水工業(yè)儀表自動化

《水工業(yè)儀表自動化》首先介紹了水質(zhì)監(jiān)測的基礎知識，詳盡介紹了各種水質(zhì)監(jiān)測儀器的原理、結構、使用經(jīng)驗與維護要點，之后闡述了經(jīng)典與現(xiàn)代自動控制論基礎知識、各種控制系統(tǒng)構成規(guī)則以及水處理典型工藝流程常用自動控制系統(tǒng)分析與設計要點，尤其側(cè)重介紹了在現(xiàn)有水處理工程中大量采用的PID控制器特性及參數(shù)整定技巧，同時介紹了近年來發(fā)展的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、無模型自適應控制、智能控制等先進控制算法的基本原理及其在水處理工藝過程優(yōu)化控制中的應用，為實現(xiàn)將水污染防治工程與設施同測控技術裝備融為一體、以信息化帶動工業(yè)化的"兩化合一"奠定技術基礎。

《水工業(yè)儀表自動化》將水質(zhì)監(jiān)測儀器和自動控制理論與水處理工藝過程有機結合，有助于提高該行業(yè)技術人員的專業(yè)知識和技術水平。

第1篇 水質(zhì)監(jiān)測儀器及水處理工程用儀器設備

第1章 檢測技術基本知識

1.1 水處理過程中的監(jiān)測儀器

1.2 檢測儀器性能與技術指標

1.3 檢測儀器的分類

1.4 檢測儀表的組成

1.5 常用檢測儀器的原理

1.5.1 電磁法

1.5.2 光學法

1.5.3 微波法

1.5.4 超聲法

第2章 在線式水質(zhì)監(jiān)測儀器

2.1 引言

2.1.1 概述

2.1.2 在線水質(zhì)分析儀器的發(fā)展

2.1.3 在線水質(zhì)分析儀器在水處理工業(yè)中的應用

2.2 在線式水質(zhì)常規(guī)參數(shù)檢測儀

2.2.1 pH檢測儀

2.2.2 ORP檢測儀

2.2.3 電導率檢測儀

2.2.4 在線式溶解氧檢測儀

2.2.5 濁度/懸浮物濃度檢測儀

2.2.6 多參數(shù)水質(zhì)分析儀

2.3 在線式水質(zhì)分析儀

2.3.1 化學需氧量在線分析儀

2.3.2 生化需氧量在線分析儀

2.3.3 總有機碳在線分析儀

2.3.4 氨氮在線分析儀

2.3.5 硝酸鹽氮/亞硝酸鹽氮在線分析儀

2.3.6 總氮在線分析儀

2.3.7 總磷在線分析儀

2.3.8 磷酸鹽在線分析儀

2.3.9 鈉離子在線分析儀

2.3.10 在線硅分析儀

2.3.11 六價鉻在線分析儀

2.3.12 離子在線分析儀

2.3.13 余氯/總氯在線分析儀和二氧化氯在線分析儀

2.3.14 聯(lián)氨在線分析儀

2.3.15 堿度在線分析儀

2.3.16 電極法臭氧在線分析儀

2.3.17 硬度在線分析儀

2.3.18 水中油在線分析儀

2.3.19 水質(zhì)自動采樣器

2.4 水質(zhì)自動監(jiān)測站

2.4.1 水質(zhì)自動監(jiān)測站的組成

2.4.2 水質(zhì)自動監(jiān)測站建設的技術要求

2.4.3 方案設計

2.4.4 數(shù)據(jù)采集?處理?控制?顯示?通訊系統(tǒng)

第3章 水處理工程專用儀器和設備

3.1 水處理工程專用儀器

3.1.1 液位(水位)測量儀表

3.1.2 流速/流量測量儀表

3.1.3 流動電流檢測器

3.1.4 污泥界面儀

3.1.5 污染指數(shù)SDI測試儀

3.1.6 熒光示蹤劑濃度監(jiān)測儀

3.1.7 沉降速度?上清液濁度檢測器

3.2 執(zhí)行機構

3.2.1 計量泵

3.2.2 蠕動泵

第2篇 自動控制系統(tǒng)及其在水處理典型工藝中的應用

第4章 自動控制系統(tǒng)基本知識

4.1 概述

4.2 基本知識

4.2.1 自動控制系統(tǒng)的組成

4.2.2 反饋控制系統(tǒng)的分類

4.2.3 反饋控制系統(tǒng)性能評價

4.2.4 微分方程

4.2.5 傳遞函數(shù)

4.2.6 頻率特性

4.2.7 單位階躍響應

4.3 穩(wěn)定性

4.3.1 定義

4.3.2 判定方法

4.3.3 穩(wěn)定性判據(jù)

4.3.4 穩(wěn)定余量

4.3.5 穩(wěn)態(tài)偏差

4.4 動態(tài)品質(zhì)分析

4.4.1 品質(zhì)指標

4.4.2 分析方法

4.5 系統(tǒng)的校正

4.5.1 串聯(lián)校正

4.5.2 局部反饋校正

第5章 自動控制系統(tǒng)

5.1 概述

5.2 自動控制系統(tǒng)的分類

5.3 自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)評價

5.3.1 靜態(tài)特性與動態(tài)特性

5.3.2 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標

5.4 控制對象的數(shù)學模型

5.4.1 靜態(tài)(或穩(wěn)態(tài))數(shù)學模型

5.4.2 動態(tài)數(shù)學模型

5.4.3 軟測量技術及軟測量模型

5.5 控制器的控制規(guī)律

5.5.1 開關式控制

5.5.2 比例(P)控制

5.5.3 積分(I)作用和比例+稱分(PI)控制

5.5.4 微分(D)作用和比例+徽分(PD)控制

5.5.5 比例+積分+微分(PID)控制

5.5.6 離散比例積分微分控制

5.6 控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定

5.6.1 PID控制系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)評價

5.6.2 PID控制器參數(shù)整定

5.7 PID性能改善

5.7.1 概述

5.7.2 自整定或自調(diào)諧

5.8 常規(guī)控制系統(tǒng)

5.8.1 簡單控制系統(tǒng)

5.8.2 復雜控制系統(tǒng)

5.9 先進控制

5.9.1 概述

5.9.2 預測控制

5.9.3 推斷控制

5.9.4 雙重控制

5.9.5 解耦控制

5.9.6 自適應控制

5.9.7 滯后補償控制

5.9.8 智能控制

5.10 其他類型控制模式

5.10.1 無模型自適應控制技術

5.10.2 通用模型控制

5.10.3 內(nèi)?？刂?/p>

5.10.4 模型差動極值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

第6章 水處理單元操作自動化

6.1 概述

6.2 pH控制

6.2.1 概述

6.2.2 工業(yè)廢水中和處理過程pH模糊控制

6.2.3 污水處理中和反應過程pH控制

6.2.4 濕法煙氣脫硫裝置中的pH控制

6.2.5 陰陽床再生污水pH控制

6.2.6 乙烯裝置急冷水pH先進控制

6.2.7 油田污水處理pH模糊控制

6.2.8 酸性工業(yè)廢水中和處理pH控制

6.2.9 工業(yè)廢水電絮凝一體化裝置pH控制

6.3 ORP控制

6.3.1 ORP控制SBR曝氣風量

6.3.2 泳池水處理自動加藥

6.3.3 含氰、鉻電鍍廢水處理ORP控制

6.4 電導率(電阻率)控制

6.4.1 循環(huán)冷卻水水質(zhì)監(jiān)測與濃縮倍數(shù)自動保持系統(tǒng)

6.4.2 鍋爐供水化學凈化過程極值控制

6.5 混凝投藥控制技術及應用

6.5.1 現(xiàn)有技術

6.5.2 定量分析絮體形狀及混凝劑加注量自動調(diào)節(jié)

6.5.3 沉降速度?澄清液濁度檢測器與絮凝劑優(yōu)化投加系統(tǒng)

6.5.4 絮凝劑投加量最佳控制

6.6 溶解氧自動控制系統(tǒng)

6.6.1 鍋爐供水除氧劑自動投加與溶解氧控制系統(tǒng)

6.6.2 曝氣過程溶解氧自動控制系統(tǒng)

6.7 循環(huán)冷卻水自動加藥系統(tǒng)

6.7.1 概述

6.7.2 空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)平衡計算

6.7.3 循環(huán)冷卻水質(zhì)測控技術要求

6.7.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)現(xiàn)行水質(zhì)測控方案比較

6.7.5 中央空調(diào)循環(huán)冷卻水水質(zhì)測控成套設備

6.7.6 工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)測控系統(tǒng)

6.8 次氯酸鈉/二氧化氯自動加藥及余氯控制

6.8.1 次氯酸鈉消毒

6.8.2 二氧化氯消毒

6.8.3 常用加藥方式

6.8.4 自動加藥應用實例

6.9 鍋爐爐水協(xié)調(diào)磷酸鹽?pH值控制

6.9.1 工藝要求

6.9.2 數(shù)學模型

6.9.3 投加藥劑原則

6.9.4 自動加藥方案

6.10 多參數(shù)控制及先進控制

6.10.1 廢水處理工藝過程神經(jīng)網(wǎng)絡智能控制

6.10.2 生物電極脫氮工藝模糊控制

6.10.3 用化學法強化生物除磷的優(yōu)化控制

6.10.4 氨氮與硝酸鹽氮控制

6.10.5 由磷酸鹽和總磷分析儀構成的優(yōu)化控制系統(tǒng)

6.10.6 污泥齡自動控制系統(tǒng)

6.10.7 污泥回流控制

6.10.8 分段曝氣溶解氧控制

6.10.9 碳源投加控制

6.11 反滲透裝置控制

6.11.1 概述

6.11.2 反滲透電控系統(tǒng)技術要求

6.12 PLC、DCS、FCS、SCADA、WSN

6.12.1 PLC、DCS、FCS

6.12.2 SCADA

6.12.3 現(xiàn)場總線在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應用

6.12.4 無線傳感器網(wǎng)絡的現(xiàn)狀與趨勢

第3篇 工程應用

第7章 污水處理工藝過程優(yōu)化控制系統(tǒng)

7.1 污水處理過程建模

7.1.1 基于機理模型的出水水質(zhì)指標

7.1.2 基于軟測量模型的出水水質(zhì)指標

7.1.3 入水水量及水質(zhì)預測模型

7.2 污水處理過程優(yōu)化控制

7.2.1 入水流量優(yōu)化控制

7.2.2 溶解氧濃度優(yōu)化控制

7.2.3 溶解氧仿人智能控制應用

7.2.4 污泥濃度回路控制

7.3 污水處理過程異常工況診斷

7.3.1 污泥膨脹預測

7.3.2 工業(yè)毒水診斷

第8章 水工業(yè)儀表自動化技術發(fā)展趨勢

8.1 污水處理廠綜合自動化系統(tǒng)

8.1.1 城市污水處理廠存在的問題

8.1.2 綜合自動化系統(tǒng)的體系結構

8.1.3 綜合自動化系統(tǒng)功能描述

8.2 無線技術在污水處理行業(yè)的應用

8.2.1 污水處理廠有線通訊方式存在的問題

8.2.2 無線技術在污水處理廠的應用

8.2.3 無線技術在城市污水處理系統(tǒng)的應用

8.3 污水處理過程故障診斷

8.3.1 故障診斷技術應用的必要性

8.3.2 故障診斷技術簡介

8.3.3 污水處理工藝流程故障診斷方法

8.3.4 故障診斷專家系統(tǒng)

8.4 智能儀表在污水處理廠的應用

8.4.1 智能儀表的特點

8.4.2 智能儀表的結構

8.4.3 智能儀表的發(fā)展趨勢

8.4.4 智能儀表在污水處理廠的使用

附錄 部分在線式水質(zhì)監(jiān)測儀器

參考文獻

出版社: 第1版 (2011年10月22日)

平裝

正文語種: 簡體中文

條形碼: 9787122111852

《自動化儀表》創(chuàng)刊于1957年，是中國科學技術協(xié)會主管、中國儀器儀表學會和上海工業(yè)自動化儀表研究所合辦的中國自動化儀表行業(yè)綜合性技術刊物。《自動化儀表》為中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊、中國期刊方陣(雙百期刊)入選期刊，并被評為第一、二屆全國優(yōu)秀科技期刊和中國科協(xié)、原機械工業(yè)部、原機械電子工業(yè)部及上海市優(yōu)秀科技期刊。 《自動化儀表》設有相關專題、研究與開發(fā)、系統(tǒng)集成與應用、應用實踐、創(chuàng)新技術與產(chǎn)品、行業(yè)信息及專題等欄目。報道國內(nèi)外自動化儀表及自動控制領域的科研成果和先進技術;介紹新產(chǎn)品、新工藝，交流現(xiàn)場應用文本經(jīng)驗;傳播自動化儀表及控制系統(tǒng)的基礎知識;反映自動化控制的發(fā)展動態(tài)。內(nèi)容突出實用性、指導性、知識性，適合冶金、化工、煉油、電力、機械、輕工、紡織、環(huán)保、制藥、建橋、軍工等各行各業(yè)從事測量與控制工作的科研技術人員、管理人員、營銷人員和大專院校師生閱讀。

《自動化儀表》國內(nèi)外公開發(fā)行,國內(nèi)統(tǒng)一刊號:CN31-1501/TH,國際連續(xù)出版物號:ISSN 1000-0380，國外代號:M-721。 《自動化儀表》為月刊，每月20日出版，郵發(fā)代號:4-304，定價:10.00元，全年定價:120.00元。

《自動化儀表》在自動化及儀表界輻射力大、影響廣泛，是交流信息、獲取商情、推動創(chuàng)新、促進發(fā)展的理想橋梁與平臺。竭誠歡迎訂閱、投稿和投放廣告!

自動化儀表(英文:automatic instruments)是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設備。真空檢漏儀、壓力表、測長儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。廣義來說，儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制中的氣動調(diào)節(jié)儀表，和電動調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。 儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物，而顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等儀器儀表，可以改善和擴展人的這些官能;另外，有些儀器儀表如磁強計、射線計數(shù)計等可感受和測量到人的感覺器官所不能感受到的物理量;還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數(shù)，如高速照相機、計算機等。

自動化檢測儀表是自控系統(tǒng)中關鍵的子系統(tǒng)之一。一般的自動化檢測儀表主要由三個部分組成:①傳感器，利用各種信號檢測被測模擬量;②變送器，將傳感器所測量的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)? ~ 20mA 的電流信號，并送到可編程序控制器中;③顯示器，將測量結果直觀地顯示出來，提供結果。

自動化檢測儀表以其測量精確、顯示清晰、操作簡單等特點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用，而且自動化檢測儀表內(nèi)部具有與微機的接口，更是自動化控制系統(tǒng)重要的部分，被稱為自動化控制系統(tǒng)的眼睛。自動化儀表主要有溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量儀表及一些過程分析儀表等。

1、溫度儀表

石化現(xiàn)場設備或管道內(nèi)介質(zhì)溫度一般都需要指示控制，最常用的是熱電阻、熱電偶。特殊熱電阻有油罐平均溫度計等;特殊熱電偶有耐磨熱電偶、表面熱電偶、多點式熱電偶、防爆熱電偶等。

2、壓力儀表

壓力表分液柱式、彈性式、活塞式。作為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號送至DCS或其它調(diào)節(jié)器外，位移平衡式基地式調(diào)節(jié)器仍常用于現(xiàn)場。

3、物料儀表

物料儀表沒有通用產(chǎn)品，按測量方式分為直讀式、浮力式、靜壓式、電接觸式、電容式、超聲波式等等，其中雷達式、磁致伸縮式以及矩陣渦流式液位計精度高，石化行業(yè)應用普及。

4、流量儀表

流量，不是一般的流速，是單位時間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體的體積和質(zhì)量，另外還需要求知管道中一段時間內(nèi)流過的累積流體的體積和質(zhì)量。

5、在線過程分析儀

從工藝上看，生產(chǎn)過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格，所以對過程中物料成分的直接分析和對最終產(chǎn)品的成分分析是非常重要的。

檢測與過程控制儀表(通常稱自動化儀表)分類方法很多，根據(jù)不同原則可以進行相應的分類。

例如按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表(很少見);按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝里;按儀表安裝形式，可以分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表。隨著微處理機的蓬勃發(fā)展，根據(jù)儀表有否引入微處理器又可分為智能儀表與非智能儀表。根據(jù)儀表信號的形式可分為模似儀表和數(shù)字儀表。

調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結構特哄和流量特性不同進行分類

例如變送器具有多種功能，溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表，差壓變送器可以劃歸流檢測儀表

顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能，又可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可分為單點記錄和多點記錄(指示亦可以有單點和多點)，其中又有在紙記錄或無紙記錄，若是有紙記錄又分筆錄和打印記錄。

調(diào)節(jié)儀表可是以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。由于微處理機引入，又有可編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器之分。

執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機構按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器，按結構形式可以分為薄膜式、活塞式(氣缸式)和長行程執(zhí)行機構。調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結構特噗和流量特性不同進行分類，按結構特點分通常有直通單座、直通雙座、三通、角形、隔膜、蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒(籠式)、閥體分離等，按流量特性分為直線、對數(shù)(等面分比)、拋物線、快開等。

這類分類方法相對比較合理，儀表覆蓋面也比較廣，但任何一種分類方法均不能將所有儀表分門別類地劃分得井井有序，它們中間互有滲透，彼此溝通。例如變送器具有多種功能，溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表，差壓變送器可以劃歸流量檢測儀表，壓力變送器可以劃歸壓檢測儀表，若用兀壓法測液位可以劃歸物位檢測儀表，很難確切劃歸哪一類，中外單元組合儀表中的計算和輔助單元也很難歸并。