2.1.3二阶被控对象的数学模型 25
2.1.4传递函数 26
2.1.5被控对象数学模型的实验测取36
2.2一阶与二阶系统的动态响应分析41
2.2.1一阶系统的数学模型42
2.2.2一阶系统的单位阶跃响应42
2.2.3一阶系统的稳定性分析43
2.2.4二阶过程控制系统的动态响应44
2.3精馏塔控制系统的稳定性与鲁棒性分析47
2.3.1精馏塔的组成和基本原理48
2.3.2精馏塔的工艺操作要求50
2.3.3精馏塔控制要求与影响因素分析51
2.3.4精馏塔被控变量的选择53
2.3.5精馏塔的基本控制方案54
2.3.6精馏塔按精馏段和提馏段质量指标的控制方式55
2.3.7精馏塔压力控制57
2.3.8精馏塔的特性分析58
思政主题：科学精神与实事求是的态度62
思政案例：中国航天工程中的过程控制技术应用63
小结64
习题65
第3章过程控制装置66
学习导引66
3.1认识过程控制装置66
3.1.1过程控制装置的定义66
3.1.2控制器的功能67
3.1.3执行器的作用67
3.1.4安全栅67
3.2执行器的分析与应用67
3.2.1执行器的分类68
3.2.2气动执行器69
3.2.3电动执行器79
3.2.4执行器附件81
3.3安全栅90
3.3.1安全防爆仪表与安全防爆系统90
3.3.2安全栅的分析及应用91
3.3.3安全栅的安装及接地95
3.3.4安全栅的应用注意事项96
思政主题：精益求精与成本节约96
思政案例：中国高铁发展中的精益与节约之道97
小结98
习题99
第4章控制器设计与参数优化100
学习导引100
4.1比例、积分、微分控制规律设计100
4.1.1比例控制器101
4.1.2积分控制器102
4.1.3比例积分控制器103
4.1.4微分控制器104
4.2发电厂锅炉水位控制系统的PID控制器设计105
4.2.1锅炉工艺流程及控制指标106
4.2.2锅炉汽包水位的控制107
4.2.3比例积分微分(PID) 控制器113
4.3工业控制系统中的PID参数优化与整定方法分析115
4.3.1PID控制器的构成与功能115
4.3.2PID控制器的作用与特点115
4.3.3PID参数的整定方法116
4.3.4PID参数优化策略117
4.3.5热交换系统中的PID整定117
4.3.6PID控制在压力控制系统中的应用117
思政主题：国队合作与跨学科融合117
思政案例：基因密码解锁：全球跨学科科研协作典范118
小结119
习题120
第5章典型控制系统的设计与应用121
学习导引121
5.1单回路控制系统设计与实现122
5.1.1被控变量与操纵变量的选择122
5.1.2执行器的选择127
5.1.3测量元件特性对控制品质的影响137
5.1.4控制器控制规律的选择及正反作用的确定140
5.1.5简单控制系统的方案实施143
5.1.6简单控制系统的投运和控制器参数整定145
5.1.7过程控制系统故障的产生及排除方法150
5.2串级控制系统应用与优化151
5.2.1串级控制系统的基本原理和结构152
5.2.2串级控制系统的设计158
5.2.3串级控制系统的实施161
5.3蒸汽加热器的前馈与比值控制系统设计与应用166
5.3.1前馈控制系统167
5.3.2比值控制系统171
5.4传热控制系统设计与应用176
5.4.1研究传热过程的目的177
5.4.2换热器的控制177
5.4.3换热器操作的控制方案178
5.4.4蒸汽加热器的控制180
5.4.5冷却器的自动控制181
思政主题：社会责任与可持续发展183
思政案例：海尔集团：践行社会责任，引领绿色可持续发展之路184
小结184
习题185
参考文献187
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