本教材以現(xiàn)代過程控制工程實(shí)踐為驅(qū)動力，充分展示現(xiàn)代復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中的工業(yè)對象分析與建模、信號檢測與軟測量技術(shù)、模型的識別與分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以及如何將先進(jìn)控制技術(shù)融入傳統(tǒng)過程，并配備有從單元控制、典型設(shè)備控制、典型流程控制案例分析和設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)。
工業(yè)領(lǐng)域正在全球范圍內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用，是推動科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長和社會穩(wěn)定的重要力量。但與此同時，市場競爭也在變得愈發(fā)激烈。客戶需要新的、高質(zhì)量的產(chǎn)品，要求以更快的速度交付根據(jù)客戶要求定制的產(chǎn)品。此外，還必須不斷提高生產(chǎn)力水平。只有那些能以更少的能源和資源完成產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)，才能夠應(yīng)對不斷增長的成本壓力。而過程控制技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的基石，是人類對生產(chǎn)力發(fā)展需求的產(chǎn)物。過程控制技術(shù)的有效運(yùn)用能夠縮短產(chǎn)品上市時間、提高生產(chǎn)效率和靈活性，幫助工業(yè)企業(yè)保持在市場上的競爭優(yōu)勢。
本書是一本綜合性、工程性及實(shí)用性專業(yè)課教材，將過程控制技術(shù)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法相結(jié)合。本書在綜合制造業(yè)未來與工業(yè)過程控制技術(shù)發(fā)展趨勢后，著重講述過程控制的基本原理及其工程實(shí)現(xiàn)，闡述如何將控制理論知識應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)過程，內(nèi)容簡潔明了、通俗易懂、圖文并茂、重點(diǎn)突出地在描述過程控制系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理的基礎(chǔ)上，注重實(shí)踐，并將理論與工業(yè)過程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。
工業(yè)領(lǐng)域即將迎來第四次工業(yè)革命，恰如當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)字化與自動化的如影隨形。其目標(biāo)都是為了提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)更高的效率、生產(chǎn)速度以及更加優(yōu)異的質(zhì)量。只有如此，企業(yè)才能在通往未來工業(yè)的征途上持續(xù)保持競爭力。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給在高等學(xué)校學(xué)習(xí)的自動化及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生和工作在第一線的過程控制工程師，望推動先進(jìn)過程控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的推廣和應(yīng)用。
彭開香，1971年生，北京科技大學(xué)自動化學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，控制科學(xué)與工程系主任。從事專業(yè)方向主要為：復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的故障診斷與預(yù)測、復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的建模與控制、大型分布式控制系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化等。長期從事復(fù)雜生產(chǎn)過程控制與優(yōu)化等相關(guān)科研工作，負(fù)責(zé)或作為主要參加人參與科研項(xiàng)目三十多項(xiàng)。曾獲冶金科技進(jìn)步一等獎一項(xiàng)，教育部科技進(jìn)步二等獎一項(xiàng)，獲得國家科技進(jìn)步二等獎一項(xiàng)。
1. 緒論
1.1過程控制的發(fā)展概況及特點(diǎn)
1.1.1 過程控制的發(fā)展概況
1.1.2過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
1.1.3過程控制的主要內(nèi)容
1.2過程控制系統(tǒng)的組成及分類
1.2.1過程控制系統(tǒng)的組成
1.2.2過程控制系統(tǒng)的分類
1.3過程控制系統(tǒng)的兩種表示形式
1.3.1方框圖
1.3.2管道及儀表流程圖
1.4過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求
1.4.1過程控制系統(tǒng)的過渡過程
1.4.2過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)
1.4.3過程程控制的要求
2. 過程檢測儀表與執(zhí)行器
2.1過程檢測儀表
2.1.1過程檢測的概念及特點(diǎn)
2.1.2 溫度的檢測與變送
2.1.3 壓力的檢測與變送
2.1.4 流量的檢測與變送
2.1.5 物位的檢測與變送
2.2執(zhí)行器
2.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)
2.2.2調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
2.2.3調(diào)節(jié)閥的流量特性
2.2.4氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式
2.2.5電—?dú)廪D(zhuǎn)換器
2.2.6閥門定位器
2.2.7執(zhí)行器的選擇與安裝
2.3安全柵
2.3.1安全防爆的基本概念
2.3.2安全火花防爆系統(tǒng)
2.3.3安全柵的工作原理
3. 工業(yè)過程數(shù)學(xué)模型
3.1 工業(yè)過程模型概述
3.2工業(yè)過程靜態(tài)模型
3.2.1 機(jī)理模型
3.2.2 統(tǒng)計(jì)模型
3.3 工業(yè)過程動態(tài)模型
3.3.1 動態(tài)數(shù)學(xué)模型的作用和要求
3.3.2 動態(tài)數(shù)學(xué)模型的類型
3.3.3 建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型的途徑
3.3.4 工業(yè)過程動態(tài)機(jī)理模型徑
3.3.5 過程辨識與參數(shù)估計(jì)
3.3.6 典型過程動態(tài)數(shù)學(xué)模型
4. 簡單控制系統(tǒng)
4.1簡單控制系統(tǒng)組成
4.2簡單過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟
4.2.2設(shè)計(jì)中需要注意的問題
4.2.3 被控變量的選擇
4.2.4 操縱變量的選擇
4.2.5 檢測變送環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的影響
4.2.6 控制閥的選擇
4.2.7 控制器控制規(guī)律的選擇及正反作用的確定
4.3控制系統(tǒng)的投運(yùn)
4.3.1 投運(yùn)前的準(zhǔn)備工作
4.3.2控制系統(tǒng)的投運(yùn)次序
4.4控制系統(tǒng)參數(shù)整定
4.3.1 投運(yùn)前的準(zhǔn)備工作
4.3.2控制系統(tǒng)的投運(yùn)次序
5. 常用復(fù)雜控制系統(tǒng)
5.1串級控制系統(tǒng)
5.1.1串級控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
5.1.2串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和效果分析
5.1.3串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1.4控制器的選型和參數(shù)整定
5.1.5串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例
5.2大滯后過程控制系統(tǒng)
5.2.1概述
5.2.2純滯后補(bǔ)償原理
5.2.3史密斯預(yù)估控制的實(shí)現(xiàn)
5.3前饋控制系統(tǒng)
5.3.1前饋控制的原理及特點(diǎn)
5.3.2靜態(tài)前饋控制
5.3.3動態(tài)前饋控制
5.3.4前饋-反饋控制
5.3.5前饋控制的應(yīng)用
5.4比值控制系統(tǒng)
5.4.1比值系統(tǒng)的基本原理和類型
5.4.2比值系數(shù)的計(jì)算
5.4.3比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.4.4比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定
5.4.5比值控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例
5.5選擇性控制系統(tǒng)
5.5.1選擇性控制基本原理
5.5.2 選擇性控制系統(tǒng)的類型
5.5.3選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題
5.5.4選擇性控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
5.6分程控制系統(tǒng)
5.6.1分程控制的工作原理和類型
5.6.2分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.6.3分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用
5.7雙重控制系統(tǒng)
5.7.1基本原理
5.7.2雙重控制系統(tǒng)性能分析
5.7.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的問題
5.7.4雙重控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
5.8差拍控制系統(tǒng)
5.8.1差拍控制系統(tǒng)概述
5.8.2最小拍控制算法
5.8.3大林控制算法
5.8.4 V.E.控制算法
5.9均勻控制系統(tǒng)
5.9.1均勻控制原理
5.9.2均勻控制的實(shí)現(xiàn)方案
5.10非線性過程控制系統(tǒng)
5.10.1常見非線性環(huán)節(jié)
5.10.2非線性增益補(bǔ)償
5.10.3非線性PID調(diào)節(jié)器
6. 先進(jìn)過程控制技術(shù)
6.1預(yù)測控制
6.1.1 簡單預(yù)測控制
6.1.2 模型預(yù)測控制
6.1.3 動態(tài)矩陣控制
6.1.4廣義預(yù)測控制
6.2自適應(yīng)控制
6.2.1 簡單自適應(yīng)控制
6.2.2 變增益自適應(yīng)控制
6.2.3 模型參考自適應(yīng)控制
6.2.4 自校正控制
6.3解耦控制
6.3.1 系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)
6.3.2 解耦控制
6.4模糊控制
6.4.1 模糊邏輯基礎(chǔ)
6.4.2 模糊控制
6.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
6.5.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述
6.5.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
6.6專家系統(tǒng)控制
6.6.1 專家控制系統(tǒng)概述
6.6.2 專家系統(tǒng)構(gòu)造
6.7 工業(yè)過程綜合自動化系統(tǒng)
6.7.1 綜合自動化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
6.7.2 綜合自動化系統(tǒng)的特性
6.7.3綜合自動化系統(tǒng)的工業(yè)過程應(yīng)用與發(fā)展趨勢
7. 典型過程單元控制
7.1過程設(shè)備的位置控制
7.1.1電機(jī)驅(qū)動位置控制
7.1.2液壓驅(qū)動位置控制
7.2流體輸送設(shè)備的控制
7.2.1泵的控制
7.2.2變頻調(diào)速器的控制
7.2.3壓縮機(jī)的控制
7.3傳熱設(shè)備的控制
7.3.1傳熱設(shè)備的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型
7.3.2一般傳熱設(shè)備的控制
7.3.3傳熱設(shè)備的熱焓與熱量控制方案
7.4工業(yè)爐窯的控制
7.4.1玻璃爐窯的控制
7.4.2燃燒式工業(yè)爐窯的控制
7.4.3水泥爐窯的控制
7.5化學(xué)反應(yīng)器的控制
7.5.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求
7.5.2化學(xué)反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性
7.5.3化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略
7.5.4化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案
8. 典型工業(yè)流程轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制
8.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備
8.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料和設(shè)備
8.1.2轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程概述
8.1.3轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本工藝制度
8.1.4轉(zhuǎn)爐煉鋼的控制技術(shù)
8.1.5 轉(zhuǎn)爐煉鋼的靜態(tài)控制
8.1.6 轉(zhuǎn)爐煉鋼的動態(tài)控制
8.1.7 轉(zhuǎn)爐煉鋼的全自動控制
8.2轉(zhuǎn)爐模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置
8.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
8.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
8.2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明
8.2.4 系統(tǒng)軟件配置
8.2.5 硬件設(shè)備
8.3 系統(tǒng)功能
8.3.1 冶煉計(jì)劃
8.3.2 入爐物料瀏覽
8.3.3 冶煉過程監(jiān)控
8.3.4 歷史過程查詢
8.3.5 化學(xué)成分
8.3.6 參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定與調(diào)整
8.3.7 物料概況瀏覽
8.3.8 設(shè)備維護(hù)日志
8.3.9 報表
8.3.10 系統(tǒng)管理
8.4轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝模型
8.4.1 轉(zhuǎn)爐煉鋼二級系統(tǒng)的模型概述
8.4.2 轉(zhuǎn)爐靜動態(tài)模型流程
8.4.3 冶煉過程監(jiān)控
8.4.4 轉(zhuǎn)爐的靜態(tài)模型
8.4.5 靜態(tài)模型建模原理
8.4.6 靜態(tài)模型建模步驟
8.4.7 靜態(tài)模型的變量
8.4.8 靜態(tài)模型建模的假設(shè)
8.4.9 靜態(tài)模型的建立
8.4.10 靜態(tài)模型的計(jì)算過程
8.5轉(zhuǎn)爐煉鋼動態(tài)模型
8.5.1 動態(tài)模型建模原理
8.5.2 動態(tài)模型建模步驟
8.5.3 動態(tài)模型的建立
8.6轉(zhuǎn)爐煉鋼計(jì)算機(jī)過程控制
8.6.1 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控信息
8.6.2 轉(zhuǎn)爐靜態(tài)模型計(jì)算流程
8.6.3 轉(zhuǎn)爐動態(tài)模型計(jì)算流程
9. 典型工藝流程帶鋼熱連軋過程控制
9.1帶鋼熱連軋概述
9.1.1工藝簡介
9.1.2設(shè)置軋線過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的目的
9.1.3軋線過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制范圍
9.1.4過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
9.2軋線過程計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)配置
9.2.1硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置
9.2.2軟件平臺
9.3帶鋼熱連軋過程控制主要功能
9.3.1物料跟蹤
9.3.2初始數(shù)據(jù)的輸入
9.3.3軋輥磨損和熱凸度模型
9.3.4粗軋?jiān)O(shè)定模型
9.3.5 精軋?jiān)O(shè)定模型
9.3.6 精軋溫度控制
9.3.7 精軋厚度控制
9.3.8 精軋板形控制
9.3.9 卷取溫度控制
9.3.10 卷取機(jī)本體控制
10. 基工業(yè)過程控制實(shí)踐
10.1簡單過程控制系統(tǒng)
10.2串級控制系統(tǒng)
10.3比值控制系統(tǒng)
10.4前饋控制系統(tǒng)
10.5純滯后系統(tǒng)
10.6解耦控制系統(tǒng)
10.7綜合實(shí)例
參考文獻(xiàn)
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