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K 20
三、时间常数T 21
四、滞后时间τ 22
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PID 321
三、改进型数字PID 326
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