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吕武轩 著

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• 水工业
• 仪表
• 自动化
• 过程控制
• 传感器
• 流量测量
• 液位测量
• 水处理
• 工业自动化
• 数据采集

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122111852

版次：1

商品编码：10841744

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-10-01

页数：507

正文语种：中文

内容简介

《水工业仪表自动化》首先介绍了水质监测的基础知识，详尽介绍了各种水质监测仪器的原理、结构、使用经验与维护要点，之后阐述了经典与现代自动控制论基础知识、各种控制系统构成规则以及水处理典型工艺流程常用自动控制系统分析与设计要点，尤其侧重介绍了在现有水处理工程中大量采用的PID控制器特性及参数整定技巧，同时介绍了近年来发展的模糊控制、神经网络控制、无模型自适应控制、智能控制等先进控制算法的基本原理及其在水处理工艺过程优化控制中的应用，为实现将水污染防治工程与设施同测控技术装备融为一体、以信息化带动工业化的“两化合一”奠定技术基础。
《水工业仪表自动化》将水质监测仪器和自动控制理论与水处理工艺过程有机结合，有助于提高该行业技术人员的专业知识和技术水平。

目录

第1篇 水质监测仪器及水处理工程用仪器设备
第1章 检测技术基本知识
1.1 水处理过程中的监测仪器
1.2 检测仪器性能与技术指标
1.3 检测仪器的分类
1.4 检测仪表的组成
1.5 常用检测仪器的原理
1.5.1 电磁法
1.5.2 光学法
1.5.3 微波法
1.5.4 超声法

第2章 在线式水质监测仪器
2.1 引言
2.1.1 概述
2.1.2 在线水质分析仪器的发展
2.1.3 在线水质分析仪器在水处理工业中的应用
2.2 在线式水质常规参数检测仪
2.2.1 pH检测仪
2.2.2 ORP检测仪
2.2.3 电导率检测仪
2.2.4 在线式溶解氧检测仪
2.2.5 浊度/悬浮物浓度检测仪
2.2.6 多参数水质分析仪
2.3 在线式水质分析仪
2.3.1 化学需氧量在线分析仪
2.3.2 生化需氧量在线分析仪
2.3.3 总有机碳在线分析仪
2.3.4 氨氮在线分析仪
2.3.5 硝酸盐氮/亚硝酸盐氮在线分析仪
2.3.6 总氮在线分析仪
2.3.7 总磷在线分析仪
2.3.8 磷酸盐在线分析仪
2.3.9 钠离子在线分析仪
2.3.10 在线硅分析仪
2.3.11 六价铬在线分析仪
2.3.12 离子在线分析仪
2.3.13 余氯/总氯在线分析仪和二氧化氯在线分析仪
2.3.14 联氨在线分析仪
2.3.15 碱度在线分析仪
2.3.16 电极法臭氧在线分析仪
2.3.17 硬度在线分析仪
2.3.18 水中油在线分析仪
2.3.19 水质自动采样器
2.4 水质自动监测站
2.4.1 水质自动监测站的组成
2.4.2 水质自动监测站建设的技术要求
2.4.3 方案设计
2.4.4 数据采集�泊�理�部刂篇蚕允惊餐ㄑ断低�

第3章 水处理工程专用仪器和设备
3.1 水处理工程专用仪器
3.1.1 液位（水位)测量仪表
3.1.2 流速/流量测量仪表
3.1.3 流动电流检测器
3.1.4 污泥界面仪
3.1.5 污染指数SDI测试仪
3.1.6 荧光示踪剂浓度监测仪
3.1.7 沉降速度�采锨逡鹤嵌燃觳馄�
3.2 执行机构
3.2.1 计量泵
3.2.2 蠕动泵

第2篇 自动控制系统及其在水处理典型工艺中的应用
第4章 自动控制系统基本知识
4.1 概述
4.2 基本知识
4.2.1 自动控制系统的组成
4.2.2 反馈控制系统的分类
4.2.3 反馈控制系统性能评价
4.2.4 微分方程
4.2.5 传递函数
4.2.6 频率特性
4.2.7 单位阶跃响应
4.3 稳定性
4.3.1 定义
4.3.2 判定方法
4.3.3 稳定性判据
4.3.4 稳定余量
4.3.5 稳态偏差
4.4 动态品质分析
4.4.1 品质指标
4.4.2 分析方法
4.5 系统的校正
4.5.1 串联校正
4.5.2 局部反馈校正

第5章 自动控制系统
5.1 概述
5.2 自动控制系统的分类
5.3 自动控制系统的品质评价
5.3.1 静态特性与动态特性
5.3.2 自动控制系统的过渡过程和品质指标
5.4 控制对象的数学模型
5.4.1 静态（或稳态)数学模型
5.4.2 动态数学模型
5.4.3 软测量技术及软测量模型
5.5 控制器的控制规律
5.5.1 开关式控制
5.5.2 比例（P)控制
5.5.3 积分（I)作用和比例+称分（PI)控制
5.5.4 微分（D)作用和比例+徽分（PD)控制
5.5.5 比例+积分+微分（PID)控制
5.5.6 离散比例积分微分控制
5.6 控制器参数的经验整定
5.6.1 PID控制系统动态品质评价
5.6.2 PID控制器参数整定
5.7 PID性能改善
5.7.1 概述
5.7.2 自整定或自调谐
5.8 常规控制系统
5.8.1 简单控制系统
5.8.2 复杂控制系统
5.9 先进控制
5.9.1 概述
5.9.2 预测控制
5.9.3 推断控制
5.9.4 双重控制
5.9.5 解耦控制
5.9.6 自适应控制
5.9.7 滞后补偿控制
5.9.8 智能控制
5.10 其他类型控制模式
5.10.1 无模型自适应控制技术
5.10.2 通用模型控制
5.10.3 内模控制
5.10.4 模型差动极值调节系统

第6章 水处理单元操作自动化
6.1 概述
6.2 pH控制
6.2.1 概述
6.2.2 工业废水中和处理过程pH模糊控制
6.2.3 污水处理中和反应过程pH控制
6.2.4 湿法烟气脱硫装置中的pH控制
6.2.5 阴阳床再生污水pH控制
6.2.6 乙烯装置急冷水pH先进控制
6.2.7 油田污水处理pH模糊控制
6.2.8 酸性工业废水中和处理pH控制
6.2.9 工业废水电絮凝一体化装置pH控制
6.3 ORP控制
6.3.1 ORP控制SBR曝气风量
6.3.2 泳池水处理自动加药
6.3.3 含氰、铬电镀废水处理ORP控制
6.4 电导率（电阻率）控制
6.4.1 循环冷却水水质监测与浓缩倍数自动保持系统
6.4.2 锅炉供水化学净化过程极值控制
6.5 混凝投药控制技术及应用
6.5.1 现有技术
6.5.2 定量分析絮体形状及混凝剂加注量自动调节
6.5.3 沉降速度�渤吻逡鹤嵌燃觳馄饔胄跄�剂优化投加系统
6.5.4 絮凝剂投加量最佳控制
6.6 溶解氧自动控制系统
6.6.1 锅炉供水除氧剂自动投加与溶解氧控制系统
6.6.2 曝气过程溶解氧自动控制系统
6.7 循环冷却水自动加药系统
6.7.1 概述
6.7.2 空调循环冷却水系统平衡计算
6.7.3 循环冷却水质测控技术要求
6.7.4 循环冷却水系统现行水质测控方案比较
6.7.5 中央空调循环冷却水水质测控成套设备
6.7.6 工业循环冷却水水质测控系统
6.8 次氯酸钠/二氧化氯自动加药及余氯控制
6.8.1 次氯酸钠消毒
6.8.2 二氧化氯消毒
6.8.3 常用加药方式
6.8.4 自动加药应用实例
6.9 锅炉炉水协调磷酸盐�瞤H值控制
6.9.1 工艺要求
6.9.2 数学模型
6.9.3 投加药剂原则
6.9.4 自动加药方案
6.10 多参数控制及先进控制
6.10.1 废水处理工艺过程神经网络智能控制
6.10.2 生物电极脱氮工艺模糊控制
6.10.3 用化学法强化生物除磷的优化控制
6.10.4 氨氮与硝酸盐氮控制
6.10.5 由磷酸盐和总磷分析仪构成的优化控制系统
6.10.6 污泥龄自动控制系统
6.10.7 污泥回流控制
6.10.8 分段曝气溶解氧控制
6.10.9 碳源投加控制
6.11 反渗透装置控制
6.11.1 概述
6.11.2 反渗透电控系统技术要求
6.12 PLC、DCS、FCS、SCADA、WSN
6.12.1 PLC、DCS、FCS
6.12.2 SCADA
6.12.3 现场总线在污水处理厂控制系统中的应用
6.12.4 无线传感器网络的现状与趋势

第3篇 工程应用
第7章 污水处理工艺过程优化控制系统
7.1 污水处理过程建模
7.1.1 基于机理模型的出水水质指标
7.1.2 基于软测量模型的出水水质指标
7.1.3 入水水量及水质预测模型
7.2 污水处理过程优化控制
7.2.1 入水流量优化控制
7.2.2 溶解氧浓度优化控制
7.2.3 溶解氧仿人智能控制应用
7.2.4 污泥浓度回路控制
7.3 污水处理过程异常工况诊断
7.3.1 污泥膨胀预测
7.3.2 工业毒水诊断

第8章 水工业仪表自动化技术发展趋势
8.1 污水处理厂综合自动化系统
8.1.1 城市污水处理厂存在的问题
8.1.2 综合自动化系统的体系结构
8.1.3 综合自动化系统功能描述
8.2 无线技术在污水处理行业的应用
8.2.1 污水处理厂有线通讯方式存在的问题
8.2.2 无线技术在污水处理厂的应用
8.2.3 无线技术在城市污水处理系统的应用
8.3 污水处理过程故障诊断
8.3.1 故障诊断技术应用的必要性
8.3.2 故障诊断技术简介
8.3.3 污水处理工艺流程故障诊断方法
8.3.4 故障诊断专家系统
8.4 智能仪表在污水处理厂的应用
8.4.1 智能仪表的特点
8.4.2 智能仪表的结构
8.4.3 智能仪表的发展趋势
8.4.4 智能仪表在污水处理厂的使用
附录 部分在线式水质监测仪器
参考文献

工业过程控制与优化技术 本书深入探讨了现代工业生产过程中至关重要的过程控制理论、先进控制策略以及系统优化方法。内容涵盖了从基础的传感器技术、执行器原理到复杂的分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的架构与应用。 第一部分：过程控制基础理论 本部分为读者打下坚实的控制理论基础。 第一章：工业过程的特性与建模 详细分析了化工、冶金、能源等典型工业过程的动态特性，如惯性、纯滞后、非线性和时变性。重点讲解了如何利用一阶、二阶常微分方程模型描述这些过程，并介绍了针对复杂系统的辨识方法，包括脉冲响应法、阶跃响应法以及基于频率响应的辨识技术。还包括了模型降阶与简化在实际工程中的应用策略。 第二章：经典反馈控制原理 系统阐述了PID控制器的工作原理、结构组成及其在工业现场的实现方式。深入剖析了PID参数的整定方法，包括Ziegler-Nichols方法、带有多重限制的最小二乘法（LMS）以及基于模型的模拟整定技术。讨论了前馈控制、串级控制以及比值控制等高级经典控制结构的设计与应用，并分析了这些结构如何有效改善过程响应速度和抗扰动能力。 第三章：过程安全与可靠性 本章聚焦于工业控制系统（ICS）的安全运行。内容涉及过程安全仪表系统（SIS）的设计标准，如IEC 61508和IEC 61511的要求。详细讲解了安全完整性等级（SIL）的确定流程，包括危害和可操作性分析（HAZOP）以及风险评估技术。同时，探讨了控制回路的故障诊断与隔离技术，确保系统在发生异常情况时能进入安全状态。 第二部分：先进过程控制（APC）技术 本部分转向更复杂、更高效的控制策略，以应对高精度、高能效的生产需求。 第四章：模型预测控制（MPC） 作为现代化工和石油工业的核心技术，MPC被详尽阐述。从其基本原理——在线优化、滚动时域计算出发，系统介绍了MPC的数学基础，包括线性MPC（LMPC）的二次规划（QP）求解方法以及非线性MPC（NMPC）的实时优化挑战与解决方案。特别关注了MPC在多变量耦合过程（如精馏塔控制）中的应用案例分析，以及如何处理约束条件（输入约束和状态约束）。 第五章：先进状态估计与软测量 在许多工业应用中，关键过程变量（如产品质量指标）难以在线直接测量。本章介绍了状态估计技术，特别是卡尔曼滤波（Kalman Filter）及其扩展形式（EKF, UKF）在噪声数据处理和状态重构中的应用。详细讨论了软测量（Soft Sensing）技术，包括基于统计学的偏最小二乘（PLS）模型和基于神经网络的智能软测量模型的构建、验证与部署。 第六章：自适应与鲁棒控制 针对过程参数时常变化的系统，本章探讨了如何设计具有自适应能力的控制器。内容涵盖参数自整定控制、基于模型的自适应控制（MRAC）以及切换控制策略。鲁棒控制理论部分，侧重于$H_{infty}$控制器的设计，分析了如何保证控制器在模型不确定性存在时的性能和稳定性。 第三部分：工业控制系统架构与集成 本部分关注控制系统的工程实现、数据管理与集成。 第七章：分布式控制系统（DCS）与PLC/PAC 详细对比了DCS和PLC/PAC（可编程自动化控制器）的架构特点、适用范围和集成方法。重点解析了现代DCS的层次结构，包括操作员站、工程师站、控制服务器和现场总线。讨论了如何利用PAC实现更快速、更灵活的逻辑控制和运动控制任务的集成。 第八章：现场总线与工业以太网 全面介绍了用于现场设备通信的各类标准，如PROFIBUS DP/PA、FOUNDATION Fieldbus以及现代工业以太网协议（如Profinet和EtherNet/IP）。分析了这些通信方式在数据传输速率、实时性、诊断能力和网络安全性方面的优缺点，并指导读者如何根据应用需求选择合适的总线技术。 第九章：控制系统的数据管理与网络安全 随着工业4.0的推进，数据采集与分析变得至关重要。本章介绍了数据采集与监视控制系统（SCADA）的数据结构、历史数据库（Historian）的应用。同时，系统地阐述了针对工控网络的安全威胁（如恶意软件和DDoS攻击）的防御策略，包括网络分段、访问控制列表（ACLs）的配置以及操作员安全意识培训。 第四部分：过程优化与智能制造 本部分探讨了如何利用控制和优化技术提升整体生产效率和经济效益。 第十章：实时优化（RTO）与经济性分析 本章将过程控制提升到经济效益层面。介绍了实时优化器的基本结构，该优化器通常运行在APC层之上，利用实时过程数据，根据经济模型（如原料成本、能源价格、产品售价）计算出最优的设定点。详细解析了如何构建和求解线性规划（LP）或非线性规划（NLP）模型以实现经济效益最大化。 第十一章：高级过程控制系统的性能评估与维护 控制系统投入运行后，持续的性能监控至关重要。本章介绍了衡量控制性能的指标，如误差均方根（RMSE）、积分绝对误差（IAE）和过程变异系数。讲解了如何利用专门的性能监控软件进行基线建立、趋势分析和异常报警管理，确保控制器始终处于最佳工作状态。 第十二章：机器学习在过程优化中的应用 探讨了如何将新兴的机器学习技术融入传统的过程控制和优化框架。内容包括利用深度学习预测设备健康状态（预测性维护）、利用强化学习训练新型控制策略，以及如何将AI模型输出的预测结果作为先进控制器的输入，实现更精细的智能控制。 本书旨在为控制工程师、过程设计师以及相关领域的研究人员提供一个全面、深入且高度实用的技术参考，帮助他们掌握和应用前沿的工业过程控制与优化技术，以应对日益复杂的现代工业挑战。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，学习一门技术，最重要的就是要能够“落地”。而《水工业仪表自动化》这本书，正是做到了这一点。它没有空洞的理论，而是充满了具体的工程实例和操作指南。书中对每一个仪表的工作原理、技术参数、选型原则，以及在不同水处理环节的应用，都进行了非常细致的介绍。我喜欢它对各种自动化控制策略的讲解，比如PID控制、模糊控制等，并结合实际案例说明它们在水工业中的应用效果。书中还详细介绍了仪表与PLC、DCS等控制系统的接口和通信方式，以及如何进行组态和编程，这对于我这样需要进行系统集成和调试的技术人员来说，是极其宝贵的资料。此外，书中还涉及了一些仪表供应商和产品的介绍，虽然不是广告，但能够让我对市场上的主流产品有一个大致的了解，这对于我的实际工作非常有参考价值。总而言之，这是一本非常“实用派”的书籍，强烈推荐给所有从事水工业相关工作的同仁。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我当初选择这本书，更多的是因为我工作中的一些实际问题需要解决，我对仪表自动化领域算是个初学者。但《水工业仪表自动化》这本书却给了我远超预期的惊喜。它的叙述风格非常务实，完全是站在解决实际问题的角度来展开的。书中充满了各种各样的“怎么办”，比如“如何提高流量测量的精度”、“如何防止pH仪表漂移”、“如何实现远程监控与故障诊断”等等。对于每一个问题，作者都给出了清晰的分析和可操作的建议。我尤其欣赏书中关于仪表防爆、防腐、防潮等安全和防护措施的讲解，这些细节对于在复杂的水工业环境中工作的我们来说至关重要。此外，书中还引用了大量行业标准和规范，使得书中的内容更具权威性和指导意义。读完这本书，我感觉自己掌握了一套实用的工具箱，能够更有信心地去应对工作中的各种挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师在娓娓道来。作者的文笔非常优美，虽然是技术类的书籍，但读起来一点也不枯燥乏味，反而充满了人文关怀。他能够将仪表和自动化系统的“冷冰冰”的技术，与水资源的珍贵、环境保护的重要性联系起来，让我深刻体会到仪表自动化在保障民生、促进可持续发展中的巨大价值。书中对于一些历史上的经典仪表和自动化技术的演变过程也进行了回顾，这让我对这个领域有了更深层次的理解。我还特别喜欢书中关于未来水工业自动化发展方向的展望，例如智能化、绿色化、精细化等，这些都为我提供了新的思考角度和研究方向。这本书的阅读体验非常愉悦，让我不仅学到了知识，更升华了对这个行业的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的视角非常独特，它并没有局限于单纯的技术层面，而是将仪表自动化放在了整个水工业的宏观视角下进行审视。我喜欢它在介绍各种仪表的同时，能够深入剖析它们在水处理过程中所扮演的关键角色，以及如何通过自动化系统实现对水质、水量、能耗等指标的精准控制。书中对于不同水处理工艺，如给水处理、污水处理、中水回用等，都给出了相应的自动化解决方案和仪表配置建议，这对于我理解不同工艺的需求和优化具有非常大的帮助。特别是关于数据采集、传输和处理的部分，它详细介绍了SCADA系统、PLC、DCS等在水工业中的应用，以及如何构建一个高效可靠的自动化监控网络。书中还探讨了物联网、大数据等新兴技术在水工业仪表自动化中的发展趋势，这让我看到了行业未来的广阔前景。这本书的作者显然对水工业有着深刻的理解和丰富的实践经验，他能够将复杂的概念梳理得井井有条，并以一种非常具有启发性的方式呈现出来，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本《水工业仪表自动化》绝对是我近期读过的最有价值的专业书籍之一。一开始我只是带着略微的好奇心翻开它，想着大概了解一下水处理过程中的那些“小玩意儿”是如何工作的，没想到很快就被深深吸引。书中对各类仪表，从基础的压力、温度、流量传感器，到更复杂的液位计、PH计，甚至包括水质监测仪，都进行了非常详尽的阐述。它没有那种枯燥的堆砌理论，而是将复杂的原理用通俗易懂的语言解释清楚，并且大量结合了实际应用的案例。我尤其喜欢书中关于仪表选型、安装、校验和维护的章节，这些内容对于一线操作人员和技术人员来说简直是宝藏。它教会我如何根据不同的工况选择最合适的仪表，如何保证仪表的精度和稳定性，以及在出现故障时如何快速有效地排查和解决。书中的插图和图表也非常精美，清晰地展示了仪表的结构和工作原理，让我这个非专业出身的人也能轻松理解。读完这本书，我感觉自己对水工业自动化有了全新的认识，不再仅仅是看到那些冰冷的仪器，而是能够理解它们背后蕴含的科学原理和工程智慧。