无线控制基础：过程工业的连续和离散控制

　　《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》1初起源于艾默生过程管理集团内部的一个教程，但从那以来对材料的覆盖广度和深度已大大增加。书中的许多内容是作者在对过程控制系统设计和系统投用期间取得的实际经验。第一部分里的背景材料介绍一个工程师在过程工业中需要了解的概念和术语。某些章节致力于介绍接线概述以及工业领域中通常使用的设备。 我们还描述支持控制和维护的典型实例图与其他文件。第二部分先讨论可以用来描述一个过程动态特性的技术，然后回顾控制系统的主要功能，介绍每种目前1常用的控制技术。 在覆盖完传统技术后我们简要介绍高级控制。在关于过程特征和控制系统设计各章节中不同的地方配有专题练习。这些专题练习放在一个互联网站上。专题练习配备有动态过程仿真实例。书中有一章专门讨论使用过程仿真工具创建过程的技术。 在《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》中，简单的过程例子被用来介绍如何将每种技术用于处理各种过程控制的要求。该书的1后一章提供了更复杂的范例来说明如何将这些基本的技术相结合起来满足不同控制的要求。在《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》中，作者给出在过程工业中所需要的先进控制技术的概念和术语。《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》是为熟悉传统控制过程却在先进控制领域缺少相关经验的控制工程师编写的。《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》的每一章的结构允许快速了解技术及如何应用。应用大量实例来说明什么是需要处理应用程序。而且，每一章的第一段介绍相关技术的数学基础，章末则给出探索性的内容。读者可通过转到《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》附带的 web 站点查看车间解决方案。《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》全面覆盖了主要的先进控制技术在过程工业中的常见应用，包括用于监测控制系统的性能，对需求和自适应调优技术，模型预测控制，LP 优化，为批处理和连续过程、 模糊逻辑控制、 神经网络和 PID 用无线测量进展的数据分析工具。因为很多读者可能工作与现有的 DCS 不支持先进的控制，《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》的一章致力于工具和作者发现有用在整合先进的技术控制工具纳入现有的控制系统。此外，书中的一章解决如何动态过程模拟可能很容易创建在 DCS 上采用先进的控制支持签出和操作人员进行培训。德州大学奥斯汀分校Thomas F. Edgar教授： “当今在现代过程工厂里的技术人员往往面临一系列令人困惑的过程设备，传感器，控制阀，电脑硬件及软件包等。尽管有这些复杂性，但实现工厂运行的盈利，满足环保法规，1大限度地减少能源消耗和避免危险情况等仍然十分重要。有效地操作以计算机为基础的控制系统对实现上述目标非常关键。因此我们需要拥有训练有素的工程师和技术人员来支持这些系统。艾默生过程管理集团的Terry Blevins和Mark Nixon撰写的控制回路基础 — 批量过程和连续过程一书给操作工厂的工作人员提供了并不需要深奥的数学和仿真知识的基本培训。我以极大的兴趣阅读了《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》，这是因为我在20世纪90年代中期以来就认识作者，我和我的学生们与他们在多个过程控制的研究项目上有交往。此外，我在同一时间也撰写了多版同行领先的过程控制教科书过程动态和控制 （Process Dynamics and Control），作者Dale E. Seborg，Thomas F. Edgar，和Duncan A. Mellichamp。值得注意的是，控制回路基础 — 批量过程和连续过程一书恰到好处地给许多大学化工系的教科书起了补充作用。因为它面向实际应用，Terry Blevins和Mark Nixon的书写得让工厂操作人员和技术人员可以很容易地理解它的内容。该书也将帮助工厂的技术人员整合他们掌握的过程控制回路的许多零散知识，使他们对仪器仪表、现场通讯、控制策略、过程动态、回路整定和性能、复杂的控制系统和实际控制应用等能有一个统一的见解。《无线控制基础：过程工业的连续和离散控制》材料的展示风格非常适合个人研究。作者还包括了专题练习和应用实例。能上网的读者可以交互式地做练习，直观地理解典型控制回路的动态特性。我恭喜作者了不起的成就，相信该书对用到它的运行工厂将会有相当大的影响。”

　　Terrence “Terry” Blevins在他的职业生涯中一直积极参与过程控制系统的应用及设计。15年来，他担任系统工程师和团队管理者为纸浆和造纸工业设计和开发了先进的控制解决方案。Terry在建立艾默生过程管理集团 （Emerson Process Management） 的高级控制项目中起了关键作用。Terry是开发DeltaV高级控制产品的团队领导。他是现场总线基金会 （Fieldbus Foundation？） 功能模块规范开发和维护团队的领导，也是SIS （安全仪表系统）结构和模型规范的编辑。在这方面的工作中，Terry参与了将现场总线基金会的功能模块推进成为国际标准的过程。Terry是IEC （国际电工委员会）SC65E WG7功能块标准委员会的美国专家，该委员会负责IEC 61804的功能块标准。他是ISA104 - EDDL（电子设备描述语言）具有投票权的委员和委员会主席，是美国对IEC65E小组的技术咨询小组（USTAG）的技术顾问。他也是美国技术咨询小组USNC TAG（IEC/SC65和IEC/TC65）的成员。Terry撰写了过程/工业仪表与控制手册（Process/ Industrial Instruments and Controls Handbook）第五版第11节标准概要的“ISA /IEC现场总线概述”，联合撰写了仪器工程师手册，过程控制与优化（Instrumentation Engineer's Handbook， Process Control and Optimization）第四版的四个章节。他与别人合著了ISA（国际自动化协会）的畅销书解除对高级控制的约束（Advanced Control Unleashed）。他拥有50项专利，并已写作了70篇以上关于过程控制系统设计和应用的论文。Terry在1971年获得路易维尔大学（University of Louisville） 电机工程科学学士学位，在1973年获得普渡大学 （Purdue University） 电子工程科学硕士学位。2004年，他入选了控制杂志的过程自动化名人堂。目前，Terry是艾默生过程管理集团DeltaV产品工程部未来产品规划团队的首席技术师。Mark Nixon的职业生涯一直与控制系统的设计和开发相关。Mark开始时作为一个系统工程师在石油和天然气，炼油，化工，纸浆等行业的项目上工作。他在1998年从加拿大搬到得克萨斯州奥斯汀市，在各种研究和开发的职位上工作过。从1995到2005年，Mark是DeltaV系统首席设计师。2006年，他加入了无线团队，非常积极的参与了WirelessHART规范和IEC 62591标准的制定。Mark目前的研究领域包括基于WirelessHART（无线HART）设备的控制，批量过程的数据分析，无线技术在过程工业中的应用，移动用户，操作员界面和高级图形学。他目前活跃于下列领域：操作员行为中心（http：//www.operatorperformance.org），WirelessHART标准，ISA - 88标准，现场总线基金会标准（http：//www.fieldbus.org/）和ISA - 101 标准。他写了许多论文，目前拥有超过70项专利。他与别人合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART： Real-Time Mesh Network for Industrial Automation），并为工业仪表与控制手册（Industrial Instruments and Controls Handbook）和过程工业中的现代测量与终端执行单元精要（Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry）提供了章节。Mark 1982年在滑铁卢大学 （University of Waterloo） 电气工程系获得理学学士学位。Deji Chen （陈德基） 在过程控制工业界工作了近20年，现为同济大学计算机系教授级研究员。他是OPC工业标准的始创者之一，工作过的项目涉及各种现场总线，包括WirelessHART标准的制定。他合写了许多论文，拥有多项专利，与Mark Nixon等合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART： Real-Time Mesh Network for Industrial Automation）和Wireless Control Foundation - Continuous and Discrete Control for the Process Industry。德基于1999年在德州大学奥斯汀分校 （University of Texas at Austin） 计算机系获得博士学位，研究方向是实时系统。

目录
第1章简介

第2章WirelessHART技术的历史和背景

2．1关于WirelessHART

2．2WirelessHART的架构

2．2．1WirelessHART通信协议栈

2．2．2数据管理和网络管理

2．2．3安全架构

2．3案例研究

2．4注解

2．4．1新的射频技术

2．4．2位置感知服务

2．4．3Overtheair配置

2．5专题练习——接入网关

参考文献

第3章无线现场设备

3．1符合性测试

3．2无线设备供电要求

3．3无线适配器

参考文献

第4章无线设备的调试和现场操作的诊断

4．1构建无线网络的形成

4．1．1设备的配置

4．1．2加入无线网络

4．2无线设备与主机系统的集成

4．2．1无线网关与主机的集成

4．2．2将设备集成到过程自动化中

4．3无线监测和诊断

4．3．1关键性能指标

4．3．2网关级的诊断

4．3．3主机级的诊断

4．3．4AMS设备管理器

4．3．5WiAnalys Sniffer(嗅探器)

4．3．6其他工具

4．4专题练习

4．4．1无线设备的试运行

4．4．2无线设备的诊断

参考文献

第5章基于无线传送器的控制

5．1无线测量对过程控制实现的影响

5．2基于无线测量的控制

5．3控制性能的比较

5．4无线控制的实现

5．5现场测试结果

5．5．1使用PIDPlus针对生物反应器的无线控制

5．5．2射束分离器的无线控制

5．6专题练习——使用无线变送器的控制

5．7高级话题

参考文献

第6章基于无线节流阀的控制

6．1背景

6．2增强无线阀的PID

6．3新的WirelessHART命令

6．4基于无线阀的控制实现

6．5现场实验的实施

6．5．1测试模块

6．5．2仿真测试结果

6．6无线控制的实地测试

6．6．1现场测试结果——总结

6．6．2测试设置

6．6．3基础条件的建立

6．6．4有线变送器和阀

6．6．5阀移动最小时的控制

6．6．6带有线变送器的无线阀

6．6．7有线阀和无线变送器

6．6．8无线变送器和无线阀

6．6．9无线变送器、无线阀、最小化

6．6．10每16s上报的无线变送器与有线阀

6．6．11每16s上报的无线变送器和无线阀

6．7专题练习——使用无线节流阀的控制

参考文献

第7章基于无线现场设备的离散控制

7.1回收水箱的液位控制

7.2存储罐的温度控制

7.3离散控制的安装实例

7.3.1气体净化塔

7.3.2罐温度控制

7.4离散控制的将来

7.4.1开关阀

7.4.2增减控制

7.5专题练习——使用无线现场设备的离散控制

参考文献

第8章基于无线变送器的模型控制

8.1过程建模的背景

8.1.1卡尔曼滤波器

8.1.2史密斯预测器

8.2无线测量的改进

8.3实施注意事项

8.4测试结果

8.4.1PIDPlus的结果

8.4.2卡尔曼滤波器的结果

8.4.3史密斯预测器的结果

8.5无线控制中使用过程模型的指导

8.6专题练习

8.6.1基于模型的无线控制——卡尔曼滤波

8.6.2基于模式的无线控制——史密斯预测器

8.7无线控制的替代方法

8.7.1基于事件的控制

8.7.2设定值补偿方法

8.8高级话题

8.8.1自调节过程的建模

8.8.2积分过程模型

参考文献

第9章无线模型预测控制

9.1无线MPC的概念

9.2多速率MPC控制

9.3测试结果

9.4专题练习——无线模型预测控制

9.5高级话题

9.5.1MPC操作基础

9.5.2使用MPC模型实现无线MPC操作

参考文献

第10章在传统控制系统中使用无线技术

10.1在传统系统中提供PIDPlus功能

10.1.1案例实施

10.1.2专题练习——将PIDPlus添加到传统控制系统

10.2接入传统控制系统

10.2.1网关与Modbus控制器互联

10.2.2与OPC工作站的接口

参考文献

第11章无线控制的仿真

11.1过程仿真技术

11.2基于P&ID的过程仿真

11.3过程的非线性仿真

11.4其他的考虑

11.5专题练习——无线控制的仿真

11.6理论——基于阶跃响应的仿真

参考文献

附录A

A.1网站的访问

A.2下载的选择

A.3书 的 选 择

A.4新闻和更新的选择

附录B

B.1WirelessHART现场设备

B.1.13051S压力变送器

B.1.22051压力变送器

B.1.33308导波雷达

B.1.4848T多输入温度变送器

B.1.5648温度变送器

B.1.6248温度变送器

B.1.7SITRANS TF280WirelessHART温度变送器

B.1.8SITRANS P280WirelessHART压力变送器

B.1.9接触式电导仪的6081C 变送器

B.1.106081P pH和ORP变送器

B.1.11702离散变送器

B.1.12708声波变送器

B.1.132160振动音叉液位开关

B.1.14WHAUT无线温度变送器

B.1.154310位置监测器

B.1.164320定位器

B.2ISA100无线设备

B.2.1YTMX580温度变送器

B.2.2YTA510温度变送器

B.2.3EJXB系列压力变送器

B.2.4EJXL系列压力变送器

B.2.5XYR 6000离散I/O

B.2.6XYR 6000温度变送器

B.2.7XYR 6000压力变送器

B.2.8XYR 6000阀位置传感器

B.2.9EssentialInsight.mesh wSIM

参考文献



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