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內容簡介

《控製工程手冊》分上、下冊，本書是上冊，包括4篇內容，第1篇是自動檢測儀錶，包括測量技術基

礎，溫度、壓力、流量、物位測量儀錶，在綫分析儀錶，機械量測量儀錶，顯示儀錶，執行機構和控製閥，*後還介紹瞭防爆安全技術。第2篇是計算機控製係統，內容包括可編程控製器PLC、集散控製係統DCS、安全儀錶係統SIS、成套專用控製係統、監控軟件、現場總綫與工業以太網以及工業物聯網。第3篇是控製工程方法，內容包括單迴路控製器、*進控製、智能控製、伺服控製和間歇控製。第4篇是控製工程技術，包括信號處理和數據校正技術、係統建模技術、軟測量技術、過程優化技術、性能評估技術、故障診斷技術、安全性技術。

手冊著力創新，突破瞭自動控製在流程工業中應用的限製，首次將裝備自動化、企業能源管理、公用工程自動化納入控製工程體係中來，既有傳統專業知識的介紹，更有在探索和研究中的新技術、新方法。

本手冊是麵嚮控製領域工程技術人員和高校師生的實用型手冊，旨在啓迪人們的創新思維。

作者簡介

孫優賢 工業自動化專傢，中國工程院院士。在現代控製工程領域取得重大研究成果。針對復雜工業係統的高度不確定性、高度非綫性、高度關聯性、特大純滯後和信息不完全性等特點，創造性地提齣瞭一整套係統建模技術、先進控製技術、在綫優化技術、故障診斷技術、容錯控製技術、係統集成技術和綜閤自動化技術，並在大型工業裝置中得到成功應用，初步建立瞭現代控製工程的方法論體係。領導建立瞭我國**個國傢工程研究中心，創造性地解決瞭製漿、造紙、生物化工等大型生産綫計算機控製係統軟件總體設計中的重大關鍵技術，成功地研製瞭Supcon 集散控製係統、現場總綫控製係統、Suny TDCS9200工業控製計算機係統，以及綜閤自動化係統的硬件平颱和軟件平颱，並實現瞭産業化，在製漿造紙、生物化工自動化工程領域，針對大型企業的各個生産過程，建立瞭24種動態數學模型，開發瞭25種高級控製算法，18種計算機控製係統，研製瞭6種造紙專用儀錶和12個軟測量軟件，並在20多個省市推廣應用，取得瞭重大的經濟效益。獲得國傢科技進步二、三等各1項，國傢教學成果奬2項，省部級科技進步一、二等奬15項。

目錄

"緒論 ……………………………………………………………… 1

第 1 篇 自動檢測儀錶 ……………………………………… 011

第1章 測量技術基礎 ………………… 12

1．1 測量方法 ……………………… 12

1．2 測量誤差及測量不確定度 ……… 12

第2章 溫度測量儀錶 ………………… 15

2．1 概述 …………………………… 15

2．2 電接點溫度計 ………………… 18

2．3 熱電偶 ………………………… 22

2．4 熱電阻 ………………………… 34

2．5 輻射式測溫儀錶………………… 38

2．6 紅外測溫儀錶 ………………… 45

2．7 紅外熱像儀 …………………… 46

2．8 光導縴維紅外測溫儀…………… 47

參考文獻 ……………………………… 49

第3章 壓力測量儀錶 ………………… 50

3．1 壓力的概念及單位……………… 50

3．2 應變式壓力 (差壓) 變送器 …… 52

3．3 電容式壓力 (差壓) 變送器 …… 56

3．4 差動電感壓力 (差壓) 變送器 … 60

3．5 振弦式壓力 (差壓) 變送器 …… 63

3．6 矽諧振式壓力 (差壓) 變送器 …… 65

3．7 壓力開關 ……………………… 68

3．8 壓力 (差壓) 變送器安裝與維護 … 70

參考文獻 ……………………………… 73

第4章 流量測量儀錶 ………………… 74

4．1 概論 …………………………… 74

4．2 容積式流量計 ………………… 76

4．3 浮子流量計 …………………… 80

4．4 渦輪流量計 …………………… 83

4．5 鏇渦流量計 …………………… 89

4．6 電磁流量計 …………………… 96

4．7 超聲流量計 …………………… 101

4．8 節流式流量計 ………………… 107

4．9 質量流量計 …………………… 117

4．10 插入式流量計………………… 121

4．11 明渠流量計…………………… 123

4．12 多相流測量…………………… 127

參考文獻 …………………………… 139

第5章 物位測量儀錶………………… 141

5．1 物位測量儀錶及分類 ………… 141

5．2 浮力式液位計 ………………… 141

5．3 差壓式液位計 ………………… 146

5．4 電容式物位測量儀錶 ………… 149

5．5 超聲波物位測量儀錶 ………… 151

5．6 射綫式物位測量儀錶 ………… 153

5．7 雷達物位計 …………………… 155

參考文獻 …………………………… 159

第6章 在綫分析儀錶………………… 160

6．1 概述 …………………………… 160

6．2 熱導式氣體分析儀 …………… 161

6．3 紅外氣體分析儀 ……………… 165

6．4 氧化鋯氧分析儀 ……………… 170

6．5 工業色譜分析儀 ……………… 174

6．6 質譜儀及色譜-質譜聯用儀 …… 178

6．7 pH計 ………………………… 186

6．8 工業電導率儀 ………………… 190

6．9 半導體激光氣體分析儀 ……… 194

參考文獻 …………………………… 201

第7章 機械量測量儀錶 ……………… 202

7．1 位移與角度傳感器 …………… 202

7．2 速度測量儀錶 ………………… 219

7．3 轉矩檢測儀錶 ………………… 227

7．4 測力稱重式儀錶 ……………… 236

7．5 核輻射測厚儀錶 ……………… 246

7．6 機器視覺 ……………………… 250

7．7 陀螺經緯儀 …………………… 253

參考文獻 …………………………… 257

第8章 顯示儀錶……………………… 258

8．1 概述 …………………………… 258

8．2 模擬式顯示儀錶 ……………… 258

8．3 數字顯示儀錶 ………………… 264

8．4 智能顯示儀錶 ………………… 267

參考文獻 …………………………… 269

第9章 執行機構和控製閥 …………… 270

9．1 執行器 ………………………… 270

9．2 氣動執行器結構及分類 ……… 271

9．3 控製閥 ………………………… 274

9．4 執行器的選型原則 …………… 280

9．5 電動執行器 …………………… 282

9．6 智能式執行機構 ……………… 284

參考文獻 …………………………… 285

第10章 防爆安全技術 ……………… 286

10．1 防爆基礎 …………………… 286

10．2 儀錶防爆技術………………… 292

10．3 防爆儀錶通用要求…………… 301

10．4 隔爆型儀錶…………………… 306

10．5 本質安全儀錶………………… 309

10．6 本質安全儀錶係統…………… 317

參考文獻 …………………………… 327

第 2 篇 計算機控製係統 ………………………………………………………………… 329

第1章 可編程控製器PLC ………… 336

1．1 概述 …………………………… 336

1．2 PLC的硬件係統 ……………… 340

1．3 PLC軟件配置 ………………… 350

1．4 PLC應用係統設計 …………… 356

1．5 PLC應用係統軟件設計 ……… 365

1．6 大中型PLC工程應用實例 …… 369

1．7 PLC應用小程序實例 ………… 374

參考文獻 …………………………… 376

第2章 集散控製係統DCS ………… 377

2．1 概述 …………………………… 377

2．2 通信網絡 ……………………… 381

2．3 主要站點配置 ………………… 385

2．4 異構係統互聯 ………………… 407

2．5 IEC61131-3 標準編程語言 … 413

2．6 高級應用 ……………………… 421

2．7 DCS大規模網絡設計 ………… 429

2．8 國內外主要DCS産品 ………… 434

2．9 係統選型 ……………………… 444

2．10 工程應用 …………………… 446

2．11 DCS的抗乾擾措施…………… 464

2．12 DCS應用案例 ……………… 466

參考文獻 …………………………… 478

第3章 安全儀錶係統SIS …………… 479

3．1 概述 …………………………… 479

3．2 功能安全概論 ………………… 484

3．3 安全儀錶係統的硬件配置 …… 498

3．4 安全儀錶係統的軟件配置 …… 506

3．5 安全儀錶係統的工程應用 …… 541

參考文獻 …………………………… 556

第4章 成套專用控製係統 …………… 557

4．1 概述 …………………………… 557

4．2 成套專用控製係統的硬件係統 … 558

4．3 成套專用控製係統的軟件

係統 …………………………… 563

4．4 造紙過程成套專用控製係統 … 564

4．5 製藥過程成套專用控製

係統 …………………………… 597

第5章 監控軟件……………………… 617

5．1 概述 …………………………… 617

5．2 監控軟件主要功能和主要組成

模塊 …………………………… 622

5．3 監控軟件的典型應用示例 …… 655

5．4 監控軟件的發展趨勢 ………… 662

5．5 國內外監控軟件産品簡介 …… 665

參考文獻 …………………………… 671

第6章 現場總綫與工業以太網 ……… 672

6．1 概述 …………………………… 672

6．2 現場總綫技術基礎 …………… 674

6．3 主流現場總綫技術 …………… 679

6．4 工業以太網 …………………… 725

6．5 基於現場總綫的網絡化控製係統

與互聯技術 …………………… 746

6．6 現場設備管理係統 …………… 750

6．7 現場總綫的工程應用 ………… 757

參考文獻 …………………………… 759

第7章 工業物聯網技術 ……………… 761

7．1 概述 …………………………… 761

7．2 工業物聯網關鍵技術 ………… 762

7．3 工業物聯網相關標準 ………… 766

7．4 工業物聯網典型應用 ………… 776

參考文獻 …………………………… 786

第 3 篇 控製工程方法 …………………………………………………………………… 787

第1章 單迴路控製器………………… 788

1．1 傳統PID控製方法 …………… 788

1．2 PID控製器的參數整定 ……… 793

1．3 新型PID控製方法 …………… 798

1．4 自抗擾控製器 ………………… 805

參考文獻 …………………………… 811

第2章 先進控製……………………… 813

2．1 復雜控製係統 ………………… 813

2．2 模型預測控製 ………………… 825

2．3 自適應控製係統 ……………… 852

2．4 最優控製 ……………………… 862

2．5 解耦控製 ……………………… 869

參考文獻 …………………………… 875

第3章 智能控製……………………… 877

3．1 智能控製基礎 ………………… 877

3．2 模糊控製 ……………………… 880

3．3 神經網絡控製 ………………… 905

3．4 專傢控製 ……………………… 932

參考文獻 …………………………… 956

第4章 伺服控製……………………… 958

4．1 伺服係統及控製技術簡介 …… 958

4．2 電動伺服控製 ………………… 961

4．3 氣動伺服控製 ………………… 970

4．4 液壓伺服控製 ………………… 978

參考文獻 …………………………… 990

第5章 間歇控製……………………… 991

5．1 間歇過程 ……………………… 991

5．2 間歇過程的控製 ……………… 994

5．3 間歇過程控製實例———注塑

成型過程控製………………… 1016

參考文獻 …………………………… 1037

第 4 篇 控製工程技術 …………………………………………………………………… 1039

第1章 信號處理和數據校正技術 … 1040

1．1 概述 ………………………… 1040

1．2 計算機數字信號處理 ………… 1041

1．3 過程數據校正………………… 1045

參考文獻 …………………………… 1052

第2章 係統建模技術 ……………… 1054

2．1 概述 ………………………… 1054

2．2 機理建模技術………………… 1054

2．3 係統辨識技術………………… 1057

2．4 智能建模技術………………… 1064

2．5 混閤建模技術………………… 1067

參考文獻 …………………………… 1070

第3章 軟測量技術 ………………… 1072

3．1 軟測量的基本概念…………… 1072

3．2 基於機理分析的軟測量建模

技術 ………………………… 1073

3．3 基於迴歸分析的軟測量建模

技術 ………………………… 1082

3．4 基於狀態估計的軟測量技術 … 1087

3．5 基於支持嚮量機的軟測量

建模技術 …………………… 1091

3．6 軟測量係統的工程設計 ……… 1096

參考文獻 …………………………… 1105

第4章 過程優化技術 ……………… 1106

4．1 最優化問題的基本概念 ……… 1106

4．2 最優化方法…………………… 1108

4．3 典型過程優化的工業應用 …… 1126

4．4 過程優化商業軟件簡介 ……… 1138

參考文獻 …………………………… 1141

第5章 性能評估技術 ……………… 1142

5．1 性能評估技術簡介 …………… 1142

5．2 控製器性能評估流程 ………… 1144

5．3 控製器性能評估方法與技術 … 1146

5．4 控製器性能評估工業應用 …… 1156

參考文獻 …………………………… 1160

第6章 故障診斷技術 ……………… 1162

6．1 控製係統故障診斷技術 ……… 1162

6．2 動設備故障診斷技術 ………… 1172

6．3 故障預測技術………………… 1191

參考文獻 …………………………… 1196

第7章 安全性技術 ………………… 1198

7．1 概述 ………………………… 1198

7．2 功能安全 …………………… 1198

7．3 控製係統網絡安全 …………… 1211

參考文獻 …………………………… 1216

索引 …………………………………… 1217"
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