制药过程自动化与仪表

章　绪论 1
节　制药工程的工艺特点 /1
第二节　自动化发展概述 /2
一、 经典控制理论 /2
二、 现代控制理论 /3
三、 大系统理论 /3
四、 智能控制 /3
第三节　仪表发展概述 /4
第四节　自动化与仪表的硬件系统与软件系统 /5
一、 硬件系统 /5
二、 软件系统 /6
第五节　仪表的误差与基本技术性能指标 /7
一、 仪表的测量误差 /7
二、 仪表的技术性能指标 /8
第二章　自动化与仪表基础知识 11
节　自动控制的基本概念 / 11
一、 概念 / 11
二、 简单控制系统构成 / 12
三、 控制系统方框图 / 12
第二节　常见的自动控制系统概述 / 13
一、 定值控制系统 / 13
二、 随动控制系统 / 13
三、 程序控制系统 / 14
第三节　自动控制系统的过渡过程和品质指标 / 14
一、 自动控制系统的静态特性和动态特性 / 14
二、 自动控制系统的过渡过程 / 16
三、 自动控制系统的品质指标 / 16
第四节　被控对象特性的数学描述方法 / 18
一、 被控对象特性分析 / 19
二、 机理建模 / 19
三、 实验建模 / 24
第五节　仪表与自动控制系统的 标准与图例 / 24
一、 测量点 / 25
二、 仪表设备与功能的图形符号 / 25
三、 字母代号 / 26
四、 仪表的位号 / 26
五、 带控制点的工艺流程图 / 27
第六节　仪表的防护、防爆、防腐 / 28
一、 仪表的防护 / 28
二、 仪表的防爆 / 28
三、 仪表的防腐 / 30
第三章　温度检测及仪表 31
节　温度检测概述 / 31
一、 膨胀式温度计 / 32
二、 压力式温度计 / 33
三、 辐射式温度计 / 33
第二节　热电偶 / 34
一、 热电效应及测温原理 / 34
二、 热电偶的分类 / 37
三、 热电偶的结构 / 38
四、 补偿导线的选用 / 39
五、 冷端温度的补偿 / 40
第三节　热电阻 / 43
一、 热电阻的工作原理 / 43
二、 热电阻的分类 / 43
三、 热电阻的结构 / 44
第四节　温度变送器 / 45
一、 电动温度变送器 / 45
二、 一体化温度变送器 / 47
三、 智能式温度变送器 / 47
第五节　测温元件的选用与安装 / 48
一、 测温元件的选用 / 48
二、 测温元件的安装 / 48
第四章　压力检测及仪表 51
节　压力检测概述 / 51
一、 压力的定义及单位 / 51
二、 压力的几种表示方式 / 52
三、 常用的压力测量仪表 / 52
第二节　弹性式压力计 / 54
一、 弹性元件 / 54
二、 弹簧管压力表 / 55
三、 电接点信号压力表 / 56
第三节　应变式压力传感器 / 56
一、 应变效应和压阻效应的原理 / 57
二、 金属应变片与应变式压力传感器 / 58
三、 压阻元件与压阻式压力传感器 / 60
第四节　电容式压力传感器 / 61
一、 电容式压力传感器的工作原理 / 61
二、 电容式差压传感器 / 62
三、 电容式压力传感器的等效电路 / 63
四、 电容式压力传感器的测量电路 / 64
第五节　压电式压力传感器 / 66
一、 压电效应与压电材料 / 66
二、 压电式压力传感器的等效电路 / 66
三、 压电式压力传感器的结构 / 67
四、 压电式压力传感器的测量电路 / 68
第六节　压力仪表的选用与安装 / 69
一、 压力仪表的选用 / 69
二、 压力仪表的安装 / 71
第五章　流量检测及仪表 73
节　流量检测概述 / 73
第二节　差压式流量计 / 74
一、 节流现象与流量基本方程式 / 74
二、 标准节流装置 / 76
三、 差压式流量计的安装使用 / 78
第三节　转子流量计 / 80
一、 工作原理 / 80
二、 电远传式转子流量计 / 81
三、 转子流量计的指示值修正 / 83
第四节　电磁流量计 / 85
第五节　涡街流量计 / 86
第六节　涡轮流量计 / 87
第七节　质量流量计 / 88
第八节　流量测量仪表的选用与安装 / 90
一、 流量计的性能要求 / 90
二、 流体特性 / 90
三、 流量计的安装 / 91
四、 环境条件要求 / 91
五、 经济方面的考虑 / 91
第六章　物位检测及仪表 93
节　物位检测概述 / 93
一、 接触式物位检测仪表 / 93
二、 非接触式物位检测仪表 / 94
第二节　差压变送器测量物位 / 95
一、 工作原理 / 95
二、 差压变送器的迁移 / 96
三、 差压变送器的量程调整 / 98
四、 法兰式差压变送器 / 98
第三节　雷达液位计 / 99
一、 雷达液位计的工作原理 / 99
二、 雷达液位计的应用特点 /100
三、 雷达液位计的选型 /101
第四节　超声物位计 /101
一、 超声物位计概述 /101
二、 超声物位计的工作原理 /102
三、 超声物位计的测量特点 /103
第五节　电容物位计 /104
一、 电容物位计的工作原理 /104
二、 电容物位计的选型与安装 /105
三、 射频导纳技术 /106
第六节　核辐射物位计 /107
第七节　物位检测仪表的选用 /108
第七章　成分检测及仪表 110
节　成分检测概述 /110
第二节　含氧量检测 /110
一、 电化学氧分析仪 /110
二、 氧化锆氧分析仪 /111
三、 磁氧分析仪 /112
四、 荧光法氧分析仪 /114
五、 激光气体分析仪 /116
第三节　pH检测 /117
一、 pH 检测仪的结构和工作原理 /117
二、 pH 测量系统 /118
三、 工业pH 连续测量 /119
第四节　浊度检测 /119
一、 目视比浊法 /119
二、 分光光度法 /120
三、 浊度计测定法 /122
第五节　氢分析仪 /125
第六节　色谱分析仪 /125
一、 概述 /125
二、 气相色谱仪 /126
三、 高效液相色谱仪 /127
第八章　显示仪表 129
节　模拟式显示仪表 /129
一、 电子电位差计 /129
二、 电子自动平衡电桥 /132
三、 电子电位差计与电子自动平衡电桥的比较 /133
第二节　数字式显示仪表 /133
一、 数字式显示仪表的基本组成 /133
二、 数字式显示仪表的分类 /135
三、 数字式显示仪表的主要技术指标 /135
第三节　新型显示仪表 /136
一、 智能显示仪表 /136
二、 虚拟显示仪表 /137
第九章　控制规律与控制器 139
节　控制规律概述 /139
第二节　PID控制规律算法 /139
一、 双位控制 /140
二、 比例控制 /141
三、 积分控制 /145
四、 比例积分控制器 /145
五、 微分控制 /147
六、 比例微分控制器 /147
七、 比例积分微分控制器 /148
第三节　模拟控制器 /148
第四节　数字控制器 /149
一、 数字控制器的组成 /150
二、 数字控制器的基本构成 /150
三、 数字控制器的实例 /152
第十章　执行器 156
节　概述 /156
第二节　执行机构 /156
一、 气动执行机构 /156
二、 电动执行机构 /158
三、 液动执行机构 /159
第三节　调节阀 /160
一、 调节阀的结构 /160
二、 调节阀的类型 /160
第四节　控制阀的流量特性 /164
一、 控制阀的理想流量特性 /164
二、 控制阀的工作流量特性 /166
第五节　控制阀的选择 /168
一、 控制阀的结构及材质选择 /168
二、 控制阀的流量特性选择 /169
三、 控制阀的作用形式的选择 /170
四、 控制阀口径的选择 /170
第六节　阀门定位器 /171
一、 电- 气阀门定位器工作原理 /172
二、 智能阀门定位器 /172
三、 阀门定位器对阀的影响 /173
第七节　智能控制阀 /173
第十一章　简单控制系统 174
节　简单控制系统的组成 /174
第二节　简单控制系统的设计 /175
一、 设计方法概述 /175
二、 被控变量的选择 /176
三、 操纵变量的选择 /178
四、 控制器正、反作用的选择 /180
五、 控制规律的选择 /182
六、 参数整定方法 /183
第十二章　复杂控制系统 187
节　串级控制系统 /187
一、 串级控制的基本概念 /187
二、 串级控制系统的组成 /189
三、 串级控制系统的工作过程 /190
四、 串级控制系统的特点 /191
五、 串级控制系统的设计 /192
六、 串级控制系统的参数整定 /196
第二节　前馈控制系统 /197
一、 前馈控制的基本概念 /197
二、 前馈控制系统的特点 /198
三、 前馈控制系统的类型 /200
四、 前馈控制系统的应用场合 /202
五、 前馈控制系统的设计 /203
第三节　比值控制系统 /203
一、 比值控制的基本概念 /203
二、 比值控制系统的类型 /204
三、 比值控制系统的设计 /208
四、 比值控制系统的实施 /209
第四节　均匀控制系统 /212
一、 均匀控制的基本概念 /212
二、 均匀控制系统的类型 /214
三、 均匀控制系统的参数整定 /215
第五节　分程控制系统 /216
一、 分程控制的基本概念 /216
二、 分程控制系统的应用场合 /217
三、 分程控制系统应用中的几个问题 /220
第十三章　可编程逻辑控制器 222
节　可编程逻辑控制器的主要功能 /222
第二节　可编程逻辑控制器的特点 /223
第三节　可编程逻辑控制器的组成与基本结构 /223
一、 可编程逻辑控制器的硬件系统 /224
二、 可编程逻辑控制器的软件系统 /226
第四节　可编程逻辑控制器的工作原理 /227
第五节　S7-1200组成和基本结构 /228
一、 S7-1200 的硬件 /228
二、 S7-1200 的软件编程 /230
三、 S7-1200 的编程语言 /230
第六节　S7-1200的基本指令 /231
一、 位逻辑指令 /231
二、 定时器指令 /234
三、 数据处理指令 /236
四、 数学运算指令 /238
第七节　基于可编程逻辑控制器的工程实践 /239
一、 陈腐垃圾连续高效智能化裂解工艺技术及装备研究 /239
二、 密炼机控制系统设计与实现 /243
第十四章　集散控制系统 249
节　工业控制的发展历程 /249
第二节　集散控制系统的特点 /249
第三节　集散控制系统的基本组成 /250
一、 基本结构 /250
二、 体系结构 /251
第四节　集散控制系统应用组态 /252
一、 集散控制系统硬件组态 /252
二、 集散控制系统软件组态 /252
第五节　集散控制系统性能评估 /253
一、 可靠性 /253
二、 易操作性 /254
三、 可组态性 /254
四、 可扩展性 /254
五、 其他性能评估 /254
第六节　集散控制系统的通信网络与系统特性 /254
一、 数据通信的基本概念 /255
二、 通信介质 /256
三、 数据通信系统网络结构 /256
四、 通信控制方式 /259
五、 集散控制系统的网络存取控制技术 /259
六、 数据通信协议 /261
第七节　JX-300X集散控制系统 /263
一、 JX-300X 集散控制系统的组成 /263
二、 JX-300X 集散控制系统组态 /265
三、 JX-300X 集散控制系统的设备安装、调试、投运 /268
第八节　集散控制系统的应用举例 /269
第十五章　现场总线控制系统 272
节　现场总线简介 /272
一、 现场总线的现状与发展 /272
二、 几种典型的现场总线 /273
第二节　现场总线的组成 /278
第三节　现场总线的应用举例 /279
一、 技术方案 /280
二、 实施步骤 /280
第十六章　制药企业计算机控制系统 283
节　计算机控制系统简介 /283
一、 基本概念 /283
二、 计算机控制系统的基本结构 /283
三、 控制过程 /284
第二节　数据采集与监控系统 /284
一、 基本概念 /284
二、 数据采集与监控系统的结构 /285
三、 数据采集与监控系统典型架构 /286
第三节　企业资源计划系统 /288
一、 企业资源计划系统的概念 /288
二、 企业资源计划系统的特点 /288
三、 企业资源计划系统的模块 /288
四、 制药公司企业资源计划系统 /290
第四节　制造执行系统 /292
一、 基本概念 /292
二、 特征 /292
三、 制造执行系统应具备的能力 /293
第五节　基于大数据、云计算的计算机控制系统/294
一、 基本概念和技术 /294
二、 基于大数据、云计算的计算机控制系统实例 /297
第十七章　 控制系统简介 302
节　模糊控制 /302
一、 模糊控制的基本原理 /302
二、 模糊控制的几种方法 /304
第二节　专家控制系统 /305
一、 专家控制系统的概念 /305
二、 专家控制系统的类型 /305
三、 专家控制系统的结构 /306
第三节　神经网络 /307
一、 人工神经网络 /307
二、 神经网络在控制中的主要作用 /308
三、 神经网络控制的分类 /308
第十八章　典型制药设备的自动控制 309
节　流体传输设备的控制 /309
一、 离心泵的控制方案 /309
二、 往复泵的控制方案 /311
三、 压缩机的控制方案 /311
四、 离心式压缩机的防喘振控制 /312
第二节　传热设备的自动控制 /314
第三节　锅炉的控制 /316
一、 工作过程 /317
二、 锅炉汽包水位控制系统 /317
三、 锅炉燃烧控制系统 /321
第四节　精馏塔的控制 /322
一、 精馏塔的分类 /322
二、 精馏塔的工艺要求 /323
三、 精馏塔的干扰因素 /323
四、 精馏塔的控制方案 /324
第五节　生化过程控制 /326
一、 发酵罐温度控制 /327
二、 通气流量、罐压和搅拌转速控制 /327
三、 溶氧浓度控制 /327
四、 pH 控制 /328
五、 自动消泡控制 /328
第六节　化学反应器控制 /329
一、 化学反应器的类型 /329
二、 化学反应器的控制要求 /329
三、 化学反应器的自动控制方案 /330
第十九章　制药企业的自动控制综合举例 332
节　PCS7控制系统在阿司匹林生产过程中的应用 /332
一、 阿司匹林工艺概要 /332
二、 PCS7 控制系统 /333
三、 阿司匹林生产过程控制 /340
第二节　异丙醇钾反应自动控制案例 /343
一、 控制系统需求分析 /343
二、 异丙醇钾工艺流程 /344
三、 异丙醇钾工艺自动化整体方案 /346
四、 异丙醇钾生产过程控制 /349
参考文献/353
附录/ 356
附录A　铂铑10-铂型热电偶分度表 /356
附录B　镍铬-镍硅型热电偶分度表/360
附录C　铂热电阻分度表 /364
附录D　铜热电阻分度表 /366