过程控制系统及工程应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡大泉 等 著

图书标签:

• 过程控制
• 自动化
• 化工控制
• 工业自动化
• 控制系统
• 系统工程
• 仪表控制
• PID控制
• 过程仪表
• 控制理论

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512307940

版次：1

商品编码：10563582

包装：平装

开本：16开

出版时间：2010-11-01

用纸：胶版纸

页数：188

字数：207000

内容简介

《过程控制系统及工程应用》概要介绍了过程控制系统的基本概念，深入分析了过程控制中常用检测与控制仪表的原理与工程选型、过程执行器的类型及特性，详细讨论了被控过程的特性及建模方法，具体论述了简单控制系统的设计与参数整定、复杂控制系统的控制策略，并对近年来发展迅速的计算机过程控制技术，如集散控制系统、现场总线技术、组态软件作了重点介绍。最后，以工程实例为基础，对过程控制系统的设计与实际应用进行了深入分析。
《过程控制系统及工程应用》侧重理论联系实际，内容深入浅出，可作为高校自动化、电气工程及自动化、测控技术与仪器、过程装备与控制工程、化学工程等专业的教材或参考书，也司供电力、石化、冶金、化工、轻工等行业的工程技术人员和研究人员参考。

目录

前言
第一章 绪论
第一节 过程控制概述
第二节 过程控制技术的发展
第三节 过程控制系统的组成
第四节 过程控制系统的分类及性能指标

第二章 检测与控制仪表
第一节 检测仪表的组成及应用
第二节 测量误差及处理
第三节 过程参数检测
第四节 可编程序控制器plc

第三章 过程执行器
第一节 执行器的类型
第二节 调节阀

第四章 被控过程特性及建模
第一节 被控过程的数学模型
第二节 典型被控过程的动态特性
第三节 常用被控过程数学模型的建模方法

第五章 简单控制系统设计及参数整定
第一节 简单过程控制系统概述
第二节 位式控制
第三节 pid控制
第四节 单回路pid调节器参数的整定
第五节 单回路pid调节器控制规律的选择

第六章 复杂控制系统
第一节 串级控制系统
第二节 前馈控制系统
第三节 时间滞后控制系统
第四节 比值控制系统
第五节 均匀控制系统
第六节 超弛控制系统
第七节 分程控制系统
第八节 阀位控制系统
第九节 解耦控制系统

第七章 计算机过程控制系统
第一节 概述
第二节 集散控制系统
第三节 现场总线技术
第四节 组态软件

第八章 过程控制系统实例
第一节 工业锅炉设备的控制
第二节 多功能过程与控制仿真实验系统
参考文献

前言/序言

《工业自动化原理与实践》 内容梗概： 本书旨在为读者提供一个全面深入的工业自动化领域知识体系，重点关注其核心原理、关键技术以及在各行各业中的实际应用。全书共分为四个主要部分：第一部分“自动化基础”，深入浅出地阐述了自动化控制的基本概念、系统组成、工作流程及发展历程，为读者构建起坚实的理论框架；第二部分“核心控制技术”，详细介绍了PID控制、模糊控制、自适应控制等主流控制算法的原理、特点与实现方法，并探讨了现代先进控制策略如模型预测控制（MPC）、神经网络控制等的前沿进展；第三部分“关键技术与设备”，聚焦于工业传感器、执行器、可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、人机界面（HMI）等自动化系统中不可或缺的硬件组成，剖析其工作原理、选型要点及集成应用；第四部分“工程应用与发展趋势”，通过大量详实的案例分析，展现自动化技术在石油化工、电力、冶金、食品饮料、汽车制造等国民经济支柱产业中的广泛应用，并展望了工业物联网（IIoT）、大数据分析、人工智能（AI）在未来工业自动化发展中的关键作用。 详细内容阐述： 第一部分：自动化基础 第一章：自动化控制的基本概念与系统组成 1.1 什么是自动化？ 深入剖析“自动化”的定义，从广义和狭义两个层面进行解释。广义上，自动化是指利用机器、设备、计算机程序等代替人工进行生产、管理或操作的过程。狭义上，特指对生产过程的自动控制。强调自动化技术的根本目的在于提高效率、保障安全、优化质量、降低成本。 1.2 自动化系统的基本构成 检测部分（传感器）： 详细介绍各种工业传感器的工作原理，包括温度传感器（热电偶、热电阻）、压力传感器（应变片式、压阻式）、流量传感器（电磁流量计、涡轮流量计）、液位传感器（浮球式、超声波式）、物位传感器、位置传感器、速度传感器、力传感器、气体传感器等。阐述传感器的精度、灵敏度、响应时间、量程、稳定性和抗干扰能力等关键性能指标，以及在不同工业场景下的选型考量。 执行部分（执行器）： 重点讲解各种执行器的功能与工作原理，如电磁阀、气动阀、电动阀、伺服电机、步进电机、变频器、继电器、接触器等。分析执行器在接收控制信号后如何转化为实际的机械动作，并探讨其力矩、速度、精度、响应速度和耐久性等特性。 控制部分（控制器）： 介绍自动化控制的核心，包括各类控制器的类型及其在系统中的地位。初步引入逻辑控制、顺序控制、模拟量控制和数字量控制的概念。 信息处理与通信部分： 阐述数据采集、信号处理、逻辑判断、决策制定等信息处理过程，以及各种通信协议（如Modbus、Profibus、Ethernet/IP）在实现系统内各单元协同工作中的作用。 1.3 自动化系统的反馈原理 闭环控制系统（反馈控制）： 详细阐述闭环控制的基本原理，即通过将被控变量的实际值与设定值进行比较，根据误差信号调整控制输出，从而使被控变量趋近于设定值。通过图形和数学模型解释负反馈的作用。 开环控制系统： 介绍开环控制的特点，即控制器的输出与被控变量的实际值无关。分析其优点（结构简单、成本低）和缺点（易受外部扰动影响，精度不高），并给出适用场景。 1.4 自动化技术的发展历程 追溯自动化技术从早期机械自动化、电气自动化到电子自动化、信息自动化、智能自动化的演进过程，梳理关键里程碑技术和代表性设备的发展脉络。 第二部分：核心控制技术 第二章：经典控制算法 2.1 PID 控制理论 比例（P）控制： 解释比例控制如何根据当前误差大小来调整控制输出，分析其对系统响应速度的影响，以及可能存在的稳态误差。 积分（I）控制： 讲解积分控制如何消除稳态误差，分析其对系统稳定性的潜在影响，以及积分饱和问题。 微分（D）控制： 阐述微分控制如何预测未来误差变化趋势，提高系统响应速度并抑制超调，分析其对噪声的敏感性。 PID 控制器的整定方法： 介绍多种常用的PID参数整定方法，如经验法（临界比例法、衰减法）、 Ziegler-Nichols 方法、基于模型的整定方法等，并探讨不同整定方法在实际工程中的适用性。 2.2 模糊控制 模糊逻辑与模糊集合： 引入模糊数学的基本概念，包括模糊集合、隶属函数、模糊化、反模糊化等。 模糊控制器的设计： 阐述模糊控制器的组成，包括模糊化单元、模糊推理机、反模糊化单元。详细讲解模糊规则的建立，以及如何将模糊逻辑应用于控制问题。 模糊控制的特点与优势： 分析模糊控制处理非线性、不确定性系统和经验知识控制的优势，以及其在一些复杂系统中的应用实例。 2.3 自适应控制 自适应控制的基本思想： 解释自适应控制如何在系统参数变化或外部扰动影响下，自动调整控制器参数以维持期望的性能。 几种典型的自适应控制策略： 介绍如增量模型自适应控制（IMAC）、最小方差自适应控制（LSMV）、模型参考自适应控制（MRAC）等自适应控制方法。 第三章：现代先进控制策略 3.1 模型预测控制（MPC） MPC 的核心原理： 讲解 MPC 如何利用被控对象的数学模型，在每个采样时刻预测未来一段时间内的系统行为，并通过优化算法求解一组控制输入序列，只将第一个控制输入施加到系统上，并在下一个采样时刻重复该过程。 MPC 的优点： 分析 MPC 能够处理多变量耦合、约束条件以及预测未来的优势，使其在复杂工业过程控制中具有重要价值。 3.2 神经网络控制 神经网络在控制中的应用： 介绍人工神经网络（ANN）作为一种强大的非线性函数逼近器，如何用于建模、辨识和控制。 基于神经网络的控制器设计： 探讨如何利用前馈神经网络、循环神经网络等构建控制器，处理复杂动态系统。 3.3 专家系统与模糊-神经网络混合控制 简述专家系统在知识表示与推理方面的应用，以及如何将模糊逻辑和神经网络的优势相结合，实现更智能化的控制。 第三部分：关键技术与设备 第四章：工业传感器与执行器 (在此部分将更深入地探讨第一部分提及的传感器和执行器，侧重于工业级的选型、安装、维护和校准。) 4.1 工业传感器详解 温度测量： 热电偶（B, S, K, J等类型）、热电阻（Pt100, Pt1000等）、红外测温仪。 压力测量： 压力变送器（差压、绝压、表压）、微差压传感器。 流量测量： 电磁流量计、涡轮流量计、质量流量计（科里奥利质量流量计）、超声波流量计、涡街流量计。 物位测量： 雷达液位计、超声波液位计、磁翻板液位计、电容液位计、浮球液位计。 分析仪器： pH计、电导率仪、气体分析仪（氧含量、CO2含量等）、色谱仪。 位置与速度检测： 光电编码器、接近开关、限位开关、测速发电机。 4.2 工业执行器详解 阀门驱动： 电动执行机构（开关量、调节量）、气动执行机构、液压执行机构。 电机驱动： 直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机。 变频器（VFD）： 功能、工作原理、选型与应用。 其他执行器： 继电器、接触器、电磁铁、泵、压缩机等。 第五章：可编程逻辑控制器（PLC） 5.1 PLC 的基本结构与工作原理 介绍 PLC 的 CPU 模块、输入/输出（I/O）模块、通信模块、电源模块等组成部分，以及扫描工作方式。 5.2 PLC 的编程语言 重点介绍梯形图（LD）、指令表（IL）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）等 IEC 61131-3 标准的编程语言，并给出简单的程序示例。 5.3 PLC 的应用 阐述 PLC 在离散制造业（如装配线、包装设备）、过程控制（如水处理、小型化工厂）等领域的广泛应用，以及与上位机（SCADA/HMI）的集成。 第六章：分布式控制系统（DCS） 6.1 DCS 的概念与架构 解释 DCS 如何通过集散式的控制结构，将分散的现场设备连接到中央控制站，实现对大型、复杂过程的集中监视与控制。 6.2 DCS 的主要功能 详细介绍 DCS 的过程控制、顺序控制、报警管理、历史数据记录、报表生成、操作员接口、系统配置与维护等功能。 6.3 DCS 的应用领域 重点分析 DCS 在石油炼化、发电厂、化肥生产、制药等流程工业中的典型应用。 第七章：人机界面（HMI）与 SCADA 系统 7.1 HMI 的作用与设计 阐述 HMI 在操作员与自动化系统之间提供交互界面的作用，介绍图形化界面设计、画面制作、控件使用等。 7.2 SCADA 系统的构成与功能 介绍 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统作为监控和数据采集系统，如何实现对现场数据的实时采集、处理、显示、报警以及远程控制。 7.3 HMI 与 SCADA 的集成应用 探讨 HMI 和 SCADA 系统在实现可视化操作、集中监控和故障诊断方面的协同作用。 第四部分：工程应用与发展趋势 第八章：工业自动化典型应用案例 8.1 石油化工行业 案例分析：原油炼制过程的温度、压力、流量控制；精馏塔的液位与回流比控制；危险区域的防爆自动化解决方案。 8.2 电力行业 案例分析：火力发电厂的锅炉燃烧控制、汽轮机调节；输配电系统的自动化监控与保护；新能源发电（风电、光伏）的接入与调度。 8.3 冶金行业 案例分析：高炉炼铁的原料配比与温度控制；轧钢过程的板形与厚度控制；连续铸造的温度与冷却控制。 8.4 食品饮料行业 案例分析：发酵过程的温度、pH值控制；包装生产线的自动化；CIP（Clean-In-Place）清洗系统的自动化。 8.5 汽车制造行业 案例分析：机器人焊接与喷涂自动化；装配线的智能化调度；质量检测与追溯系统。 8.6 水处理与环保行业 案例分析：污水处理厂的曝气、沉淀、过滤过程控制；给水厂的消毒、加药控制；烟气脱硫脱硝过程的监测与控制。 第九章：工业自动化未来发展趋势 9.1 工业物联网（IIoT） 阐述 IIoT 如何通过连接海量设备，实现数据的全面采集与互联互通，为智能制造提供基础。 9.2 大数据分析与云计算 探讨大数据技术如何从海量工业数据中挖掘价值，实现预测性维护、工艺优化和决策支持。云计算在工业数据存储、处理与共享中的作用。 9.3 人工智能（AI）与机器学习 深入分析 AI 和机器学习在异常检测、故障诊断、优化控制、自主决策等方面的巨大潜力，以及其在工业自动化领域的融合应用。 9.4 数字化转型与智能工厂 展望自动化技术如何驱动企业向数字化、智能化转型，构建柔性生产、绿色制造、个性化定制的智能工厂。 9.5 网络安全与信息安全 强调在日益互联的工业环境中，保障自动化系统网络安全的重要性。 本书内容紧密结合工业生产实际，理论知识与工程应用并重，旨在帮助读者建立起完整、系统的工业自动化知识体系，为从事相关领域的工作或进一步深入研究奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一位刚刚踏入工业自动化领域的学生，之前对这个学科的了解大多停留在书本上的理论概念，比如传递函数、频率响应等等，总觉得离实际应用还有一段距离。直到我接触到这本书，我才真正体会到“学以致用”的含义。这本书非常巧妙地将理论知识与实际工程应用紧密结合。作者在讲解每一个控制概念时，都会立刻引申到具体的工程实例中，比如在介绍PID控制器时，他没有仅仅给出公式，而是通过分析一个注塑机温度控制的案例，详细说明了P、I、D参数分别对系统响应的影响，以及如何在实际操作中进行整定。更难能可贵的是，书中还包含了许多关于不同行业（比如化工、电力、制药）的案例研究，让我能够看到自动化控制系统在各个领域的广泛应用和独特之处。我特别喜欢书中关于“系统集成”和“优化设计”的章节，它不仅仅是教会我如何控制一个独立的设备，更是让我明白如何将不同的控制模块有机地整合起来，形成一个高效、稳定的整体系统。这本书让我对自动化工程的认识不再局限于单个的控制器，而是提升到了系统性的层面，为我未来的学习和职业发展指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

我本身是从事设备维护工作的，平时接触的主要是机械和电气部分，对于生产过程中那些看不见摸不着的“控制系统”一直有点模糊的认识。这本书真的帮了我大忙！它以一种非常直观和易于理解的方式，揭开了过程控制的面纱。我之前总觉得控制系统很神秘，像是一个黑匣子，但读了这本书之后，我才明白它的核心在于“反馈”和“调节”。书中通过大量生动的比喻和类比，把复杂的概念变得简单易懂，比如用开水壶烧水来解释温度控制的原理，用汽车的巡航系统来比喻速度调节。最让我赞叹的是，书中不仅讲了“怎么控制”，更讲了“为什么这么控制”。它会详细分析各种控制方法的优缺点，以及它们适用的场景。我记得书中有一段讲到如何处理系统中的“滞后”问题，那真是说到我心坎里了，我们设备上的很多问题都跟这个有关。读了这本书，我不仅对我们日常维护的设备有了更深层次的理解，也开始思考如何通过一些小的改进，来优化设备的运行效率和稳定性。感觉这本书就像是一把钥匙，让我能够更好地理解整个生产过程的协同运作，也为我未来在设备优化和故障诊断方面的工作提供了宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

天呐，我最近真的被这本书惊艳到了！虽然书名听起来有点硬核，像是那种大学教材，但它里面的内容简直是把复杂的工程实践讲得通俗易懂，而且非常接地气。我本来是打算找一些关于自动化控制系统的入门资料，想了解一下工业生产是怎么实现精细化管理的，结果误打误撞翻开了这本。一开始还担心会太理论，看得我头晕眼花，但作者的写作风格非常赞，他不是那种干巴巴地列公式、讲原理，而是通过大量真实案例，从实际问题出发，一步步引导读者去理解。比如说，书中讲到如何优化一个化工反应釜的温度控制，不是直接给出一个 PID 参数，而是先分析了温度波动的根源，包括外部干扰、内部反馈延迟等等，然后才循序渐进地介绍不同的控制策略，比如串级控制、前馈控制，并且会详细解释每种策略在什么情况下最有效，以及如何根据实际情况进行调整。最让我印象深刻的是，书中还穿插了一些工程人员在实际工作中遇到的“坑”，以及他们是如何克服的，这些经验之谈比任何理论都来得宝贵。读完后，我感觉自己对工业自动化的理解层次瞬间提升了好几个档次，原来那些看似高科技的生产线背后，是这样一套精妙的控制系统在支撑着，而且是可以被人类智慧和经验去驾驭和优化的。感觉这本书不只是知识的传递，更是一种思维方式的培养，让我学会从全局和动态的角度去看待工程问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本技术书籍，更像是一次深入的行业洞察之旅。我一直对工业自动化领域的发展趋势很感兴趣，想了解一些更前沿的技术和理念。这本书在这方面做得相当出色，它不仅详细介绍了当前主流的过程控制技术，比如模型预测控制（MPC）、模糊逻辑控制（FLC）等，还对未来可能的发展方向进行了展望，比如人工智能在过程控制中的应用，以及工业物联网（IIoT）如何赋能自动化系统。作者在讲解这些先进技术时，并没有让它们显得高高在上，而是通过一些富有启发性的案例，展示了这些技术如何在实际生产中带来显著的效益提升。我印象特别深刻的是，书中关于“智能工厂”的讨论，它描绘了一个高度自动化、信息化的生产环境，并通过几个具体的场景，解释了如何通过集成大数据分析、机器学习等技术，实现生产过程的智能化决策和自主优化。读完之后，我感觉自己对行业的未来有了更清晰的认识，也对如何运用这些新技术来改造和提升现有工业生产有了更深的思考。这本书的内容非常前沿，而且逻辑清晰，非常适合那些希望站在行业前沿、了解未来发展方向的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是一股清流，对于我这样在生产一线摸爬滚打多年的老兵来说，很多书本上的理论总觉得有点“不接地气”，难以直接套用到实际工作中。但这本书不同，它好像就是专门为我们这些现场工程师量身定做的。我一直对生产过程中的一些瓶颈问题感到头疼，比如某个环节的产量不稳定，或者能耗居高不下，总是想找到更优的解决方案，但又缺乏系统性的理论指导。这本书就恰好弥补了我的这一短板。它没有一开始就抛出艰深的数学模型，而是从最基本、最常见的工艺流程入手，分析了不同环节的特点和相互影响。我记得书里花了很大的篇幅去讲一个连续搅拌反应器（CSTR）的优化控制，那简直是把我的日常工作场景搬了进去。作者详细讲解了如何通过调整进料速率、搅拌速度、温度等参数来提高产率、降低副产物，并且提供了非常实用的分析方法，比如利用物质平衡和能量平衡来建立简化的模型，然后讨论如何应用一些先进的控制算法来应对扰动。最让我惊喜的是，书中还涉及了一些关于安全联锁和故障诊断的内容，这对于我们确保生产安全至关重要。读完这本书，我感觉自己好像获得了一本“秘籍”，能够更自信、更高效地去解决生产中遇到的各种复杂问题，也能更好地理解和运用一些新的自动化技术。