過程控製係統及工程應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔡大泉 等 著

圖書標籤:

• 過程控製
• 自動化
• 化工控製
• 工業自動化
• 控製係統
• 係統工程
• 儀錶控製
• PID控製
• 過程儀錶
• 控製理論

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512307940

版次：1

商品編碼：10563582

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2010-11-01

用紙：膠版紙

頁數：188

字數：207000

內容簡介

《過程控製係統及工程應用》概要介紹瞭過程控製係統的基本概念，深入分析瞭過程控製中常用檢測與控製儀錶的原理與工程選型、過程執行器的類型及特性，詳細討論瞭被控過程的特性及建模方法，具體論述瞭簡單控製係統的設計與參數整定、復雜控製係統的控製策略，並對近年來發展迅速的計算機過程控製技術，如集散控製係統、現場總綫技術、組態軟件作瞭重點介紹。最後，以工程實例為基礎，對過程控製係統的設計與實際應用進行瞭深入分析。
《過程控製係統及工程應用》側重理論聯係實際，內容深入淺齣，可作為高校自動化、電氣工程及自動化、測控技術與儀器、過程裝備與控製工程、化學工程等專業的教材或參考書，也司供電力、石化、冶金、化工、輕工等行業的工程技術人員和研究人員參考。

目錄

前言
第一章 緒論
第一節 過程控製概述
第二節 過程控製技術的發展
第三節 過程控製係統的組成
第四節 過程控製係統的分類及性能指標

第二章 檢測與控製儀錶
第一節 檢測儀錶的組成及應用
第二節 測量誤差及處理
第三節 過程參數檢測
第四節 可編程序控製器plc

第三章 過程執行器
第一節 執行器的類型
第二節 調節閥

第四章 被控過程特性及建模
第一節 被控過程的數學模型
第二節 典型被控過程的動態特性
第三節 常用被控過程數學模型的建模方法

第五章 簡單控製係統設計及參數整定
第一節 簡單過程控製係統概述
第二節 位式控製
第三節 pid控製
第四節 單迴路pid調節器參數的整定
第五節 單迴路pid調節器控製規律的選擇

第六章 復雜控製係統
第一節 串級控製係統
第二節 前饋控製係統
第三節 時間滯後控製係統
第四節 比值控製係統
第五節 均勻控製係統
第六節 超弛控製係統
第七節 分程控製係統
第八節 閥位控製係統
第九節 解耦控製係統

第七章 計算機過程控製係統
第一節 概述
第二節 集散控製係統
第三節 現場總綫技術
第四節 組態軟件

第八章 過程控製係統實例
第一節 工業鍋爐設備的控製
第二節 多功能過程與控製仿真實驗係統
參考文獻

前言/序言

《工業自動化原理與實踐》 內容梗概： 本書旨在為讀者提供一個全麵深入的工業自動化領域知識體係，重點關注其核心原理、關鍵技術以及在各行各業中的實際應用。全書共分為四個主要部分：第一部分“自動化基礎”，深入淺齣地闡述瞭自動化控製的基本概念、係統組成、工作流程及發展曆程，為讀者構建起堅實的理論框架；第二部分“核心控製技術”，詳細介紹瞭PID控製、模糊控製、自適應控製等主流控製算法的原理、特點與實現方法，並探討瞭現代先進控製策略如模型預測控製（MPC）、神經網絡控製等的前沿進展；第三部分“關鍵技術與設備”，聚焦於工業傳感器、執行器、可編程邏輯控製器（PLC）、分布式控製係統（DCS）、人機界麵（HMI）等自動化係統中不可或缺的硬件組成，剖析其工作原理、選型要點及集成應用；第四部分“工程應用與發展趨勢”，通過大量詳實的案例分析，展現自動化技術在石油化工、電力、冶金、食品飲料、汽車製造等國民經濟支柱産業中的廣泛應用，並展望瞭工業物聯網（IIoT）、大數據分析、人工智能（AI）在未來工業自動化發展中的關鍵作用。 詳細內容闡述： 第一部分：自動化基礎 第一章：自動化控製的基本概念與係統組成 1.1 什麼是自動化？ 深入剖析“自動化”的定義，從廣義和狹義兩個層麵進行解釋。廣義上，自動化是指利用機器、設備、計算機程序等代替人工進行生産、管理或操作的過程。狹義上，特指對生産過程的自動控製。強調自動化技術的根本目的在於提高效率、保障安全、優化質量、降低成本。 1.2 自動化係統的基本構成 檢測部分（傳感器）： 詳細介紹各種工業傳感器的工作原理，包括溫度傳感器（熱電偶、熱電阻）、壓力傳感器（應變片式、壓阻式）、流量傳感器（電磁流量計、渦輪流量計）、液位傳感器（浮球式、超聲波式）、物位傳感器、位置傳感器、速度傳感器、力傳感器、氣體傳感器等。闡述傳感器的精度、靈敏度、響應時間、量程、穩定性和抗乾擾能力等關鍵性能指標，以及在不同工業場景下的選型考量。 執行部分（執行器）： 重點講解各種執行器的功能與工作原理，如電磁閥、氣動閥、電動閥、伺服電機、步進電機、變頻器、繼電器、接觸器等。分析執行器在接收控製信號後如何轉化為實際的機械動作，並探討其力矩、速度、精度、響應速度和耐久性等特性。 控製部分（控製器）： 介紹自動化控製的核心，包括各類控製器的類型及其在係統中的地位。初步引入邏輯控製、順序控製、模擬量控製和數字量控製的概念。 信息處理與通信部分： 闡述數據采集、信號處理、邏輯判斷、決策製定等信息處理過程，以及各種通信協議（如Modbus、Profibus、Ethernet/IP）在實現係統內各單元協同工作中的作用。 1.3 自動化係統的反饋原理 閉環控製係統（反饋控製）： 詳細闡述閉環控製的基本原理，即通過將被控變量的實際值與設定值進行比較，根據誤差信號調整控製輸齣，從而使被控變量趨近於設定值。通過圖形和數學模型解釋負反饋的作用。 開環控製係統： 介紹開環控製的特點，即控製器的輸齣與被控變量的實際值無關。分析其優點（結構簡單、成本低）和缺點（易受外部擾動影響，精度不高），並給齣適用場景。 1.4 自動化技術的發展曆程 追溯自動化技術從早期機械自動化、電氣自動化到電子自動化、信息自動化、智能自動化的演進過程，梳理關鍵裏程碑技術和代錶性設備的發展脈絡。 第二部分：核心控製技術 第二章：經典控製算法 2.1 PID 控製理論 比例（P）控製： 解釋比例控製如何根據當前誤差大小來調整控製輸齣，分析其對係統響應速度的影響，以及可能存在的穩態誤差。 積分（I）控製： 講解積分控製如何消除穩態誤差，分析其對係統穩定性的潛在影響，以及積分飽和問題。 微分（D）控製： 闡述微分控製如何預測未來誤差變化趨勢，提高係統響應速度並抑製超調，分析其對噪聲的敏感性。 PID 控製器的整定方法： 介紹多種常用的PID參數整定方法，如經驗法（臨界比例法、衰減法）、 Ziegler-Nichols 方法、基於模型的整定方法等，並探討不同整定方法在實際工程中的適用性。 2.2 模糊控製 模糊邏輯與模糊集閤： 引入模糊數學的基本概念，包括模糊集閤、隸屬函數、模糊化、反模糊化等。 模糊控製器的設計： 闡述模糊控製器的組成，包括模糊化單元、模糊推理機、反模糊化單元。詳細講解模糊規則的建立，以及如何將模糊邏輯應用於控製問題。 模糊控製的特點與優勢： 分析模糊控製處理非綫性、不確定性係統和經驗知識控製的優勢，以及其在一些復雜係統中的應用實例。 2.3 自適應控製 自適應控製的基本思想： 解釋自適應控製如何在係統參數變化或外部擾動影響下，自動調整控製器參數以維持期望的性能。 幾種典型的自適應控製策略： 介紹如增量模型自適應控製（IMAC）、最小方差自適應控製（LSMV）、模型參考自適應控製（MRAC）等自適應控製方法。 第三章：現代先進控製策略 3.1 模型預測控製（MPC） MPC 的核心原理： 講解 MPC 如何利用被控對象的數學模型，在每個采樣時刻預測未來一段時間內的係統行為，並通過優化算法求解一組控製輸入序列，隻將第一個控製輸入施加到係統上，並在下一個采樣時刻重復該過程。 MPC 的優點： 分析 MPC 能夠處理多變量耦閤、約束條件以及預測未來的優勢，使其在復雜工業過程控製中具有重要價值。 3.2 神經網絡控製 神經網絡在控製中的應用： 介紹人工神經網絡（ANN）作為一種強大的非綫性函數逼近器，如何用於建模、辨識和控製。 基於神經網絡的控製器設計： 探討如何利用前饋神經網絡、循環神經網絡等構建控製器，處理復雜動態係統。 3.3 專傢係統與模糊-神經網絡混閤控製 簡述專傢係統在知識錶示與推理方麵的應用，以及如何將模糊邏輯和神經網絡的優勢相結閤，實現更智能化的控製。 第三部分：關鍵技術與設備 第四章：工業傳感器與執行器 (在此部分將更深入地探討第一部分提及的傳感器和執行器，側重於工業級的選型、安裝、維護和校準。) 4.1 工業傳感器詳解 溫度測量： 熱電偶（B, S, K, J等類型）、熱電阻（Pt100, Pt1000等）、紅外測溫儀。 壓力測量： 壓力變送器（差壓、絕壓、錶壓）、微差壓傳感器。 流量測量： 電磁流量計、渦輪流量計、質量流量計（科裏奧利質量流量計）、超聲波流量計、渦街流量計。 物位測量： 雷達液位計、超聲波液位計、磁翻闆液位計、電容液位計、浮球液位計。 分析儀器： pH計、電導率儀、氣體分析儀（氧含量、CO2含量等）、色譜儀。 位置與速度檢測： 光電編碼器、接近開關、限位開關、測速發電機。 4.2 工業執行器詳解 閥門驅動： 電動執行機構（開關量、調節量）、氣動執行機構、液壓執行機構。 電機驅動： 直流電機、交流電機、伺服電機、步進電機。 變頻器（VFD）： 功能、工作原理、選型與應用。 其他執行器： 繼電器、接觸器、電磁鐵、泵、壓縮機等。 第五章：可編程邏輯控製器（PLC） 5.1 PLC 的基本結構與工作原理 介紹 PLC 的 CPU 模塊、輸入/輸齣（I/O）模塊、通信模塊、電源模塊等組成部分，以及掃描工作方式。 5.2 PLC 的編程語言 重點介紹梯形圖（LD）、指令錶（IL）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC）等 IEC 61131-3 標準的編程語言，並給齣簡單的程序示例。 5.3 PLC 的應用 闡述 PLC 在離散製造業（如裝配綫、包裝設備）、過程控製（如水處理、小型化工廠）等領域的廣泛應用，以及與上位機（SCADA/HMI）的集成。 第六章：分布式控製係統（DCS） 6.1 DCS 的概念與架構 解釋 DCS 如何通過集散式的控製結構，將分散的現場設備連接到中央控製站，實現對大型、復雜過程的集中監視與控製。 6.2 DCS 的主要功能 詳細介紹 DCS 的過程控製、順序控製、報警管理、曆史數據記錄、報錶生成、操作員接口、係統配置與維護等功能。 6.3 DCS 的應用領域 重點分析 DCS 在石油煉化、發電廠、化肥生産、製藥等流程工業中的典型應用。 第七章：人機界麵（HMI）與 SCADA 係統 7.1 HMI 的作用與設計 闡述 HMI 在操作員與自動化係統之間提供交互界麵的作用，介紹圖形化界麵設計、畫麵製作、控件使用等。 7.2 SCADA 係統的構成與功能 介紹 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）係統作為監控和數據采集係統，如何實現對現場數據的實時采集、處理、顯示、報警以及遠程控製。 7.3 HMI 與 SCADA 的集成應用 探討 HMI 和 SCADA 係統在實現可視化操作、集中監控和故障診斷方麵的協同作用。 第四部分：工程應用與發展趨勢 第八章：工業自動化典型應用案例 8.1 石油化工行業 案例分析：原油煉製過程的溫度、壓力、流量控製；精餾塔的液位與迴流比控製；危險區域的防爆自動化解決方案。 8.2 電力行業 案例分析：火力發電廠的鍋爐燃燒控製、汽輪機調節；輸配電係統的自動化監控與保護；新能源發電（風電、光伏）的接入與調度。 8.3 冶金行業 案例分析：高爐煉鐵的原料配比與溫度控製；軋鋼過程的闆形與厚度控製；連續鑄造的溫度與冷卻控製。 8.4 食品飲料行業 案例分析：發酵過程的溫度、pH值控製；包裝生産綫的自動化；CIP（Clean-In-Place）清洗係統的自動化。 8.5 汽車製造行業 案例分析：機器人焊接與噴塗自動化；裝配綫的智能化調度；質量檢測與追溯係統。 8.6 水處理與環保行業 案例分析：汙水處理廠的曝氣、沉澱、過濾過程控製；給水廠的消毒、加藥控製；煙氣脫硫脫硝過程的監測與控製。 第九章：工業自動化未來發展趨勢 9.1 工業物聯網（IIoT） 闡述 IIoT 如何通過連接海量設備，實現數據的全麵采集與互聯互通，為智能製造提供基礎。 9.2 大數據分析與雲計算 探討大數據技術如何從海量工業數據中挖掘價值，實現預測性維護、工藝優化和決策支持。雲計算在工業數據存儲、處理與共享中的作用。 9.3 人工智能（AI）與機器學習 深入分析 AI 和機器學習在異常檢測、故障診斷、優化控製、自主決策等方麵的巨大潛力，以及其在工業自動化領域的融閤應用。 9.4 數字化轉型與智能工廠 展望自動化技術如何驅動企業嚮數字化、智能化轉型，構建柔性生産、綠色製造、個性化定製的智能工廠。 9.5 網絡安全與信息安全 強調在日益互聯的工業環境中，保障自動化係統網絡安全的重要性。 本書內容緊密結閤工業生産實際，理論知識與工程應用並重，旨在幫助讀者建立起完整、係統的工業自動化知識體係，為從事相關領域的工作或進一步深入研究奠定堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

我本身是從事設備維護工作的，平時接觸的主要是機械和電氣部分，對於生産過程中那些看不見摸不著的“控製係統”一直有點模糊的認識。這本書真的幫瞭我大忙！它以一種非常直觀和易於理解的方式，揭開瞭過程控製的麵紗。我之前總覺得控製係統很神秘，像是一個黑匣子，但讀瞭這本書之後，我纔明白它的核心在於“反饋”和“調節”。書中通過大量生動的比喻和類比，把復雜的概念變得簡單易懂，比如用開水壺燒水來解釋溫度控製的原理，用汽車的巡航係統來比喻速度調節。最讓我贊嘆的是，書中不僅講瞭“怎麼控製”，更講瞭“為什麼這麼控製”。它會詳細分析各種控製方法的優缺點，以及它們適用的場景。我記得書中有一段講到如何處理係統中的“滯後”問題，那真是說到我心坎裏瞭，我們設備上的很多問題都跟這個有關。讀瞭這本書，我不僅對我們日常維護的設備有瞭更深層次的理解，也開始思考如何通過一些小的改進，來優化設備的運行效率和穩定性。感覺這本書就像是一把鑰匙，讓我能夠更好地理解整個生産過程的協同運作，也為我未來在設備優化和故障診斷方麵的工作提供瞭寶貴的指導。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直就是一股清流，對於我這樣在生産一綫摸爬滾打多年的老兵來說，很多書本上的理論總覺得有點“不接地氣”，難以直接套用到實際工作中。但這本書不同，它好像就是專門為我們這些現場工程師量身定做的。我一直對生産過程中的一些瓶頸問題感到頭疼，比如某個環節的産量不穩定，或者能耗居高不下，總是想找到更優的解決方案，但又缺乏係統性的理論指導。這本書就恰好彌補瞭我的這一短闆。它沒有一開始就拋齣艱深的數學模型，而是從最基本、最常見的工藝流程入手，分析瞭不同環節的特點和相互影響。我記得書裏花瞭很大的篇幅去講一個連續攪拌反應器（CSTR）的優化控製，那簡直是把我的日常工作場景搬瞭進去。作者詳細講解瞭如何通過調整進料速率、攪拌速度、溫度等參數來提高産率、降低副産物，並且提供瞭非常實用的分析方法，比如利用物質平衡和能量平衡來建立簡化的模型，然後討論如何應用一些先進的控製算法來應對擾動。最讓我驚喜的是，書中還涉及瞭一些關於安全聯鎖和故障診斷的內容，這對於我們確保生産安全至關重要。讀完這本書，我感覺自己好像獲得瞭一本“秘籍”，能夠更自信、更高效地去解決生産中遇到的各種復雜問題，也能更好地理解和運用一些新的自動化技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它不僅僅是一本技術書籍，更像是一次深入的行業洞察之旅。我一直對工業自動化領域的發展趨勢很感興趣，想瞭解一些更前沿的技術和理念。這本書在這方麵做得相當齣色，它不僅詳細介紹瞭當前主流的過程控製技術，比如模型預測控製（MPC）、模糊邏輯控製（FLC）等，還對未來可能的發展方嚮進行瞭展望，比如人工智能在過程控製中的應用，以及工業物聯網（IIoT）如何賦能自動化係統。作者在講解這些先進技術時，並沒有讓它們顯得高高在上，而是通過一些富有啓發性的案例，展示瞭這些技術如何在實際生産中帶來顯著的效益提升。我印象特彆深刻的是，書中關於“智能工廠”的討論，它描繪瞭一個高度自動化、信息化的生産環境，並通過幾個具體的場景，解釋瞭如何通過集成大數據分析、機器學習等技術，實現生産過程的智能化決策和自主優化。讀完之後，我感覺自己對行業的未來有瞭更清晰的認識，也對如何運用這些新技術來改造和提升現有工業生産有瞭更深的思考。這本書的內容非常前沿，而且邏輯清晰，非常適閤那些希望站在行業前沿、瞭解未來發展方嚮的讀者。

評分☆☆☆☆☆

天呐，我最近真的被這本書驚艷到瞭！雖然書名聽起來有點硬核，像是那種大學教材，但它裏麵的內容簡直是把復雜的工程實踐講得通俗易懂，而且非常接地氣。我本來是打算找一些關於自動化控製係統的入門資料，想瞭解一下工業生産是怎麼實現精細化管理的，結果誤打誤撞翻開瞭這本。一開始還擔心會太理論，看得我頭暈眼花，但作者的寫作風格非常贊，他不是那種乾巴巴地列公式、講原理，而是通過大量真實案例，從實際問題齣發，一步步引導讀者去理解。比如說，書中講到如何優化一個化工反應釜的溫度控製，不是直接給齣一個 PID 參數，而是先分析瞭溫度波動的根源，包括外部乾擾、內部反饋延遲等等，然後纔循序漸進地介紹不同的控製策略，比如串級控製、前饋控製，並且會詳細解釋每種策略在什麼情況下最有效，以及如何根據實際情況進行調整。最讓我印象深刻的是，書中還穿插瞭一些工程人員在實際工作中遇到的“坑”，以及他們是如何剋服的，這些經驗之談比任何理論都來得寶貴。讀完後，我感覺自己對工業自動化的理解層次瞬間提升瞭好幾個檔次，原來那些看似高科技的生産綫背後，是這樣一套精妙的控製係統在支撐著，而且是可以被人類智慧和經驗去駕馭和優化的。感覺這本書不隻是知識的傳遞，更是一種思維方式的培養，讓我學會從全局和動態的角度去看待工程問題。

評分☆☆☆☆☆

我是一位剛剛踏入工業自動化領域的學生，之前對這個學科的瞭解大多停留在書本上的理論概念，比如傳遞函數、頻率響應等等，總覺得離實際應用還有一段距離。直到我接觸到這本書，我纔真正體會到“學以緻用”的含義。這本書非常巧妙地將理論知識與實際工程應用緊密結閤。作者在講解每一個控製概念時，都會立刻引申到具體的工程實例中，比如在介紹PID控製器時，他沒有僅僅給齣公式，而是通過分析一個注塑機溫度控製的案例，詳細說明瞭P、I、D參數分彆對係統響應的影響，以及如何在實際操作中進行整定。更難能可貴的是，書中還包含瞭許多關於不同行業（比如化工、電力、製藥）的案例研究，讓我能夠看到自動化控製係統在各個領域的廣泛應用和獨特之處。我特彆喜歡書中關於“係統集成”和“優化設計”的章節，它不僅僅是教會我如何控製一個獨立的設備，更是讓我明白如何將不同的控製模塊有機地整閤起來，形成一個高效、穩定的整體係統。這本書讓我對自動化工程的認識不再局限於單個的控製器，而是提升到瞭係統性的層麵，為我未來的學習和職業發展指明瞭方嚮。