制藥過(guò)程自動(dòng)化與儀表

章　緒論 1
節(jié)　制藥工程的工藝特點(diǎn) /1
第二節(jié)　自動(dòng)化發(fā)展概述 /2
一、 經(jīng)典控制理論 /2
二、 現(xiàn)代控制理論 /3
三、 大系統(tǒng)理論 /3
四、 智能控制 /3
第三節(jié)　儀表發(fā)展概述 /4
第四節(jié)　自動(dòng)化與儀表的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng) /5
一、 硬件系統(tǒng) /5
二、 軟件系統(tǒng) /6
第五節(jié)　儀表的誤差與基本技術(shù)性能指標(biāo) /7
一、 儀表的測(cè)量誤差 /7
二、 儀表的技術(shù)性能指標(biāo) /8
第二章　自動(dòng)化與儀表基礎(chǔ)知識(shí) 11
節(jié)　自動(dòng)控制的基本概念 / 11
一、 概念 / 11
二、 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成 / 12
三、 控制系統(tǒng)方框圖 / 12
第二節(jié)　常見(jiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 / 13
一、 定值控制系統(tǒng) / 13
二、 隨動(dòng)控制系統(tǒng) / 13
三、 程序控制系統(tǒng) / 14
第三節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) / 14
一、 自動(dòng)控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性 / 14
二、 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 / 16
三、 自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) / 16
第四節(jié)　被控對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述方法 / 18
一、 被控對(duì)象特性分析 / 19
二、 機(jī)理建模 / 19
三、 實(shí)驗(yàn)建模 / 24
第五節(jié)　儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)的 標(biāo)準(zhǔn)與圖例 / 24
一、 測(cè)量點(diǎn) / 25
二、 儀表設(shè)備與功能的圖形符號(hào) / 25
三、 字母代號(hào) / 26
四、 儀表的位號(hào) / 26
五、 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 / 27
第六節(jié)　儀表的防護(hù)、防爆、防腐 / 28
一、 儀表的防護(hù) / 28
二、 儀表的防爆 / 28
三、 儀表的防腐 / 30
第三章　溫度檢測(cè)及儀表 31
節(jié)　溫度檢測(cè)概述 / 31
一、 膨脹式溫度計(jì) / 32
二、 壓力式溫度計(jì) / 33
三、 輻射式溫度計(jì) / 33
第二節(jié)　熱電偶 / 34
一、 熱電效應(yīng)及測(cè)溫原理 / 34
二、 熱電偶的分類 / 37
三、 熱電偶的結(jié)構(gòu) / 38
四、 補(bǔ)償導(dǎo)線的選用 / 39
五、 冷端溫度的補(bǔ)償 / 40
第三節(jié)　熱電阻 / 43
一、 熱電阻的工作原理 / 43
二、 熱電阻的分類 / 43
三、 熱電阻的結(jié)構(gòu) / 44
第四節(jié)　溫度變送器 / 45
一、 電動(dòng)溫度變送器 / 45
二、 一體化溫度變送器 / 47
三、 智能式溫度變送器 / 47
第五節(jié)　測(cè)溫元件的選用與安裝 / 48
一、 測(cè)溫元件的選用 / 48
二、 測(cè)溫元件的安裝 / 48
第四章　壓力檢測(cè)及儀表 51
節(jié)　壓力檢測(cè)概述 / 51
一、 壓力的定義及單位 / 51
二、 壓力的幾種表示方式 / 52
三、 常用的壓力測(cè)量?jī)x表 / 52
第二節(jié)　彈性式壓力計(jì) / 54
一、 彈性元件 / 54
二、 彈簧管壓力表 / 55
三、 電接點(diǎn)信號(hào)壓力表 / 56
第三節(jié)　應(yīng)變式壓力傳感器 / 56
一、 應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)的原理 / 57
二、 金屬應(yīng)變片與應(yīng)變式壓力傳感器 / 58
三、 壓阻元件與壓阻式壓力傳感器 / 60
第四節(jié)　電容式壓力傳感器 / 61
一、 電容式壓力傳感器的工作原理 / 61
二、 電容式差壓傳感器 / 62
三、 電容式壓力傳感器的等效電路 / 63
四、 電容式壓力傳感器的測(cè)量電路 / 64
第五節(jié)　壓電式壓力傳感器 / 66
一、 壓電效應(yīng)與壓電材料 / 66
二、 壓電式壓力傳感器的等效電路 / 66
三、 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu) / 67
四、 壓電式壓力傳感器的測(cè)量電路 / 68
第六節(jié)　壓力儀表的選用與安裝 / 69
一、 壓力儀表的選用 / 69
二、 壓力儀表的安裝 / 71
第五章　流量檢測(cè)及儀表 73
節(jié)　流量檢測(cè)概述 / 73
第二節(jié)　差壓式流量計(jì) / 74
一、 節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式 / 74
二、 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 / 76
三、 差壓式流量計(jì)的安裝使用 / 78
第三節(jié)　轉(zhuǎn)子流量計(jì) / 80
一、 工作原理 / 80
二、 電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì) / 81
三、 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的指示值修正 / 83
第四節(jié)　電磁流量計(jì) / 85
第五節(jié)　渦街流量計(jì) / 86
第六節(jié)　渦輪流量計(jì) / 87
第七節(jié)　質(zhì)量流量計(jì) / 88
第八節(jié)　流量測(cè)量?jī)x表的選用與安裝 / 90
一、 流量計(jì)的性能要求 / 90
二、 流體特性 / 90
三、 流量計(jì)的安裝 / 91
四、 環(huán)境條件要求 / 91
五、 經(jīng)濟(jì)方面的考慮 / 91
第六章　物位檢測(cè)及儀表 93
節(jié)　物位檢測(cè)概述 / 93
一、 接觸式物位檢測(cè)儀表 / 93
二、 非接觸式物位檢測(cè)儀表 / 94
第二節(jié)　差壓變送器測(cè)量物位 / 95
一、 工作原理 / 95
二、 差壓變送器的遷移 / 96
三、 差壓變送器的量程調(diào)整 / 98
四、 法蘭式差壓變送器 / 98
第三節(jié)　雷達(dá)液位計(jì) / 99
一、 雷達(dá)液位計(jì)的工作原理 / 99
二、 雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用特點(diǎn) /100
三、 雷達(dá)液位計(jì)的選型 /101
第四節(jié)　超聲物位計(jì) /101
一、 超聲物位計(jì)概述 /101
二、 超聲物位計(jì)的工作原理 /102
三、 超聲物位計(jì)的測(cè)量特點(diǎn) /103
第五節(jié)　電容物位計(jì) /104
一、 電容物位計(jì)的工作原理 /104
二、 電容物位計(jì)的選型與安裝 /105
三、 射頻導(dǎo)納技術(shù) /106
第六節(jié)　核輻射物位計(jì) /107
第七節(jié)　物位檢測(cè)儀表的選用 /108
第七章　成分檢測(cè)及儀表 110
節(jié)　成分檢測(cè)概述 /110
第二節(jié)　含氧量檢測(cè) /110
一、 電化學(xué)氧分析儀 /110
二、 氧化鋯氧分析儀 /111
三、 磁氧分析儀 /112
四、 熒光法氧分析儀 /114
五、 激光氣體分析儀 /116
第三節(jié)　pH檢測(cè) /117
一、 pH 檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)和工作原理 /117
二、 pH 測(cè)量系統(tǒng) /118
三、 工業(yè)pH 連續(xù)測(cè)量 /119
第四節(jié)　濁度檢測(cè) /119
一、 目視比濁法 /119
二、 分光光度法 /120
三、 濁度計(jì)測(cè)定法 /122
第五節(jié)　氫分析儀 /125
第六節(jié)　色譜分析儀 /125
一、 概述 /125
二、 氣相色譜儀 /126
三、 高效液相色譜儀 /127
第八章　顯示儀表 129
節(jié)　模擬式顯示儀表 /129
一、 電子電位差計(jì) /129
二、 電子自動(dòng)平衡電橋 /132
三、 電子電位差計(jì)與電子自動(dòng)平衡電橋的比較 /133
第二節(jié)　數(shù)字式顯示儀表 /133
一、 數(shù)字式顯示儀表的基本組成 /133
二、 數(shù)字式顯示儀表的分類 /135
三、 數(shù)字式顯示儀表的主要技術(shù)指標(biāo) /135
第三節(jié)　新型顯示儀表 /136
一、 智能顯示儀表 /136
二、 虛擬顯示儀表 /137
第九章　控制規(guī)律與控制器 139
節(jié)　控制規(guī)律概述 /139
第二節(jié)　PID控制規(guī)律算法 /139
一、 雙位控制 /140
二、 比例控制 /141
三、 積分控制 /145
四、 比例積分控制器 /145
五、 微分控制 /147
六、 比例微分控制器 /147
七、 比例積分微分控制器 /148
第三節(jié)　模擬控制器 /148
第四節(jié)　數(shù)字控制器 /149
一、 數(shù)字控制器的組成 /150
二、 數(shù)字控制器的基本構(gòu)成 /150
三、 數(shù)字控制器的實(shí)例 /152
第十章　執(zhí)行器 156
節(jié)　概述 /156
第二節(jié)　執(zhí)行機(jī)構(gòu) /156
一、 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) /156
二、 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) /158
三、 液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) /159
第三節(jié)　調(diào)節(jié)閥 /160
一、 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu) /160
二、 調(diào)節(jié)閥的類型 /160
第四節(jié)　控制閥的流量特性 /164
一、 控制閥的理想流量特性 /164
二、 控制閥的工作流量特性 /166
第五節(jié)　控制閥的選擇 /168
一、 控制閥的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)選擇 /168
二、 控制閥的流量特性選擇 /169
三、 控制閥的作用形式的選擇 /170
四、 控制閥口徑的選擇 /170
第六節(jié)　閥門(mén)定位器 /171
一、 電- 氣閥門(mén)定位器工作原理 /172
二、 智能閥門(mén)定位器 /172
三、 閥門(mén)定位器對(duì)閥的影響 /173
第七節(jié)　智能控制閥 /173
第十一章　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 174
節(jié)　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成 /174
第二節(jié)　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) /175
一、 設(shè)計(jì)方法概述 /175
二、 被控變量的選擇 /176
三、 操縱變量的選擇 /178
四、 控制器正、反作用的選擇 /180
五、 控制規(guī)律的選擇 /182
六、 參數(shù)整定方法 /183
第十二章　復(fù)雜控制系統(tǒng) 187
節(jié)　串級(jí)控制系統(tǒng) /187
一、 串級(jí)控制的基本概念 /187
二、 串級(jí)控制系統(tǒng)的組成 /189
三、 串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程 /190
四、 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) /191
五、 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) /192
六、 串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 /196
第二節(jié)　前饋控制系統(tǒng) /197
一、 前饋控制的基本概念 /197
二、 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) /198
三、 前饋控制系統(tǒng)的類型 /200
四、 前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合 /202
五、 前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) /203
第三節(jié)　比值控制系統(tǒng) /203
一、 比值控制的基本概念 /203
二、 比值控制系統(tǒng)的類型 /204
三、 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) /208
四、 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施 /209
第四節(jié)　均勻控制系統(tǒng) /212
一、 均勻控制的基本概念 /212
二、 均勻控制系統(tǒng)的類型 /214
三、 均勻控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 /215
第五節(jié)　分程控制系統(tǒng) /216
一、 分程控制的基本概念 /216
二、 分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合 /217
三、 分程控制系統(tǒng)應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題 /220
第十三章　可編程邏輯控制器 222
節(jié)　可編程邏輯控制器的主要功能 /222
第二節(jié)　可編程邏輯控制器的特點(diǎn) /223
第三節(jié)　可編程邏輯控制器的組成與基本結(jié)構(gòu) /223
一、 可編程邏輯控制器的硬件系統(tǒng) /224
二、 可編程邏輯控制器的軟件系統(tǒng) /226
第四節(jié)　可編程邏輯控制器的工作原理 /227
第五節(jié)　S7-1200組成和基本結(jié)構(gòu) /228
一、 S7-1200 的硬件 /228
二、 S7-1200 的軟件編程 /230
三、 S7-1200 的編程語(yǔ)言 /230
第六節(jié)　S7-1200的基本指令 /231
一、 位邏輯指令 /231
二、 定時(shí)器指令 /234
三、 數(shù)據(jù)處理指令 /236
四、 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 /238
第七節(jié)　基于可編程邏輯控制器的工程實(shí)踐 /239
一、 陳腐垃圾連續(xù)高效智能化裂解工藝技術(shù)及裝備研究 /239
二、 密煉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) /243
第十四章　集散控制系統(tǒng) 249
節(jié)　工業(yè)控制的發(fā)展歷程 /249
第二節(jié)　集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) /249
第三節(jié)　集散控制系統(tǒng)的基本組成 /250
一、 基本結(jié)構(gòu) /250
二、 體系結(jié)構(gòu) /251
第四節(jié)　集散控制系統(tǒng)應(yīng)用組態(tài) /252
一、 集散控制系統(tǒng)硬件組態(tài) /252
二、 集散控制系統(tǒng)軟件組態(tài) /252
第五節(jié)　集散控制系統(tǒng)性能評(píng)估 /253
一、 可靠性 /253
二、 易操作性 /254
三、 可組態(tài)性 /254
四、 可擴(kuò)展性 /254
五、 其他性能評(píng)估 /254
第六節(jié)　集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)特性 /254
一、 數(shù)據(jù)通信的基本概念 /255
二、 通信介質(zhì) /256
三、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) /256
四、 通信控制方式 /259
五、 集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存取控制技術(shù) /259
六、 數(shù)據(jù)通信協(xié)議 /261
第七節(jié)　JX-300X集散控制系統(tǒng) /263
一、 JX-300X 集散控制系統(tǒng)的組成 /263
二、 JX-300X 集散控制系統(tǒng)組態(tài) /265
三、 JX-300X 集散控制系統(tǒng)的設(shè)備安裝、調(diào)試、投運(yùn) /268
第八節(jié)　集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 /269
第十五章　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 272
節(jié)　現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 /272
一、 現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀與發(fā)展 /272
二、 幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線 /273
第二節(jié)　現(xiàn)場(chǎng)總線的組成 /278
第三節(jié)　現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用舉例 /279
一、 技術(shù)方案 /280
二、 實(shí)施步驟 /280
第十六章　制藥企業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 283
節(jié)　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 /283
一、 基本概念 /283
二、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) /283
三、 控制過(guò)程 /284
第二節(jié)　數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) /284
一、 基本概念 /284
二、 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) /285
三、 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)典型架構(gòu) /286
第三節(jié)　企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng) /288
一、 企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的概念 /288
二、 企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的特點(diǎn) /288
三、 企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的模塊 /288
四、 制藥公司企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng) /290
第四節(jié)　制造執(zhí)行系統(tǒng) /292
一、 基本概念 /292
二、 特征 /292
三、 制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)具備的能力 /293
第五節(jié)　基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)/294
一、 基本概念和技術(shù) /294
二、 基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例 /297
第十七章　 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 302
節(jié)　模糊控制 /302
一、 模糊控制的基本原理 /302
二、 模糊控制的幾種方法 /304
第二節(jié)　專家控制系統(tǒng) /305
一、 專家控制系統(tǒng)的概念 /305
二、 專家控制系統(tǒng)的類型 /305
三、 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) /306
第三節(jié)　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) /307
一、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) /307
二、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制中的主要作用 /308
三、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的分類 /308
第十八章　典型制藥設(shè)備的自動(dòng)控制 309
節(jié)　流體傳輸設(shè)備的控制 /309
一、 離心泵的控制方案 /309
二、 往復(fù)泵的控制方案 /311
三、 壓縮機(jī)的控制方案 /311
四、 離心式壓縮機(jī)的防喘振控制 /312
第二節(jié)　傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制 /314
第三節(jié)　鍋爐的控制 /316
一、 工作過(guò)程 /317
二、 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) /317
三、 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) /321
第四節(jié)　精餾塔的控制 /322
一、 精餾塔的分類 /322
二、 精餾塔的工藝要求 /323
三、 精餾塔的干擾因素 /323
四、 精餾塔的控制方案 /324
第五節(jié)　生化過(guò)程控制 /326
一、 發(fā)酵罐溫度控制 /327
二、 通氣流量、罐壓和攪拌轉(zhuǎn)速控制 /327
三、 溶氧濃度控制 /327
四、 pH 控制 /328
五、 自動(dòng)消泡控制 /328
第六節(jié)　化學(xué)反應(yīng)器控制 /329
一、 化學(xué)反應(yīng)器的類型 /329
二、 化學(xué)反應(yīng)器的控制要求 /329
三、 化學(xué)反應(yīng)器的自動(dòng)控制方案 /330
第十九章　制藥企業(yè)的自動(dòng)控制綜合舉例 332
節(jié)　PCS7控制系統(tǒng)在阿司匹林生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用 /332
一、 阿司匹林工藝概要 /332
二、 PCS7 控制系統(tǒng) /333
三、 阿司匹林生產(chǎn)過(guò)程控制 /340
第二節(jié)　異丙醇鉀反應(yīng)自動(dòng)控制案例 /343
一、 控制系統(tǒng)需求分析 /343
二、 異丙醇鉀工藝流程 /344
三、 異丙醇鉀工藝自動(dòng)化整體方案 /346
四、 異丙醇鉀生產(chǎn)過(guò)程控制 /349
參考文獻(xiàn)/353
附錄/ 356
附錄A　鉑銠10-鉑型熱電偶分度表 /356
附錄B　鎳鉻-鎳硅型熱電偶分度表/360
附錄C　鉑熱電阻分度表 /364
附錄D　銅熱電阻分度表 /366