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轻化工过程自动化与信息化 版权信息
- ISBN：9787518435814
- 条形码：9787518435814 ; 978-7-5184-3581-4
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
轻化工过程自动化与信息化 本书特色
这是一本造纸专业和轻化工程专业经典教材，能够理论与实践充分融合，把高深的自动化过程娓娓道来，使得教学更容易。
轻化工过程自动化与信息化 内容简介
《轻化工过程自动化与信息化（第三版）》是在原普通高等教育“十一五”国家级规划教材《制浆造纸过程自动测量与控制（第二版）》的基础上修订升级。原教材从1991年中国轻工业出版出版后，经过了二次修订出版，2009年成为“十一五”国家级规划教材，二十多年来一直是我国有关高校轻化工（制浆造纸工程）专业的必修课教材,也是工程技术人员的参考书, 2014年获“中国轻工业优秀教材―等奖”。经过二十多年的发展，自动化和信息化技术出现了许多新概念、新理论和新技术，并且在制浆造纸生产过程和其它轻化工行业中得到应用。本次教材修订升级将及时根据生产过程自动化信息化的新概念、新理论和新技术等更新教材内容。 另外，《轻化工过程自动化与信息化（第三版）》的主编和参编者，均为教授级教师，长期以来在与本教材（课程）内容相关的教学科研**线工作，而且大都是原教材的参编者,既有丰富的教学经验和体会，又了解学科前沿，有较深厚的学术基础。因此，本教材将着力打造精品教材。 面向工业4.0时代的到来，工业生产将向自动化、信息化和智能化方向发展，现代信息化技术与造纸工业深度融合，是造纸工业转型升级必由之路。
轻化工过程自动化与信息化 目录
目 录
**章 导论 1
**节 生产过程自动化发展概况 1
一、自动控制理论的发展概况 2
二、过程自动化技术发展概况 3
第二节 企业信息化 4
一、数据、信息与知识之间的演变 5
二、企业信息化的架构 6
第三节 企业智能化 8
一、第四次工业革命 8
二、企业智能化的基本含义与组成框架 9
思考题 11
参考文献 11
第二章 简单自动控制系统 12
**节 自动控制系统的概念 12
一、自动控制是人工控制的模仿与发展 12
二、自动控制系统的基本概念及特点 13
三、简单控制系统的工作过程 15
第二节 自动控制系统的过程特性及控制质量指标 17
一、自动控制系统的静态动态和过渡过程 17
二、自动控制系统的控制质量指标 18
三、影响自动控制系统控制质量指标的主要因素 20
第三节 PID控制器特性与选用 21
一、控制器的基本组成 21
二、 控制器的特性 21
三、PID控制器的特性及选用 26
第四节 执行器的特性与选用 28
一、控制阀的构成与选择 28
二、变频执行器的控制原理与选用 36
三、智能控制阀 37
第五节 过程控制系统的工程设计概述 37
一、过程控制系统工程设计的内容 37
二、简单控制系统的方案设计 38
三、过程控制系统工程设计的图例与符号 40
第六节 控制器的变量整定及简单控制系统的投运 43
一、控制器的变量整定 44
二、控制系统的投运 47
思考题 48
参考文献 50
第三章 过程特性及其数学模型的建立 51
**节 机理分析法建立过程数学模型 51
一、一阶过程的数学模型建立 51
二、二阶过程的数学模型建立 57
三、具有纯滞后特性的过程数学模型建立 59
四、高阶过程的数学模型 61
五、二阶过程和高阶过程数学模型的简化 62
第二节 描述过程特性的参数 63
一、过程负荷及自衡 63
二、过程的放大系数Kp 65
三、过程的时间常数Tp 66
四、过程的滞后时间 67
第三节 传递函数法建立系统的数学模型 68
一、拉氏变换 69
二、用传递函数法建立系统数学模型 71
第四节 用过程辨识法建立过程数学模型 80
一、过程辨识建模的内容和步骤 81
二、辨识过程模型结构和参数的简易方法 83
三、用*小二乘法辨识过程的数学模型 86
四、机理与经验的组合建模 90
第五节 大数据建模概述 91
一、工业大数据的特征及应用 91
二、大数据建模的步骤 95
三、工业大数据建模的特点 98
思考题 101
参考文献 102
第四章 过程变量测量方法与信号变送 103
**节 自动化仪表概述 103
一、自动化仪表的发展与分 103
二、自动化仪表的技术性能指标 107
第二节 常规变量的测量原理与信号变送 111
一、压力的测量 111
二、液位的测量 123
三、流量的测量 133
四、温度的测量 141
五、pH值的测量 159
第三节 轻化工过程特殊变量 167
一、黑液浓度的测量 167
二、纸浆浓度的测量 170
三、纸浆打浆度的测量 174
五、纸浆质量的分析 179
六、纸张水分的测量 181
七、纸张定量的测量 189
八、纸张填料（灰分）的测量 194
九、纸张其它质量指标的测量 195
第四节 软测量技术及其应用 199
一、软测量技术 200
二、软测量工程设计 202
三、软测量技术的应用 203
思考题 207
参考文献 208
第五章 复杂控制与智能控制 209
**节 复杂控制 209
一、串级控制 209
二、比值控制 218
三、前馈-反馈控制 224
四、分程与选择控制 231
第二节 智能控制系统 242
一、适应性控制 242
二、模糊控制 246
三、神经网络控制 253
四、解耦控制 258
五、预测控制 262
六、专家控制 266
思考题 269
参考文献 269
第六章 集散控制系统（DCS） 270
**节 过程控制系统(PCS)与集散控制系统(DCS) 270
一、过程控制系统（PCS） 270
二、集散控制系统（DCS） 272
第二节 DCS的基本组成与典型架构 287
一、DCS的基本组成 287
二、DCS的产品结构类型和技术特征 290
三、DCS的体系结构 295
第三节 轻化工常用DCS系统 304
一、西门子公司DCS系统——SIMATIC PCS7 304
二、ABB公司DCS系统——Baily Symphony 308
三、浙大中控公司DCS系统——JX 300XP 313
四、和利时公司DCS系统——MACSV 316
思考题 320
参考文献 321
第七章 制浆过程控制 322
**节 蒸煮过程控制 322
一、浆料蒸煮的目的和质量评价指标 322
二、浆料蒸煮过程影响因素及控制要点 323
三、间歇式置换蒸煮系统典型流程及控制方案 324
四、横管连续蒸煮系统典型流程及控制方案 335
第二节 废纸制浆过程典型控制 340
一、废纸制浆基本工艺流程和各环节控制要求 340
二、废纸制浆过程典型环节控制方案 343
三、多圆盘白水及纤维回收控制方案 351
第三节 洗涤和筛选过程控制 354
一、浆料洗涤和筛选的目的及质量评价指标 354
二、真空逆流洗涤系统工艺流程及控制方案 355
三、封闭筛选系统工艺流程及控制方案 358
第四节 漂白过程典型控制 366
一、浆料漂白的目的和质量评价指标 366
二、ECF无元素氯漂白系统工艺流程及控制方案 367
三、废纸浆漂白 374
思考题 376
参考文献 377
第八章 造纸过程控制 379
**节 打浆过程控制 379
一、打浆的目的和质量评价指标 379
二、打浆过程典型控制方案 380
三、打浆度软测量及盘磨进退盘智能控制方案 383
第二节 配浆与流送过程控制 385
一、配浆与流送的目的 385
二、配浆典型过程控制方案 386
三、流送典型过程控制方案 387
第三节 造纸过程与纸机传动控制 390
一、长网造纸机造纸工艺流程及总体控制方案 390
二、长网造纸机湿部控制方案 392
三、长网造纸机干燥部控制方案 398
四、长网造纸机传动控制方案 406
五、生活用纸造纸过程控制方案 412
第四节 纸张质量控制 415
一、纸张主要质量评价指标 416
二、纸张质量控制系统QCS 417
思考题 424
参考文献 425
第九章 发酵过程控制 427
**节 发酵过程及主要过程参数 427
一、发酵过程工艺流程 427
二、发酵过程主要过程参数 428
第二节 发酵过程单元控制方案 430
一、发酵过程温度控制 430
二、发酵过程pH值控制 432
三、发酵过程溶解氧控制 435
四、发酵过程罐压、搅拌转速和通气流量控制 438
五、发酵过程自动消泡控制 439
第三节 发酵过程优化控制方案 441
一、发酵过程数学模型类型 441
二、发酵过程优化控制策略 443
三、谷氨酸发酵过程优化控制举例 445
思考题 456
参考文献 456
第十章 合成革生产过程控制 458
**节 合成革的质量评价指标 458
一、合成革的分类 458
二、合成革的质量评价指标 459
第二节 配料过程控制方案 460
第三节 湿法生产过程控制方案 462
一、湿法贝斯的生产工艺流程 463
二、基布浸渍凝固和水洗过程控制方案 464
三、基布干燥过程控制方案 467
第四节 干法生产过程控制方案 475
一、干法制革工艺流程 476
二、干法移膜制革干燥方法及控制方案 477
思考题 480
参考文献 481
第十一章 热电联供控制 482
**节 热电联产的组成 482
第二节 热力锅炉及其控制方案 484
一、给水自动控制系统 484
二、汽包蒸汽温度自动控制系统 486
三、燃烧过程自动控制系统 487
四、锅炉的DCS系统简介 489
第三节 汽轮发电机组及其控制系统 490
一、汽轮机调节系统简介 490
二、DEH的主要控制系统 491
三、汽轮发电机组的DCS简介 493
第四节 热电联供综合运行优化控制及其应用 494
思考题 500
参考文献 501
第十二章 造纸废水处理过程控制系统 502
**节 污水处理方法和工艺及水质参数 502
一、常见的污水处理方法 502
二、污水处理过程工艺参数和水质参数 507
三、污水处理过程自动控制的难点 516
第二节 造纸废水处理?程?体控制方案 517
一、制浆造纸废水的来源及特点 517
二、制浆造纸废水处理控制 519
第三节 造纸废水处理典型过程控制方案 523
一、废纸制浆过程废水处理控制 523
二、造纸废水连续深度处理自动监控系统 535
三、造纸污水处理过程故障检测及诊断 538
思考题 550
参考文献 551
第十三章 生产执行系统 552
**节 全厂综合自动化系统概述 552
一、综合自动化系统的发展现状 552
二、综合自动化系统体系结构 560
三、综合自动化系统的关键技术 564
第二节 生产执行系统（MES）架构 568
一、MES的产生与发展 568
二、MES的框架模型 571
第三节 MES的功能与主要功能模块 574
一、生产调度管理 574
二、流程与设备管理 576
三、物料管理 578
四、质量管理 580
五、能源效率管理 583
六、生产追溯 584
七、生产统计、综合查询与决策 585
思考题 586
参考文献 586
第十四章 生产计划系统 587
**节 生产计划系统概述 587
第二节 生产计划系统架构 589
第三节 生产计划系统主要功能模块 591
一、主生产计划 591
二、粗能力计划 593
三、物料需求计划 597
四、细能力计划 601
五、车间作业计划 606
六、计划执行与控制 611
七、采购计划 615
八、基础数据及数据接口 618
思考题 620
参考文献 621
十五章 智能制造概述 622
**节 制造业智能化转型 622
一、制造业从自动化向智能化转型 622
二、制造业智能化转型的标志 624
三、智能制造的范式与内涵 627
第二节 智能制造的基本原理 630
一、智能制造的进化 630
二、新一代智能制造技术的特征 635
第三节 信息物理系统 637
一、信息物理系统的本质 637
二、信息物理系统的层级体系架构 639
三、信息物理系统的四大核心技术要素及其关键技术 642
第四节 工业互联网平台 648
一、工业互联网平台的本质内涵
二、工业互联网平台的基本技术组成和体系架构
三、工业互联网平台的关键技术体系
四、工业互联网平台架构案例
第五节 轻化工企业智能化转型的着力点
一、我国智能制造的发展战略
二、轻化工企业智能化转型路径
三、 轻化工企业智能化转型的技术着力点
四、 轻化工企业智能化转型的实践案例
思考题
参考文献
展开全部
轻化工过程自动化与信息化 节选
**章 导论 自动化技术已广泛应用于制造业生产过程。以汽车、船泊、机床等机械装备制造为代表的离散工业制造过程和以石油、冶金、材料、造纸等重要原材料工业为代表的流程工业过程实现了自动化，显著提高了产品质量和生产效率。自动化技术还广泛应用于制造企业的经营管理和生产管理中，提高了企业的资源计划和制造过程管理的效率。从上世纪中叶开始，自动化技术与计算机技术的结合成为第三次工业革命的核心技术和推动力。自动化技术水平是实现工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。生产过程实现生产过程自动化，能提高产量，保证质量，减少原材料和能量的消耗，降低生产成本，改善劳动条件，确保生产安全，节能减排，保护环境，收到良好的经济效益和社会效益。因此，生产过程自动化成为工业现代化的主要趋势。自动化涉及到人类活动的几乎所有领域，实现各类过程的自动化是人类永无止境的梦想和追求目标。 **节 生产过程自动化发展概况 自动化（Automation）是指机器设备、生产过程、管理过程在没有人或较少人的直接参与下，应用自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制等自动化技术，去实现人的预期要求和目标的总称。自动化技术（Automatic Technology）是指实现自动化的方法和技术，是涉及到机械装置、微电子、计算机、信息处理、各种控制与优化算法等硬件和软件领域的一门综合性技术。实现生产过程自动化的主要技术是生产过程控制技术（简称过程控制技术，Process Control Technology）。组成对生产过程进行测量与控制的自动化技术工具总称为过程自动控制系统（简称过程控制系统，Process Control System，PCS）。 过程自动化技术的基础是自动控制理论，其形成与发展源于社会实践和科学实践，其发展具有二个特点：**是生产发展的需要促进了自动控制理论的研究开拓，创新了自动化技术，进而促进了生产的发展，自动化理论、技术与应用三者相互推动、相互促进，三者间表现出清晰的同步性；第二是自动化技术是一门综合性技术，是由被控制过程的相关学科、自动控制学科、信息学科、计算机学科等交叉集成形成的综合技术。如图1-1所示，过程控制系统学科的结构是由控制系统为主体，控制理论为基础，生产过程与工艺和自动化仪表与计算机相关学科为二翼组成的。 图1-1 过程控制系统的学科结构 一、自动控制理论的发展概况 自动控制理论从形成发展至今已经历了八十多年的历程，大体可分为三个发展阶段。**阶段是以20世纪40年代兴起的控制原理为标志，以单输入单输出的PID控制系统为特征，称为经典控制理论阶段；第二阶段以20世纪60年代后兴起的状态空间法为标志，以多输入多输出的*优控制系统为特征，称为现代控制理论阶段；第三阶段则是20世纪80年代兴起的基于知识的专家系统和基于信息论的智能控制为标志，称为智能控制理论阶段。 经典控制理论研究的主要过程多为线性定常系统，主要解决单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数，频率特性，根轨迹为基础的频域分析法。它的控制思想是对系统（机器或过程）进行“控制”使之稳定运行，采用“反馈”的方式使系统按照人们的要求精确地工作，*终使系统按指定目标运行，完成镇定任务。经典控制理论推动了自动化技术的发展与应用，经典控制理论*辉煌的成果之一要首推比例积分微分sPID）控制规律。PID控制原理简单、易于实现，对无时间延迟的单回路控制系统极为有效，直到目前为止， 在工业过程控制中大部份?制系统还使用PID控制规律。本书从第二章至第四章，重点介绍经典控制理论和技术的基本概念与应用。 20世纪60年代后，复杂大型化生产过程对控制提出了更高要求，经典控制理论已不能满足要求，从而促使了现代控制理论的发展。在这一时期，发展航天技术的需要以及生产向大型化、连续化方向发展，对非线性、耦合性和时变性的过程，经典控制理论己经不能满足要求，从而促进了控制理论从经典控制理论到现代控制理论的发展。现代控制理论研究的问题从单输入单输出系统推广到了多输入多输出系统，不仅可以研究线性系统，而且可以研究非线性系统。现代控制理论建立的数学模型，实现了从直接根据被控过程的物理特性的方法向建立一般化的变量估计与系统辨识理论的扩展。它以状态空间分析方法为基础，内容包括了以*小二乘法为基础的系统辨识，以极大值原理和动态规划为主要方法的*优控制和以卡尔曼滤波理论为核心的*佳估计等三部分。值得注意的是，现代控制理论在综合和分析系统时，己经从外部现象深入到揭示系统的内在规律性，从局部控制进入到一定意义上的全局*优，而且在结构上从单环扩展到适应环、学习环。与此同时，电子计算机的发展和普及为现代控制理论的应用开辟了道路，提供了十分重要的技术手段。 经典控制理论与现代控制理论被统称为常规（或称为传统）的控制理论。常规控制理论的共同特点是：各种理论与方法都是建立在过程的数学模型基础上的，或者说，常规控制理论的前提条件是必须能够在常规控制理论指定的框架下，用数学式严格地表述出被控制过程的动态行为。过程的数学模型可以是基于微积分理论，线性代数或矢量分析。因此我们可以把常规控制理论方法概括地称为“基于数学模型的方法”（Mathematical Model Based Techniques）。常规控制理论对能够得到准确数学表述的过程能进行有效的控制，适用于确定过程变量为过程的控制。 随着科学技术的不断进步和工业生产的不断发展，人们发现许多现代军事和工业领域所涉及的被控过程和过程都难于建立精确的数学模型，甚至根本无法建立数学模型，即使对有些过程和过程可以建立数学模型，但由于模型极其复杂，难于实现实时的高性能的有效控制。因此，基于数学模型的常规控制理论面临着强有力的挑战。常规控制理论遇到的*大困难是不确定性问题，即被控过程模型的不确定性和环境本身的不确定性。 到了20世纪80年代，常规控制理论己难于解决含有大量不确定性和难以建模的复杂系统的控制问题。人们开辟寻找新的控制途径：避开数学模型，直接用机器去模仿工程技术人员的操作经验，去实现对复杂过程的有效控制。因而，基于知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的智能控制等应运而生，新一代控制理论--智能控制理论开始形成和发展。 智能控制是在常规控制理论基础上，吸收人工智能，运筹学，计算机科学，模糊数学，生理学等其他科学中的新思想，新方法，对更广阔的过程实现期望控制。其核心是如何设计和开发能够模拟人类智能的设备，使控制系统实现更高的目标。智能控制是常规控制理论的继承和发展。常规控制理论里的“反馈”和“信息”这两个基本概念，在智能控制理论中仍然占有重要地位，并且更加突出了信息处理的重要性。在智能控制系统中并不排斥常规控制理论的应用，恰恰相反，在分级递阶结构的智能控制系统中，面向生产的执行级， 更强调采用常规控制理论进行设计。这是因为在这一级的被控过程通常具有精确的数学模型，成熟的常规控制理论可以对其实现高精度的控制。本书第五章第十四章和第十五章介绍了现代控制和智能控制的概念与应用。 二、过程自动化技术发展概况 自动控制理论的发展，促进了其在各个应用领域自动化技术的发展。自动控制理论在生产过程应用中形成了过程自动化技术。过程自动化技术在工业中的应用大致可以分为四个阶段： **阶段，单变量检测阶段（20世纪40年代前）。它以人工现场操作，在设备附近安装过程变量（温度、压力、流量、液位等）的测量仪表为标志，有的还带有简单的报警和控制装置。操作人员通过检测仪表可以了解主要设备的运行情况、以便在必要时采取措施，保证产品质量，维持生产安全。 第二阶段，局部自动化（又称单机自动化）阶段（20世纪40年代到50年代）。它的重要标志是对单台设备（或简单过程）的主要变量进行自动测量和自动控制，以电子显示仪表和气动仪表为代表。 第三阶段，综合自动化阶段（20世纪60年代到70年代）。在这一阶段中，将几台设备或整个车间根据工艺过程连接起来，应用电动或气动单元组合仪表实现多个变量的自动测量和自动控制，20世纪70年代开始出现计算机直接控制系统（Direct Digital Control，DDC），继而出现了集散控制系统（又称为分布式控制系统，Distributed Control System，DCS），实现了生产过程集中控制。操作人员可以在控制室方便地监视和处理生产问题。但是开机、停机、事故处理以及附属设备的操作等还要人工去完成。 第四阶段，全厂综合自动化阶段（20世纪80年代以后）。在这个阶段采用高度集中的中央控制装置，突出的标志是计算机集成过?系统（Computer Integrated Production Systems，CIPS）的应用，这是综合自动化的更高形式。现场检测仪表测量的数据全部送入计算机，由计算机对变量进行自动控制，能自动开机、停机，预报和处理生产的异常状态。20世纪90年代以来，生产过程自动化与电子商务、现场总线技术相结合，出现了工业信息化技术（Industrial Information Technology），实现了企业管理和生产控制全厂自动化和信息化，使整个企业的生产和管理保持在高效率、低消耗、安全可靠的*佳状态之中。 随着科学技术的不断进步和生产过程需求的不断提高，过程自动化技术也在不断发展。当前自动化系统发展的主要特点是：过程优化受到普遍关注，综合自动化系统（CIPS）成为主要发展方向，逐步实现企业信息化和智能化。
轻化工过程自动化与信息化 作者简介
刘焕彬，1942年生于广东兴宁县，1965年毕业于华南工学院制浆造纸工程专业。华南理工大学教授，博士生导师，俄罗斯工程院外籍院士。1991年至2003年先后担任华南理工大学副校长，校长，教授，博士生导师。兼任广东省科学技术协会副主席、广州市科学技术协会副主席，美国制浆造纸协（TAPPI）会员、国际委员会委员、广州欧美同学会会长、中国造纸学会理事、广东省造纸学会理事长,。2001年当选为俄罗斯工程院外籍院士。2003年9月18日卸任华南理工大学校长。2010年以来针对环境问题屡次做出演讲。
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