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 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
• 工程應用
• PID控製
• DCS
• PLC
• 過程儀錶

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512307940

商品編碼：29729300125

包裝：平裝

齣版時間：2010-11-01

基本信息

書名:過程控製係統及工程應用

定價：25.00元

售價：17.5元,便宜7.5元,摺扣70

作者:蔡大泉 ... 著

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2010-11-01

ISBN：9787512307940

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.259kg

編輯推薦

內容提要

本書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。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。
　　本書側重理論聯係實際，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
章 緒論
　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
　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
　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
　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
　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
　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
　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
　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

作者介紹

文摘

序言

《現代化工過程優化與控製》 簡介 本書旨在為讀者提供一個關於現代化工過程優化與控製的全麵而深入的視角。在日新月異的工業技術浪潮中，化工行業的持續發展與進步，很大程度上依賴於其對生産過程的精細化管理和智能化調控。本書正是在這樣的背景下應運而生，力求係統性地梳理化工過程控製的核心理論，並將其與前沿的優化技術相結閤，為工程實踐提供切實可行的指導。 本書的編寫，首先強調的是理論的紮實根基。我們將從經典的控製理論齣發，例如PID控製、狀態空間法、模型預測控製（MPC）等，深入剖析其基本原理、數學模型以及在化工過程中的適用性。然而，本書並非止步於經典理論的復述。我們更著力於探索這些理論在現代化工生産中的演變與發展，以及如何剋服實際生産中遇到的挑戰，如非綫性、時滯、不確定性等。 在理論部分，我們將詳細闡述不同控製策略的優劣勢，並結閤具體的化工單元操作，如反應器、精餾塔、換熱器等，演示如何根據過程特性選擇和設計閤適的控製器。例如，對於高階、強耦閤的反應過程，模型預測控製將是重要的論述對象。我們將深入探討其模型構建、優化求解以及在應對動態變化方麵的優勢。同時，對於一些難以建立精確模型的過程，我們將介紹基於數據驅動的控製方法，如模糊邏輯控製、神經網絡控製等，展示它們如何利用曆史數據和經驗知識實現有效的控製。 本書的另一核心內容，是優化技術在化工過程中的集成應用。優化並非僅僅是為瞭實現某個單一指標的最優，而是要綜閤考慮經濟效益、能源消耗、環境保護、産品質量以及操作安全性等多個維度。我們將介紹一係列常用的優化算法，包括綫性規劃、非綫性規劃、整數規劃、遺傳算法、粒子群優化等，並詳細說明它們在化工過程中的具體應用場景。 例如，在生産計劃的製定方麵，本書將探討如何通過優化算法來確定最佳的生産調度、物料分配和設備運行策略，以最大化利潤或最小化成本。在過程操作的優化方麵，我們將介紹如何利用優化技術來尋找最佳的操作參數，如反應溫度、壓力、流量、停留時間等，以提高産率、降低能耗，並減少副産物的生成。此外，本書還將關注如何通過實時優化技術，使過程在動態變化的環境中始終保持在最優或近優狀態，從而提高整體的經濟效益和競爭力。 本書在內容編排上，力求理論與實踐的緊密結閤。每個理論章節之後，都會配有精心設計的工程案例研究。這些案例取材於真實的化工生産場景，涵蓋瞭石油化工、精細化工、製藥、食品等多個領域。通過對這些案例的深入分析，讀者可以直觀地理解理論知識的實際應用，掌握如何將抽象的控製策略轉化為具體的工程設計和操作規程。 在案例研究部分，我們不僅會展示如何應用所學的控製和優化技術來解決具體問題，還會討論在實際工程中可能遇到的挑戰，例如傳感器噪聲、執行器延遲、模型失配、以及如何進行係統辨識和參數整定等。我們將引導讀者思考如何在復雜多變的生産環境中，做齣閤理而有效的決策。 本書特彆關注當前化工行業麵臨的緊迫課題，如綠色化工和可持續發展。我們將探討如何利用先進的控製和優化技術，實現節能減排，降低汙染物排放，提高資源利用效率。例如，通過優化反應條件，減少副産物和廢棄物的産生；通過智能控製，降低能源消耗；通過過程集成，實現能量的梯級利用。 此外，本書還對化工過程控製的未來發展趨勢進行瞭展望。我們將介紹人工智能、大數據分析、物聯網（IoT）、數字孿生等新興技術在化工過程控製與優化中的潛在應用，以及它們將如何重塑未來的化工生産模式。例如，利用大數據分析進行故障診斷和預測性維護；構建數字孿生模型，進行虛擬仿真和遠程監控；應用人工智能實現自適應和自主控製。 本書的目標讀者群體廣泛，包括但不限於： 化工專業本科生和研究生： 為他們提供紮實的理論基礎和前沿的工程視野，為未來的科研和工程實踐打下堅實基礎。 化工企業從事過程控製、自動化、工藝設計和生産管理的工程師： 為他們提供解決實際生産問題的工具和方法，提升生産效率和經濟效益。 從事相關領域科研和教學的專傢學者： 作為一本參考書，提供最新的研究動態和理論進展。 對現代化工過程控製與優化感興趣的讀者： 幫助他們係統地瞭解該領域的核心概念和應用。 本書的編寫團隊匯聚瞭在化工過程控製與優化領域具有豐富理論和實踐經驗的專傢。他們緻力於將復雜的概念以清晰易懂的方式呈現給讀者，並確保內容的科學性和前沿性。 我們相信，《現代化工過程優化與控製》將成為一本 invaluable 的參考書，為推動化工行業的智能化、綠色化和可持續發展貢獻力量。閱讀本書，您將獲得理解和駕馭復雜化工過程的能力，從而在不斷發展的工業環境中取得成功。 第一章 緒論 本章將首先介紹化工過程控製與優化的重要性及其在現代工業中的地位。我們將闡述化工過程的復雜性，以及精確控製和智能優化對於提升生産效率、保證産品質量、降低生産成本、保障安全環保的關鍵作用。 1.1 化工過程控製的意義與挑戰 化工生産的特點：連續性、復雜性、耦閤性、非綫性。 過程控製的目標：穩定性、精確性、經濟性、安全性、環保性。 傳統控製方法麵臨的挑戰：模型不確定性、環境變化、多變量耦閤。 1.2 過程優化在化工中的應用 優化控製與監控的協同。 經濟效益驅動的優化：産量最大化、成本最小化。 資源與環境約束下的優化：節能減排、可持續發展。 1.3 本書的研究內容與結構安排 本書的核心理論與技術概述。 工程應用與案例研究的介紹。 未來發展趨勢的展望。 1.4 相關術語定義與符號約定 對本書中齣現的關鍵術語進行解釋。 統一本書使用的數學符號與約定。 第二章 化工過程建模基礎 紮實的模型是設計有效控製策略和優化算法的前提。本章將深入探討化工過程建模的常用方法。 2.1 質量守恒與能量守恒方程 化工過程的基本物理原理。 建立連續和間歇過程的質量平衡方程。 建立能量平衡方程，考慮相變與反應熱。 2.2 動量守恒方程與傳質傳熱方程 流體力學在過程建模中的應用。 傳質與傳熱過程的數學描述。 化工單元操作的典型模型：反應器、精餾塔、換熱器等。 2.3 經驗模型與統計模型 當第一性原理模型難以建立或過於復雜時，經驗模型的作用。 基於曆史數據的迴歸分析模型。 時間序列模型，如ARIMA模型。 2.4 非綫性與時滯模型的處理 化工過程中常見的非綫性現象及其建模方法，如泰勒展開、分段綫性化。 過程時滯的識彆與建模。 2.5 模型辨識 模型參數的估計方法。 基於輸入輸齣數據的模型辨識技術。 模型驗證與評估。 第三章 PID控製及其改進 PID控製器作為最基礎也是最廣泛應用的控製器，在本章將進行詳細的講解。 3.1 PID控製器原理與結構 比例（P）、積分（I）、微分（D）環節的作用。 連續與離散PID控製器的數學錶達式。 3.2 PID控製器參數整定方法 經驗整定法：試湊法、Ziegler-Nichols方法。 模型參數整定法：內模控製（IMC）整定。 基於性能指標的優化整定。 3.3 PID控製器的應用局限與改進 在非綫性、時變、多變量係統中的不足。 抗積分飽和、抗微分穿透等改進策略。 增量式PID、位置式PID。 3.4 串級控製、前饋控製與比值控製 提升控製性能的輔助控製結構。 在化工過程中的典型應用案例。 第四章 狀態空間控製理論 本章介紹更具普適性的現代控製理論——狀態空間法。 4.1 狀態空間模型 連續與離散狀態空間方程。 狀態變量的選擇與意義。 4.2 可控性與可觀測性 判斷係統是否可以通過輸入進行控製。 判斷係統狀態是否可以通過輸齣進行估計。 可控規範型與可觀測規範型。 4.3 反饋控製律設計 極點配置（Placement）原理。 狀態反饋增益矩陣的計算。 綫性二次型調節器（LQR）。 4.4 狀態觀測器設計 卡爾曼濾波器（Kalman Filter）。 Luenberger觀測器。 4.5 在化工過程中的應用 多變量係統的控製。 處理耦閤係統。 第五章 模型預測控製（MPC） MPC是現代化工過程控製的核心技術之一，本章將進行深入剖析。 5.1 MPC的基本原理 預測模型、滾動優化、反饋校正。 性能指標函數（Cost Function）。 約束處理。 5.2 綫性MPC 綫性係統模型下的MPC實現。 二次型規劃（QP）求解。 5.3 非綫性MPC 非綫性係統模型與非綫性優化。 求解非綫性規劃（NLP）麵臨的挑戰。 5.4 MPC在化工過程中的典型應用 精餾塔、反應器、管網係統的控製。 考慮操作約束與安全限製。 5.5 MPC的魯棒性與自適應性 應對模型不確定性。 模型更新與自適應MPC。 第六章 數據驅動的控製方法 當精確模型難以獲得時，數據驅動方法成為重要的替代方案。 6.1 模糊邏輯控製 模糊集閤與模糊規則。 模糊化、模糊推理、反模糊化。 在化工過程中的應用，如溫度、壓力控製。 6.2 神經網絡控製 神經元模型與網絡結構。 反嚮傳播算法（BP）。 基於神經網絡的預測與控製。 6.3 強化學習在過程控製中的應用 智能體、環境、奬勵。 Q-learning、Deep Q-Network (DQN)。 在復雜動態係統中的潛力。 6.4 混閤控製策略 結閤模型控製與數據驅動控製的優勢。 第七章 化工過程優化技術 本章介紹將優化算法應用於化工生産各個環節。 7.1 優化問題的數學描述 目標函數、約束條件。 連續變量與離散變量。 7.2 綫性規劃（LP） 單純形法。 在生産調度、資源分配中的應用。 7.3 非綫性規劃（NLP） 梯度下降法、牛頓法。 序列二次規劃（SQP）。 在過程操作參數優化中的應用。 7.4 混閤整數規劃（MIP） 整數變量的優化。 在生産計劃與設備選型中的應用。 7.5 啓發式算法 遺傳算法（GA）、粒子群優化（PSO）。 在復雜、非凸優化問題中的應用。 第八章 過程優化與控製的集成 將優化與控製相結閤，實現更高級彆的自動化。 8.1 優化與控製的層次結構 實時優化（Real-Time Optimization, RTO）。 先進過程控製（Advanced Process Control, APC）。 生産計劃與調度。 8.2 實時優化係統設計 模型庫、求解器、數據庫。 在綫數據采集與處理。 與APC係統的交互。 8.3 案例研究：某大型煉廠的RTO係統 目標設定、模型構建、求解與結果分析。 經濟效益評估。 8.4 動態優化 考慮過程動態變化的優化。 第九章 綠色化工過程控製與優化 聚焦於可持續發展與環境保護。 9.1 節能減排的控製策略 優化能源利用效率。 減少副産物與廢棄物生成。 9.2 環境監測與控製 汙染物排放的在綫監測與反饋控製。 廢水、廢氣處理過程的優化。 9.3 綠色化學過程的設計與控製 采用環境友好型催化劑與溶劑。 開發原子經濟性高的反應。 9.4 案例研究：某化工廠的“三廢”治理優化 第十章 未來發展趨勢與展望 10.1 人工智能與機器學習在過程控製中的應用 深度學習的潛力。 可解釋AI。 10.2 大數據分析與預測性維護 從海量數據中挖掘價值。 設備故障的提前預警。 10.3 物聯網（IoT）與工業4.0 互聯互通的化工生産。 遠程監控與操作。 10.4 數字孿生（Digital Twin）技術 虛擬模型的實時同步。 仿真優化與風險評估。 10.5 自主運行與自優化係統 未來化工生産的終極目標。 參考文獻 索引

評分☆☆☆☆☆

我最近在進行一個老舊設備升級改造項目，急需一本能快速將理論與現場故障排查相結閤的書籍。《過程控製係統及工程應用》在這一點上做得非常齣色。這本書的章節布局非常注重“工程化”的思維。它不是按照學科的邏輯順序來排布，而是更傾嚮於按照一個典型的項目實施流程來組織內容：從需求分析、現場儀錶選型、係統集成、調試優化，到最後的運行維護和故障診斷。書中關於“儀錶選型中的環境適應性”和“控製閥動態響應的現場標定”的描述，簡直就是一份寶貴的現場操作手冊。我特彆是對其中關於“接地和電磁兼容性（EMC）”的章節印象深刻，很多控製問題歸根結底都與現場的電氣環境有關，這本書把這些容易被理論書籍忽略的“髒活纍活”講得清清楚楚，並給齣瞭實用的規避方案。這本書的價值不在於它教你如何推導齣傅裏葉級數，而在於它告訴你，在淩晨三點係統報警時，該如何迅速定位是傳感器漂移還是控製算法超調，並如何利用係統日誌進行有效的迴溯分析。

評分☆☆☆☆☆

作為一名專門負責安全儀錶係統（SIS）設計的人員，我原本對這種“通用”的過程控製書籍抱著觀望態度，擔心其內容會過於偏重傳統的模擬控製。然而，《過程控製係統及工程應用》卻給瞭我一個驚喜。它雖然基礎紮實，但對現代化的工業網絡和信息安全也有所涉獵。書中關於“現場總綫技術（Fieldbus）”的對比分析非常客觀，尤其是對工業以太網和時間敏感網絡（TSN）在控製係統中的應用前景進行瞭探討，這讓我看到瞭傳統控製嚮工業4.0過渡的路徑。更重要的是，它在討論控製係統可靠性時，將功能安全（Safety Integrity Level, SIL）的要求融入瞭整個設計流程的討論中，而不是孤立地作為一個附錄存在。這種將實時控製性能與安全冗餘設計深度融閤的視角，極大地拓寬瞭我的思路。這本書的圖錶質量也值得稱贊，那些復雜的邏輯圖和時序圖清晰明瞭，極大地降低瞭理解高階概念的認知負擔。

評分☆☆☆☆☆

購買《過程控製係統及工程應用》的初衷是為瞭係統學習一下不同控製模式的切換邏輯。這本書對“升降溫過程”和“液位級聯控製”這兩種經典案例的剖析，簡直是教科書級彆的範本。它通過對不同參數的敏感度分析，清晰地論證瞭為什麼在某些工況下，比例控製會引發振蕩，而加入積分項後係統會變得緩慢且容易超調，最後引齣更優的解耦或前饋補償策略。我發現它在闡述“控製效果的量化評估”方麵下瞭很大功夫，書中給齣的各種性能指標（如IAE, ITAE）的應用場景描述非常具體，讓人不再是盲目地追求“最小誤差”，而是根據生産目標來選擇最閤適的優化目標函數。這本書的語言風格偏嚮於嚴謹的學術論述，邏輯性極強，閱讀體驗上更像是在啃一本高階的專業文獻，需要保持高度的專注力。但正是這種毫不含糊的嚴謹，保證瞭它所傳授的知識是經得起現場實踐反復檢驗的硬核乾貨。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，初翻《過程控製係統及工程應用》時，我有點被它的專業性震懾住瞭。這絕不是那種泛泛而談、隻列舉概念的入門讀物。它更像是為資深工程師準備的一本“武功秘籍”。書中對控製迴路的動態特性分析細緻入微，對各種非綫性環節的處理技巧，比如死區、飽和和 Backlash，都有專門的章節進行深度剖析，並且提供瞭非常具體的軟件仿真和硬件實現上的考量。特彆是關於先進控製部分，例如模型預測控製（MPC）的介紹，它不僅講瞭理論基礎，還詳細對比瞭不同預測模型在計算資源消耗和控製精度上的權衡，這在很多同類書籍中是看不到的。我感覺作者在撰寫過程中，可能就是坐在控製室裏，一邊看著實時數據圖錶，一邊寫下的這些經驗之談。唯一美中不足的是，對於一些入門讀者來說，前麵對拉普拉斯變換和狀態空間法的迴顧可能略顯倉促，如果能再增加一些針對性的工程背景的復習題，那就更完美瞭，不過對於我們這些有一定基礎的人來說，它提供的知識密度和深度，絕對是物超所值。

評分☆☆☆☆☆

這本厚重的《過程控製係統及工程應用》剛拿到手，我就被它紮實的理論深度和極強的實操性吸引住瞭。書裏的內容編排得非常有條理，從最基礎的係統架構、傳感器與執行器的原理講起，逐步深入到復雜的PID控製算法優化、多變量控製策略的應用，最後還專門闢齣瞭一大章講解瞭現代工廠中常見的DCS和PLC係統的集成與維護。作者顯然對工業現場有著深厚的理解，書中大量的案例分析，比如化工反應器的溫度控製、精餾塔的壓力平衡等，都配有詳細的數學模型推導和實際參數設置的建議，這對於我們這些剛接觸過程控製的工程師來說，簡直是打開瞭一扇門。我尤其欣賞它對“魯棒性”和“自適應控製”這些前沿概念的闡述，不是簡單地堆砌公式，而是結閤實際的工業噪聲和時變特性進行深入剖析，讓人能真正理解為何在特定工況下需要選擇某種控製方案。讀完前幾章，我已經開始嘗試用書中的方法來優化我目前手頭上的一個老舊批次控製流程，那種從書本知識到實際生産力轉化的感覺，非常踏實。這本書絕對是教科書級彆的參考資料，值得反復研讀，並作為案頭必備工具書。