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內容簡介

　　《自動化與儀錶工程師手冊》是一部自動控製原理和自動化儀錶在實際工業生産過程中應用的工具書。《自動化與儀錶工程師手冊》共分6篇32章，主要內容包括工業生産過程和自動控製係統。基礎知識；測量儀錶和執行器；DCS、PLC、現場總綫及工業計算機技術；先進控製技術及企業綜閤自動化；工業生産過程自動控製應用示例，其中包括：化工、煉油、火力發電和鋼鐵生産等過程；最後還介紹瞭儀錶控製係統工程設計的基本知識。
　　本手冊可供廣大從事儀錶和自動控製的工程技術人員使用，也可作為大專院校師生以及科技管理工作者的常用參考資料。

內頁插圖

目錄

第1篇基礎知識
第1章 自動控製係統2
1.1 自動控製基本原理與組成2
1.1.1 自動控製係統的組成2
1.1.2 傳遞函數與方框圖4
1.1.3 頻率特性與單位階躍7
1.1.4 影響自動控製係統的因素13
1.2 自動控製的分類13
1.3 自動控製係統性能指標16
1.3.1 自動控製係統的狀態16
1.3.2 自動控製係統的過渡過程17
1.3.3 控製過程的性能指標18
1.4 自動控製係統各環節特性分析20
1.4.1 典型被控對象特性21
1.4.2 廣義對象各環節特性對控製品質的影響22
1.5 常用PID控製算法特性24
1.5.1 比例控製算法24
1.5.2 比例積分控製算法25
1.5.3 比例微分控製算法27
1.5.4 比例積分微分控製算法PID28
1.6 PID控製參數整定方法30
1.7 單迴路控製係統投用33

第2章 流程工業常用工藝知識36
2.1 流程工業物流、能源流平衡關係計算方法36
2.1.1 物料衡算算式362.1.2 物料衡算方法37
2.1.3 物料衡算步驟38
2.1.4 物料衡算種類38
2.1.5 能量衡算基本方法與步驟41
2.2 流程工業中的傳熱原理及示例43
2.2.1 熱傳導43
2.2.2 對流傳熱44
2.2.3 輻射傳熱45
2.2.4 蒸發45
2.3 流程工業分離原理、方法及示例47
2.3.1 氣固分離48
2.3.2 液固分離49
2.3.3 吸收49
2.3.4 萃取52
2.3.5 精餾55
2.4 流程工業化學反應原理及示例61
2.4.1 化學反應過程分類61
2.4.2 化學反應過程主要技術指標61
2.4.3 化學反應過程中的催化劑64

第3章 流程工業常用設備66
3.1 流體輸送設備及特性66
3.1.1 流體輸送設備分類66
3.1.2 流體輸送設備主要性能參數68
3.1.3 離心泵70
3.1.4 往復泵73
3.1.5 鏇渦泵74
3.1.6 軸流泵75
3.1.7 流程工業常用泵比較76
3.1.8 離心式通風機77
3.1.9 羅茨鼓風機77
3.1.1 0往復式壓縮機78
3.1.1 1離心式壓縮機79
3.1.1 2真空泵81
3.2 換熱設備及特性82
3.2.1 換熱器分類82
3.2.2 換熱器主要參數83
3.2.3 蒸發器85
3.3 分離設備及特性87
3.3.1 概述87
3.3.2 闆式塔87
3.3.3 填料塔92
3.3.4 萃取設備95
3.3.5 結晶設備97
3.3.6 氣固分離設備98
3.4 化學反應設備及特性99
3.4.1 化學反應器的分類99
3.4.2 化學反應器的形式與特點100
3.4.3 烴類熱裂解——管式裂解爐101
3.4.4 氨閤成塔106
3.4.5 均相反應器109
3.4.6 氣液相反應器110
3.4.7 氣固相固定床反應器110
3.4.8 流化床反應器112

第4章 流程工業安全與保護係統114
4.1 流程工業安全與保護基本知識114
4.1.1 爆炸114
4.1.2 燃燒122
4.1.3 靜電123
4.2 危險性劃分及安全措施125
4.2.1 爆炸性物質及危險場所劃分125
4.2.2 石油、化工企業火災危險性及危險場所分類127
4.2.3 化學反應危險性評價131
4.2.4 常見危險性及安全措施133
4.2.5 儲罐安全135
4.3 壓力容器和電氣設備安全136
4.3.1 壓力容器分類136
4.3.2 壓力容器事故危害137
4.3.3 防爆電器分類與通用要求141
4.3.4 防爆電氣設備防爆類型及原理144
4.4 工業防腐147
4.4.1 腐蝕機理147
4.4.2 金屬腐蝕分類147
4.4.3 防腐方法148
4.4.4 耐腐蝕材料性能150
4.5 流程工業安全保護方法及示例159
4.5.1 安全儀錶係統159
4.5.2 TRICON三重化冗餘控製166

第5章 環境工程170
5.1 流程工業對環境汙染及防治概述170
5.1.1 流程工業固體廢棄物來源及汙染特徵170
5.1.2 大氣排放標準171
5.1.3 汙水排放標準171
5.1.4 流程工業過程汙染排放及控製實例177
5.2 廢水檢測與處理177
5.2.1 錶示水質的名詞術語177
5.2.2 水體汙染的危害177
5.2.3 水質檢測與分析179
5.2.4 廢水處理182
5.3 廢氣控製與處理184
5.3.1 氣體監測中常用的術語和定義184
5.3.2 廢氣監測185
5.3.3 廢氣處理186
5.4 廢渣處理189
5.4.1 化工廢渣分類189
5.4.2 化工廢渣常用處理方法189
5.4.3 鉻渣處理190
5.5 清潔生産與自動化193
5.5.1 清潔生産的定義193
5.5.2 清潔生産的主要內容193
5.5.3 清潔生産與自動化198
參考文獻200
第2篇測量儀錶與執行器

第6章 測量技術基礎202
6.1 測量的基本概念202
6.1.1 概述202
6.1.2 測量方法202
6.2 誤差分析及測量不確定度203
6.2.1 誤差的定義及分類203
6.2.2 測量不確定度204
6.2.3 測量不確定度與測量誤差的聯係與區彆204

第7章 測量儀錶205
7.1 溫度測量205
7.1.1 概述205
7.1.2 膨脹式溫度計206
7.1.3 壓力式溫度計208
7.1.4 熱電偶溫度計210
7.1.5 熱電阻溫度計218
7.1.6 新型測溫方式221
7.1.7 測溫元件及保護套管的選擇222
7.2 壓力測量222
7.2.1 概述222
7.2.2 液柱式壓力錶223
7.2.3 彈性式壓力錶224
7.2.4 物性式壓力錶(固態測壓儀錶)226
7.2.5 壓力信號的電測法227
7.3 流量測量227
7.3.1 概述227
7.3.2 節流式流量計230
7.3.3 轉子流量計(又稱浮子流量計)232
7.3.4 動壓式流量計232
7.3.5 容積式流量計233
7.3.6 電磁流量計234
7.3.7 流體振動式流量計(又稱鏇渦式流量計)235
7.3.8 渦輪流量計235
7.3.9 超聲波流量計236
7.3.10 質量流量計236
7.4 物位測量237
7.4.1 概述237
7.4.2 浮力式液位計237
7.4.3 差壓式液位計238
7.4.4 電容式物位計239
7.4.5 超聲波物位計239
7.4.6 現代物位檢測技術239

第8章 在綫分析儀錶240
8.1 概述240
8.1.1 特點及應用場閤240
8.1.2 分類240
8.1.3 儀錶的組成241
8.1.4 主要性能指標241
8.2 氣體分析儀241
8.2.1 熱導式氣體分析儀241
8.2.2 紅外氣體分析儀245
8.2.3 流程分析儀247
8.3 氧分析儀247
8.3.1 熱磁式氧分析儀247
8.3.2 氧化鋯氧分析儀249
8.4 氣相色譜分析儀250
8.4.1 測量原理250
8.4.2 氣相色譜儀的分類251
8.4.3 檢測器252
8.4.4 氣相色譜儀的結構253
8.5 工業質譜儀及色譜�倉勢琢�用儀253
8.5.1 質譜儀的測量原理254
8.5.2 質譜儀的組成255
8.5.3 色譜�倉勢琢�用儀255
8.6 石油物性分析儀錶256
8.6.1 餾程在綫分析儀256
8.6.2 在綫閃點分析儀257
8.6.3 在綫傾點(濁點)分析儀257
8.6.4 在綫辛烷值分析儀258
8.7 工業電導儀259
8.7.1 測量原理259
8.7.2 電導法的使用條件260
8.7.3 溶液電導的測量260
8.8 pH計261
8.8.1 測量原理261
8.8.2 參比電極和指示電極261

第9章 顯示儀錶263
9.1 概述263
9.2 自動平衡式顯示儀錶264
9.2.1 自動電子電位差計記錄儀264
9.2.2 自動平衡電橋記錄儀266
9.3 數字式顯示儀錶267
9.3.1 普通數字式顯示儀錶268
9.3.2 智能式數字顯示儀錶271
9.4 數字模擬混閤記錄儀271
9.5 無紙記錄儀272
9.5.1 儀錶結構272
9.5.2 主要的功能特點273

第10章 特殊測量及儀錶275
10.1 微小流量的測量275
10.1.1 熱式質量流量計275
10.1.2 微小流量變送器277
10.1.3 浮子流量計278
10.1.4 容積流量計278
10.2 大流量的測量279
10.2.1 明渠的流量測量279
10.2.2 大口徑管道的液體流量測量280
10.2.3 大口徑管道的氣體流量測量282
10.3 多相流體的流量測量284
10.3.1 固液兩相流量的測量284
10.3.2 氣液兩相流量的測量285
10.3.3 固氣兩相流量的測量286
10.4 腐蝕性介質的流量測量288
10.5 脈動流量的測量289
10.6 介質含水量的測量292
10.7 溶液濃度的測量295
10.7.1 光學式濃度計295
10.7.2 電磁式濃度計296
10.8 其他的物性測量296
10.8.1 自動密度計296
10.8.2 濁度計297

第11章 執行器300
11.1 概述300
11.2 電動執行機構300
11.2.1 工作原理301
11.2.2 伺服放大器301
11.2.3 伺服電動機302
11.3 氣動執行機構302
11.3.1 薄膜式執行機構的工作原理302
11.3.2 薄膜式執行機構的輸齣力303
11.3.3 閥門定位器304
11.3.4 活塞式執行機構305
11.4 調節閥306
11.4.1 工作原理306
11.4.2 調節閥的流量特性307
11.4.3 調節閥的可調比308
11.4.4 調節閥的分類308
11.5 執行器的選型原則312
11.5.1 執行器的結構形式312
11.5.2 調節閥閥芯的選擇313
11.5.3 調節閥材料的選擇313
11.5.4 流體對閥芯的流嚮選擇314
參考文獻315

第3篇 計算機控製係統
第12章 計算機控製係統概述317
12.1 計算機控製係統的概念和分類317
12.1.1 概念317
12.1.2 分類320
12.2 計算機控製係統的設計與實施323
12.2.1 設計323
12.2.2 實施324

第13章 集散控製係統325
13.1 概述325
13.1.1 集散控製係統的構成325
13.1.2 集散控製係統的廠商325
13.2 國內集散控製係統産品326
13.2.1 HOLLiAS�睲ACS集散控製係統(北京和利時)326
13.2.2 ECS��100X控製係統333
13.2.3 係統性能指標334
13.2.4 係統特點335
13.2.5 係統技術336
13.2.6 ECS��100X係統應用339
13.3 國外集散控製係統産品341
13.3.1 CS3000集散控製係統(日本橫河)341
13.3.2 TPS集散控製係統(美國霍尼威爾)363
13.3.3 SIMATICPCS7集散控製係統(德國西門子)372

第14章 可編程控製器(PLC)376
14.1 國內可編程控製器産品376
14.1.1 HOLLiAS�睱ECG3可編程控製器(杭州和利時)376
14.1.2 RD200係列可編程控製器(蘭州全誌電子有限公司)379
14.1.3 FC係列可編程控製器(無锡信捷科技電子有限公司)380
14.2 國外可編程控製器産品382
14.2.1 SIMATICS7��400可編程控製器(德國西門子)382
14.2.2 ModiconTSXQuantum可編程控製器(美國施耐德)387
14.2.3 SYSMACCP1H係列可編程控製器(日本歐姆龍)390

第15章 現場總綫控製技術393
15.1 現場總綫的構成393
15.2 國內現場總綫産品394
15.2.1 NCS3000現場總綫(瀋陽中科博威)394
15.2.2 ie�睩CSTMFB6000現場總綫(北京華控技術)396
15.2.3 STI�睼C2100MA係列控製插件(上海船舶運輸科學研究所)400
15.2.4 EPA分布式網絡控製係統402
15.3 國外現場總綫産品408
15.3.1 FF基金會現場總綫(美國埃默生)408
15.3.2 PROFIBUS過程總綫(德國西門子)416
15.3.3 LonWorks現場總綫(美國埃施朗公司)420

第16章 工業計算機(IPC)技術425
16.1 概述425
16.1.1 工業計算機的構成425
16.1.2 工業計算機的廠商425
16.2 國內工業計算機425
16.2.1 IPC800係列工業計算機(北京聯想)425
16.2.2 NORCO工業計算機(深圳華北工控)426
16.2.3 PCI總綫工業計算機(北京康拓)428
16.2.4 IPC係列工業計算機(颱灣研華)430
16.3 國外工業計算機432
16.3.1 IPC�睭係列P4工業計算機(日本康泰剋)432
16.3.2 APRE��4200工業計算機(美國APPRO國際公司)433
參考文獻434

第4篇 先進控製與綜閤自動化
第17章 過程動態特性與係統建模436
17.1 係統建模一般原則436
17.2 典型過程特性437
17.3 機理建模方法及舉例439
17.3.1 化工過程機理建模例子440
17.3.2 生物反應器建模447
17.3.3 機電係統建模例子450
17.4 基於過程數據的實驗建模453
17.4.1 係統辨識建模方法概述453
17.4.2 基於綫性或非綫性迴歸方法的建模453
17.4.3 由階躍響應麯綫辨識模型456

第18章 復雜控製係統460
18.1 串級控製係統460
18.1.1 串級控製基本原理和結構460
18.1.2 串級控製係統設計461
18.1.3 串級控製係統舉例462
18.2 前饋及比值控製463
18.2.1 前饋控製係統的原理和特點463
18.2.2 前饋控製係統的幾種結構形式465
18.2.3 比值控製係統470
18.3 特殊控製係統473
18.3.1 均勻控製係統473
18.3.2 選擇性控製係統474
18.3.3 分程控製係統476
18.3.4 閥位控製(VPC)係統477
18.4 係統關聯與解耦控製477
18.4.1 係統關聯478
18.4.2 相對增益478
18.4.3 解耦控製設計方法482

第19章 軟測量技術及應用486
19.1 軟測量概述486
19.2 軟儀錶構建方法487
19.3 機理建模軟測量方法及應用489
19.3.1 催化裂化反應再生係統的軟測量模型489
19.3.2 汽油飽和蒸氣壓軟測量492
19.3.3 氣力輸送固相流量的軟測量494
19.3.4 生物反應中生物參數軟測量模型497
19.4 基於迴歸分析的軟測量方法及應用501
19.4.1 迴歸分析方法502
19.4.2 噴射塔中SO2吸收傳質係數的軟測量504
19.4.3 輕柴油365℃含量軟測量模型506
19.4.4 篩闆精餾塔闆效率的軟測量508
19.5 基於神經網絡軟測量模型及應用509
19.5.1 神經網絡模型簡介509
19.5.2 粗汽油乾點和輕柴油傾點軟測量建模512
19.5.3 維生素C發酵過程軟測量模型514

第20章 先進控製技術516
20.1 先進PID控製516
20.1.1 數字PID控製516
20.1.2 專傢PID控製和模糊PID控製520
20.1.3 模型PID控製523
20.2 純滯後補償控製526
20.3 內模控製528
20.4 推斷控製532
20.5 模型預測控製534
20.6 自適應控製541
20.7 非綫性過程控製545
20.8 智能控製551
20.8.1 引言551
20.8.2 專傢控製551
20.8.3 模糊控製553
20.8.4 神經網絡控製555

第21章 監督控製558
21.1 實時優化558
21.1.1 最優化概念559
21.1.2 實時優化的基本要求560
21.1.3 最優操作條件分析561
21.2 實時優化控製的實施技術563
21.2.1 實時優化控製建模563
21.2.2 在計算機控製中實施實時優化控製566
21.3 最優化算法567
21.3.1 優化中的約束問題567
21.3.2 綫性規劃568
21.3.3 二次規劃和非綫性規劃569
21.4 統計過程控製570
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