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出版者:机械工业

作者:苏建修

出品人:

页数:382

译者:

出版时间:2006-7

价格:34.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111082934

丛书系列:

图书标签:

• 机械制造
• 机械工程
• 基础知识
• 制造工艺
• 机械原理
• 机械设计
• 工业工程
• 金属材料
• 数控技术
• 工程技术

《精细化工过程控制与优化》 书籍简介 第一章：化工过程控制系统基础 本章深入探讨现代精细化工生产中过程控制系统的基本原理与架构。内容涵盖了从基础的测量仪表选型、信号处理到执行器的动态特性分析。重点阐述了分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）在精细化工单元操作中的应用场景、硬件选型标准及软件编程逻辑。详细解析了传感器（如温度、压力、流量、pH值、液位等）在苛刻化工环境下的可靠性与精度要求，并对比了传统模拟信号与现代数字总线技术（如HART、Foundation Fieldbus）的优缺点及集成策略。此外，还引入了过程安全仪表系统（SIS）的基本概念，强调了在精细化学品生产中，安全联锁设计的重要性与实施规范。 第二章：经典反馈与前馈控制策略 本章聚焦于工业控制领域应用最为广泛的PID控制器。通过对经典的比例（P）、积分（I）、微分（D）三项的独立作用、相互耦合效应及其对系统响应的影响进行透彻分析。内容不仅包括了理论推导，更侧重于精细化工场景下的参数整定方法。我们将详述Ziegler-Nichols法、模型匹配法等经典整定技术，并结合实际案例，展示如何在反应釜、精馏塔、结晶器等关键设备上进行参数的在线与离线优化。同时，本章引入前馈控制，阐明如何利用过程干扰的先验信息，提前介入控制，有效抑制负荷变化对产品质量的冲击。对延迟环节（纯滞后时间）的处理，特别是针对大延迟系统的控制挑战，提供了多种有效的工程解决方案。 第三章：先进过程控制（APC）技术 随着精细化工对产品收率、能耗和批次间一致性要求的提高，先进控制技术已成为核心竞争力。本章系统介绍基于模型的先进控制方法。首先，对过程模型辨识技术进行了详细介绍，包括时间域辨识和频率域辨识在化工过程中的应用，重点讲解了如何构建准确、鲁棒的化学过程机理模型或数据驱动模型。随后，深入剖析模型预测控制（MPC）。内容覆盖了核心的优化问题数学描述（二次规划或线性规划）、约束处理（输入、输出和状态约束）以及在线滚动时域的计算流程。通过多个精馏塔的能效优化、多变量反应器温度控制等案例，展示MPC在处理强耦合、多变量系统中的卓越性能。此外，本章还涵盖了模糊控制、神经网络控制在非线性或难以建模系统中的应用探索。 第四章：批次过程控制与优化 精细化工和医药中间体生产大量采用间歇式（批次）操作。本章专门针对批次过程的特殊性，构建了一套完整的控制与优化理论框架。内容始于批次过程的阶段划分（如投料、升温、反应、冷却、出料）及阶段间的平稳切换逻辑。随后，详细介绍“轨迹跟踪控制”的概念，即如何精确地跟踪预先设定的时间-状态轨迹。本章的核心在于混合整数非线性控制（MINLP）在批次过程优化中的应用，目标是最小化批次周期或最大化收率。探讨了面向批次过程的在线优化（Real-Time Optimization, RTO）策略，以及如何利用操作数据的反馈修正批次模型，确保下一批次能达到更优的性能。 第五章：过程质量控制与软测量 产品质量是精细化工的生命线。本章探讨如何将质量指标（如组分浓度、纯度、分子量分布等）引入实时控制回路。由于在线分析仪器成本高昂或响应缓慢，本章重点介绍了“软测量”（Soft Sensing）技术。内容包括基于多元统计分析（如PCA、PLS）的定量结构-活性关系（QSAR）建模、基于神经网络的工况预测模型构建。重点讨论了模型的实时更新、异常检测与状态估计，确保软测量结果的可靠性。此外，本章还引入了质量控制（QC）与过程控制（PC）的集成，即如何设计反馈结构，使过程变量的波动能迅速被校正，从而将最终产品质量波动控制在规格限度内。 第六章：过程安全仪表系统（SIS）与风险管理 安全是化工过程控制的最高优先级。本章详尽论述了过程安全仪表系统的设计、实施与维护，与传统的基于DCS的过程控制系统形成鲜明对比。内容严格遵循IEC 61508/61511功能安全标准。详细解释了安全完整性等级（SIL）的确定流程，包括危害和可操作性分析（HAZOP）、保护层分析（LOPA）。本章还涵盖了安全阀、紧急切断阀等关键安全元件的选型与校验，以及SIS的独立性设计原则，确保在基本过程控制失效时，SIS能够可靠地将装置带入安全状态。 第七章：工业数据通信与网络安全 现代控制系统严重依赖于可靠的数据通信网络。本章从工业以太网的角度出发，介绍了现场总线（PROFIBUS DP/PA, Modbus TCP）及工业以太网协议（EtherNet/IP, PROFINET）在化工数据采集与控制中的应用。本章强调了工业控制系统（ICS）的网络安全问题，这是当前精细化工数字化转型中的关键挑战。内容包括网络分段（ISA/IEC 62443标准）、入侵检测系统在控制层面的部署、以及针对操作员站和工程师站的加固策略，确保数据传输的完整性、可用性和机密性。 第八章：控制系统性能评估与优化 控制系统投入运行后，持续的性能监测与优化至关重要。本章提供了量化评估控制系统性能的工程化工具。内容包括过程变异性的度量（如波动幅度、波动频率）、控制器效率指标（如积分绝对误差IAE、控制超调量）。重点讲解了“过程性能监控”（Performance Monitoring）的自动化方法，如何利用历史数据自动发现“带病运行”的控制回路，并指导工程师进行针对性的改进。本章最后对新兴的基于云的分析和预测性维护技术在控制资产管理中的潜力进行了展望。

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