轻化工过程自动化与信息化

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作者：刘焕彬主编

出版社：中国轻工业出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 化学工业

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ISBN：9787518435814
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：26cm
页数：488页
出版时间：2021-08-01
条形码：9787518435814 ; 978-7-5184-3581-4

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。

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。

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。

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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