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第一篇 制浆造纸过程自动测量与控制1

第一章 导论1

第一节 自动化及其发展概况1

一、自动化1

二、自动化发展概况1

第二节 自动控制系统3

一、自动控制是人工控制的模仿与发展3

二、自动控制系统的基本概念及特点4

第三节 自动控制系统的特性5

一、系统的静态过程、动态过程和过渡过程5

二、自动控制系统的质量指标6

第四节 自动控制系统设计概述7

一、过程控制的任务7

二、自动控制系统的设计要求7

思考题与习题9

第二章 控制对象特性及数学模型的建立11

第一节 对象特性和机理分析法建立数学模型11

一、一阶过程数学模型11

二、二阶过程的数学模型16

三、具有纯滞后特性对象的数学模型17

四、高阶过程的数学模型18

五、二阶对象和高阶对象数学模型的简化19

第二节 描述被控对象特性的参数19

一、被控对象的自衡及负荷19

二、放大系数K20

三、时间常数T21

四、滞后时间τ22

第三节 拉氏变换和传递函数24

一、拉氏变换25

二、传递函数28

第四节 过程辨识33

一、过程辨识的内容和步骤33

二、辨识过程模型结构和参数的简易方法34

三、用最小二乘法辨识过程的数学模型结构和参数36

四、用理论-实验法建立过程的数学模型38

思考题与习题40

第三章 控制器及其特性41

第一节 控制器的特性41

一、比例（P）调节规律41

二、积分（I）及比例积分（PI）调节规律42

三、微分（D）、比例微分（PD）和比例积分微分（PID）调节规律43

四、不同调节规律控制器的特性及选用45

第二节 控制器的组成45

一、控制器的基本组成45

二、电动控制器46

第三节 智能控制器简介48

一、增强型PID控制规律分析48

二、改进型PID控制算法49

第四节 可编程控制器51

一、可编程控制器（PLC）概述51

二、可编程控制器的构成及工作过程52

三、可编程控制器的编程语言53

思考题与习题54

第四章 变送器及其特性55

第一节 变送器的构成原理及其特性55

一、变送器的理想输入输出特性55

二、变送器的构成原理及其数学模型55

三、不同测量转换特性的变送器56

第二节 变送器的测量滞后与量程调整57

一、变送器的测量滞后57

二、变送器的量程调整58

三、变送器的零点调整和零点迁移58

思考题与习题59

第五章 调节阀及其特性60

第一节 调节阀的构成和特性60

一、执行机构的构成和特性60

二、执行机构的选择62

三、调节机构的种类63

四、调节机构的选择64

五、电-气转换器和阀门定位器67

第二节 调节阀的流量特性68

一、理想流量特性68

二、工作流量特性70

三、调节阀流量特性的选择70

第三节 调节阀口径的计算和选择71

一、调节阀流量系数C的计算71

二、调节阀口径的选择74

思考题与习题74

第六章 简单控制系统76

第一节 简单控制系统设计概述76

一、简单控制系统的工作过程76

二、控制系统的工程要点77

第二节 简单控制系统的方案设计78

一、被控变量的确定78

二、操纵变量的确定79

三、测量和变送装置的选择81

四、调节阀的选择81

五、控制器的选择84

六、工程设计中图例符号的统一规定86

第三节 简单控制系统的投运及控制器的参数整定90

一、控制器的参数整定90

二、系统的投运及运行96

思考题与习题99

第七章 复杂及先进控制系统101

第一节 串级控制系统101

一、串级控制系统的组成101

二、串级控制系统的特点和设计原则103

三、串级控制系统控制器的选择及工程整定106

第二节 比值控制系统107

一、比值控制系统的类型及组成108

二、比值控制系统的实施109

三、比值控制系统的参数整定111

第三节 前馈控制系统112

一、前馈控制系统的组成112

二、静态与动态前馈控制系统113

三、前馈-反馈控制系统114

四、前馈控制系统的应用及工程整定115

第四节 先进控制系统116

一、大纯滞后过程的控制系统116

二、解耦控制系统119

三、预测控制系统121

四、适应性控制系统124

第五节 智能控制系统126

一、模糊控制126

二、神经网络控制131

三、专家控制135

思考题与习题136

第二篇 主要变量的测量与控制138

第八章 常用变量的测量与控制138

第一节 过程检测仪表概述138

一、检测仪表的组成及接线方式138

二、测量误差基本知识141

三、安全防爆基础知识144

第二节 压力的测量与控制146

一、压力测量仪表的分类与原理147

二、压力控制系统155

第三节 液位的测量与控制156

一、液位测量仪表的分类与原理156

二、液位控制系统162

第四节 流量的测量与控制163

一、流量仪表的分类与原理163

二、流量控制系统168

第五节 温度的测量与控制171

一、温度仪表的分类与原理171

二、热电偶温度仪表173

三、热电阻温度仪表177

四、温度变送器180

五、温度仪表的使用183

六、温度控制系统184

第六节 过程控制中的软测量技术简介186

一、软测量技术的基本原理和结构186

二、软测量主要技术187

思考题与习题190

第九章 浓度的测量与控制192

第一节 溶液浓度192

一、电极法测量浓度的基本原理192

二、pH的测量与控制194

第二节 溶液密度198

一、溶液浓度、密度与相对密度的关系198

二、溶液浓度的光学测量方法——折光仪199

三、溶液密度的测量与控制200

第三节 纸浆浓度203

一、中浓纸浆浓度的测量与控制203

二、低浓纸浆浓度的测量与控制208

第四节 纸浆打浆度211

一、纸浆打浆度测量仪212

二、打浆度的软测量215

三、打浆度的控制216

第五节 其他指标测量与控制217

一、胶体电荷分析仪217

二、在线留着率测量仪218

三、白度变送器220

思考题与习题220

第十章 纸张质量指标测量222

第一节 纸张水分的测量222

一、红外线水分仪222

二、微波水分仪225

第二节 纸张定量的测量228

一、测量原理228

二、β-射线纸张定量仪229

第三节 纸张定量和水分的纵向和横向分布测量232

第四节 纸张灰分测量仪233

第五节 纸张其他质量指标的测量233

一、纸张厚度测量仪234

二、纸张透气度测量仪234

三、纸张不透明度的测量235

四、纸张颜色的测量235

思考题与习题236

第三篇 制浆造纸典型过程的自动化方案237

第十一章 制浆过程的自动控制237

第一节 自动化方案制订原则237

一、自动化工程设计简介237

二、自动化方案的制订237

第二节 碱法蒸煮过程自动控制系统238

一、被调变量的确定238

二、间歇蒸煮原料装锅过程的控制238

三、蒸煮温度和压力的程序控制240

四、间歇蒸煮过程的计算机控制241

五、连续蒸煮过程计算机控制247

第三节 机械制浆过程自动控制系统250

一、控制要点及控制参数的选择250

二、控制系统250

第四节 废纸制浆控制系统254

一、废纸制浆工艺对自控系统的要求254

二、废纸脱墨过程自控系统256

第五节 洗筛过程自动控制系统257

一、洗浆过程258

二、筛选过程261

第六节 漂白过程的自动控制系统263

一、被调变量的确定264

二、控制方案264

思考题与习题267

第十二章 碱回收过程的自动控制268

第一节 蒸发过程268

一、被控变量的选择268

二、典型控制系统269

第二节 燃烧过程270

一、黑液的再浓缩和喷射270

二、黑液燃烧271

三、锅炉给水和蒸汽生成273

四、碱回收锅炉的先进控制系统274

第三节 绿液苛化和石灰回收274

一、苛化过程被控变量的选择274

二、典型的过程控制系统275

三、苛化率控制系统276

四、白泥过滤的自动控制276

五、石灰回收277

思考题与习题277

第十三章 造纸过程的自动控制278

第一节 打浆与配浆控制278

一、打浆控制278

二、配浆控制280

第二节 纸料流送及流浆箱控制283

一、纸料流送过程控制283

二、流浆箱控制285

第三节 纸机传动控制286

一、多分部同步速度链控制系统287

二、具有负荷分配控制的分部传动系统289

第四节 纸张水分与定量控制291

一、纸张定量水分控制的特点291

二、纸张定量水分典型控制方案292

思考题与习题296

第十四章 制浆造纸过程废水处理控制297

第一节 制浆造纸过程废水处理控制297

一、制浆造纸废水的来源及特点297

二、制浆造纸废水处理控制298

第二节 废纸制浆过程废水处理控制301

一、沉池和污泥泵的控制301

二、流量分配的控制302

三、溶解氧（DO）和风机的控制303

四、污泥回流的控制304

五、废弃污泥的控制305

六、药剂投放的控制307

七、废纸制浆造纸废水处理DCS系统308

思考题与习题310

第四篇 先进控制技术在制浆造纸过程中的应用311

第十五章 计算机控制系统311

第一节 计算机控制系统概述311

一、计算机控制系统发展概况311

二、计算机控制系统的种类和特点312

三、计算机控制系统的基本组成及信号流程316

第二节 计算机控制系统的控制算法319

一、计算机控制系统控制算法概述319

二、理想数字PID和实际数字PID321

三、改进型数字PID326

四、数字PID参数的工程整定330

第三节 计算机控制系统的输入输出通道336

一、模拟量输入输出通道336

二、数字量输入输出通道339

三、输入数据处理340

第四节 计算机控制系统的抗干扰技术343

一、干扰的来源和传播途径343

二、干扰抑制方法345

三、控制系统接地技术349

思考题与习题351

第十六章 集散控制系统352

第一节 DCS概述352

一、DCS的产生过程352

二、DCS的发展历程355

三、DCS的特点和优点362

第二节 DCS的基本组成和体系结构363

一、DCS的基本组成363

二、DCS的产品结构类型和技术特征365

三、DCS的体系结构369

第三节 典型DCS的体系结构介绍376

一、HollySys MACS系统376

二、新华XDPS系统377

三、SIMATIC PCS7系统378

四、Advant OCS系统379

第四节 DCS在造纸工业中的应用举例380

一、XDPS-400系统在Ahlstrom纸浆筛选设备控制中的应用380

二、SIMATIC PCS7在制浆和碱回收过程控制中的应用385

三、Advant OCS在牛皮箱板纸生产过程中的应用386

思考题与习题390

第十七章 全厂自动化信息化与现场总线控制系统（FCS）391

第一节 全厂自动化和信息化的概念391

一、全厂自动化和信息化的定义391

二、全厂自动化的规划392

三、全厂信息化发展历程394

第二节 现场总线技术395

一、现场总线简介395

二、现场总线技术396

第三节 现场总线系统399

一、现场总线网络系统399

二、现场总线控制系统404

第四节 工业信息技术及现代集成过程系统407

一、工业信息技术407

二、制浆造纸工业现代集成过程系统411

思考题与习题417

参考文献418