水工業(yè)儀表自動(dòng)化

前言

工欲善其事，必先利其器。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森指出：“發(fā)展高新技術(shù)，信息技術(shù)是關(guān)鍵；信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)，測(cè)量技術(shù)是關(guān)鍵和基礎(chǔ)?！蔽覈侨彼畤?，以水資源綜合利用及污染防治與工程修復(fù)為核心形成的水工業(yè)正在興起。建設(shè)現(xiàn)代化水工業(yè)，實(shí)現(xiàn)工藝過程儀表化、自動(dòng)化是重要的技術(shù)保障體系之一。欲達(dá)此目的，需要一大批既通曉水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)裝備和自動(dòng)化理論基礎(chǔ)與實(shí)踐技術(shù)、又諳熟水處理工藝機(jī)理的兩棲人才。然而，迄今為止尚無正規(guī)院校設(shè)置有此類專業(yè)。目前我國從事該行業(yè)技術(shù)工作的人員均由其他專業(yè)改行，不同程度地需要增補(bǔ)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，改變現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)水工業(yè)今后必然呈現(xiàn)的高速發(fā)展的形勢(shì)。因此，編寫一部將經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制基本知識(shí)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器原理及應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合、構(gòu)成水工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用性圖書，作為已經(jīng)從事和有志從事水工業(yè)過程儀表自動(dòng)化技術(shù)工作者提高專業(yè)水平的引導(dǎo)性讀物，實(shí)屬迫在眉睫之社會(huì)義務(wù)。本書由中國儀器儀表學(xué)會(huì)組織，邀請(qǐng)從事現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)用與維修工作的資深工程師編寫。書中詳盡介紹了水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器原理、結(jié)構(gòu)、使用經(jīng)驗(yàn)與維護(hù)要點(diǎn)，闡述了經(jīng)典與現(xiàn)代自動(dòng)控制論基礎(chǔ)知識(shí)、各種控制系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)則以及水處理典型工藝流程常用自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，尤其側(cè)重介紹了在現(xiàn)有水處理工程中大量采用的PID控制器特性及參數(shù)整定技巧，同時(shí)介紹了近年來發(fā)展的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、無模型自適應(yīng)控制、智能控制等先進(jìn)控制算法的基本原理及其在水處理工藝過程優(yōu)化控制中的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)將水污染防治工程與設(shè)施同測(cè)控技術(shù)裝備融為一體、以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的“兩化合一”奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本書嘗試將水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)控制理論與水處理工藝過程有機(jī)結(jié)合，對(duì)儀器科學(xué)與技術(shù)和自動(dòng)化兩大學(xué)科向新興領(lǐng)域拓展、促進(jìn)水工業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著積極的推動(dòng)作用；對(duì)培養(yǎng)水工業(yè)儀表自動(dòng)化專業(yè)人才、提高從業(yè)人員學(xué)識(shí)和技術(shù)水平有一定的現(xiàn)實(shí)意義。由于本書側(cè)重反映目前水處理工程中應(yīng)用測(cè)控技術(shù)設(shè)備的現(xiàn)狀和需求，所以涉及非線性控制系統(tǒng)、線性離散控制理論、狀態(tài)空間法等比較深?yuàn)W和抽象的內(nèi)容，以及流程工業(yè)常用的溫度、壓力、流量、液位測(cè)量?jī)x表，過程控制廣泛采用的變頻調(diào)速器、可編程控制器、調(diào)節(jié)閥一類工具性設(shè)備均未介紹，有興趣的讀者可參閱相關(guān)專著。本書編寫人員如下：第1篇，程立、楊家建、田麗茹、肖瑋、鄒舒覓、付偉業(yè)、黃偉明、顧漣琦、勾博、冉新宇、武云志、范寶峰、許祎、瞿國棟、陳長(zhǎng)龍、陳錦新、魏建海、胡誕康、劉躍、侯傳佳、呂武軒；第2篇，呂武軒、張曉輝、白志剛、郝栓菊UweKarg、李俊英、程立、方聞、勾博；第3篇，于廣平、苑明哲、滕琳琳、王景楊。本書的主要參編單位有美國HACH（哈希）公司北京代表處和中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所。在編寫過程中，承蒙張鐘華院士、中國儀器儀表學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)吳幼華研究員、夏德海教授的熱心關(guān)注與大力支持，中國儀器儀表學(xué)會(huì)科學(xué)儀器學(xué)術(shù)工作委員會(huì)副主任燕澤程研究員在本書組編過程中予以各方面的幫助和指導(dǎo)，北京電子科技職業(yè)學(xué)院教師張曉輝博士及環(huán)境測(cè)控技術(shù)服務(wù)中心的李松、李達(dá)飛、王曉凡為本書的資料收集和水處理典型工藝模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作以及實(shí)驗(yàn)研究做了大量工作，在此一并致謝！限于編者學(xué)識(shí)水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，書中難免出現(xiàn)不當(dāng)之處，還望廣大讀者不吝賜正。編者2011年4月

內(nèi)容概要

《水工業(yè)儀表自動(dòng)化》首先介紹了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)知識(shí)，詳盡介紹了各種水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器的原理、結(jié)構(gòu)、使用經(jīng)驗(yàn)與維護(hù)要點(diǎn)，之后闡述了經(jīng)典與現(xiàn)代自動(dòng)控制論基礎(chǔ)知識(shí)、各種控制系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)則以及水處理典型工藝流程常用自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，尤其側(cè)重介紹了在現(xiàn)有水處理工程中大量采用的PID控制器特性及參數(shù)整定技巧，同時(shí)介紹了近年來發(fā)展的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、無模型自適應(yīng)控制、智能控制等先進(jìn)控制算法的基本原理及其在水處理工藝過程優(yōu)化控制中的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)將水污染防治工程與設(shè)施同測(cè)控技術(shù)裝備融為一體、以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的“兩化合一”奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
《水工業(yè)儀表自動(dòng)化》將水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)控制理論與水處理工藝過程有機(jī)結(jié)合，有助于提高該行業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)水平。

書籍目錄

第1篇 水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器及水處理工程用儀器設(shè)備
 第1章 檢測(cè)技術(shù)基本知識(shí)
 1.1 水處理過程中的監(jiān)測(cè)儀器
 1.2 檢測(cè)儀器性能與技術(shù)指標(biāo)
 1.3 檢測(cè)儀器的分類
 1.4 檢測(cè)儀表的組成
 1.5 常用檢測(cè)儀器的原理
 第2章 在線式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器
 2.1 引言
 2.2 在線式水質(zhì)常規(guī)參數(shù)檢測(cè)儀
 2.3 在線式水質(zhì)分析儀
 2.4 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站
 第3章 水處理工程專用儀器和設(shè)備
 3.1 水處理工程專用儀器
 3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
第2篇 自動(dòng)控制系統(tǒng)及其在水處理典型工藝中的應(yīng)用
 第4章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本知識(shí)
 4.1 概述
 4.2 基本知識(shí)
 4.3 穩(wěn)定性
 4.4 動(dòng)態(tài)品質(zhì)分析
 4.5 系統(tǒng)的校正
 第5章 自動(dòng)控制系統(tǒng)
 5.1 概述
 5.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
 5.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)評(píng)價(jià)
 5.4 控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型
 5.5 控制器的控制規(guī)律
 5.6 控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)整定
 5.7 PID性能改善
 5.8 常規(guī)控制系統(tǒng)
 5.9 先進(jìn)控制
 5.10 其他類型控制模式
 第6章 水處理單元操作自動(dòng)化
第3篇 工程應(yīng)用
 第7章 污水處理工藝過程優(yōu)化控制系統(tǒng)
 第8章 水工業(yè)儀表自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 附錄 部分在線式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器
 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：8.2.2.2 污水生化處理過程的無線監(jiān)測(cè)污水處理廠如果采用有線通訊方式，挖溝布線就在所難免。如果這些污水處理廠靠近水源供應(yīng)地，那么一方面由于地下水滲透，挖溝的難度較大，另一方面地下水也可能浸泡地下的線纜。這就給靠近水源供應(yīng)地的污水處理廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制帶來了困難。美國摩托羅拉公司針對(duì)這個(gè)問題在佛羅里達(dá)橘子鎮(zhèn)的一個(gè)污水處理廠利用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制的試驗(yàn)。為了保證出水指標(biāo)，橘子鎮(zhèn)污水處理廠必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括溫度、溶解氧濃度、污泥停留時(shí)間等一些重要的參數(shù)。由于土地的滲透性，該廠無法實(shí)現(xiàn)有線通訊，所以這些參數(shù)需要技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)在數(shù)百個(gè)傳感器中收集，該污水處理廠占地16萬平方米，一旦某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障，常常幾天后才能被發(fā)現(xiàn)。這勢(shì)必影響污水處理廠的正常運(yùn)行。在此采用無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來解決這個(gè)問題。網(wǎng)狀網(wǎng)的基站與傳感器模塊通過RS-485連接到一起，基站由交流電源供電，將采集到的每組數(shù)據(jù)都以無線方式傳送到控制中心，給操作人員提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，操作員根據(jù)工廠實(shí)際情況無需親臨現(xiàn)場(chǎng)就可以做出判斷，下達(dá)生產(chǎn)指令，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程完全自動(dòng)化。無線通訊技術(shù)解決了原來有線信號(hào)傳輸方式不能解決的問題，為水源地附近的污水處理廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制提供了很好的解決方案。而且在美國橘子鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)現(xiàn)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)，從施工到運(yùn)行只用了1天的時(shí)間，施工時(shí)間短，具有良好的應(yīng)用前景。8.2.2.3 基于無線通訊技術(shù)的排污監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于污水處理廠的污水處理效果直接關(guān)系到周圍水域的安全，因此環(huán)保部門和相關(guān)政府機(jī)構(gòu)都直接參與到污水處理廠日常生產(chǎn)的監(jiān)管和決策當(dāng)中，并對(duì)違規(guī)生產(chǎn)和非法排放行為進(jìn)行處罰。依靠傳統(tǒng)的執(zhí)法手段，廣東省東莞市僅污染源的監(jiān)督檢查至少40名監(jiān)理人員，他們不定期地在各個(gè)污水處理廠的排污點(diǎn)監(jiān)督和采樣，這樣不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且監(jiān)管效果不佳，仍然無法制止某些污水處理廠偷排的行為。2002年1月，東莞市采用了基于GPRS的污水處理無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將污染源的監(jiān)督檢查人員降到10名，大大提高了環(huán)保監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確度。本系統(tǒng)由企業(yè)污水處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)、無線通訊系統(tǒng)、監(jiān)控中心等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-9所示。企業(yè)污水處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)利用各種傳感器或?qū)Ｓ脙x表，采集與污水處理有關(guān)的物理、化學(xué)參數(shù)。各種數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)儀Serialone進(jìn)入通訊模塊，由IP部分打成TCP/IP包，再經(jīng)Serialtwo發(fā)送給GPRS，GPRS再包裝成GPRS數(shù)據(jù)包傳送到GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，最后發(fā)送到設(shè)定的具有固定IP地址的監(jiān)控中心服務(wù)器端口上。監(jiān)控中心內(nèi)部由WindowsNT局域網(wǎng)構(gòu)成，外部通過Internet和GSM無線通訊系統(tǒng)與企業(yè)進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)通訊。中心還可以實(shí)時(shí)地將有關(guān)的數(shù)據(jù)通過Internet或存儲(chǔ)外設(shè)報(bào)到上級(jí)環(huán)保監(jiān)控中心。無線通訊系統(tǒng)主要應(yīng)用了GPRS無線分組交換技術(shù)的增值服務(wù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)的雙向通訊，它是一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。監(jiān)測(cè)儀硬件部分核心處理芯片采用8位高速微控制器（MCU），明渠流量計(jì)直接通過標(biāo)準(zhǔn)三線串行口將測(cè)量數(shù)據(jù)送至MCU，經(jīng)過響應(yīng)處理采樣數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理量保存在內(nèi)部SRAM或者大容量FLASH存儲(chǔ)器中，內(nèi)置實(shí)時(shí)鐘，循環(huán)實(shí)時(shí)檢測(cè)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)并自動(dòng)將當(dāng)前的采樣數(shù)據(jù)通過通訊模塊以無線方式發(fā)送到環(huán)保監(jiān)控中心。上位機(jī)可通過串行接口對(duì)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行參數(shù)初始化處理、模擬通道參數(shù)設(shè)置以及批量讀取機(jī)內(nèi)保存的測(cè)量數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)自2002年1月在廣東省東莞市應(yīng)用至今，運(yùn)行效果良好，實(shí)踐證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，在減少人力的基礎(chǔ)上，及時(shí)、有效地將污水處理廠運(yùn)行情況傳達(dá)到管理部門，更好地發(fā)揮了決策層的杠桿作用。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    水工業(yè)儀表自動(dòng)化 PDF格式下載

---