可编程序控制器选择设计与维护 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:殷洪义 主编

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2003-1

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787111110842

丛书系列:

图书标签:

• 电气
• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 控制系统
• 电气工程
• 技术手册
• 设计
• 维护
• 编程
• 工业控制

现代工业控制系统架构与实践 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代工业控制系统的设计、集成、运行与维护。不同于传统侧重特定硬件选型的书籍，本书聚焦于控制系统的宏观架构、软件工程方法论、网络通信协议栈以及面向未来的数字化转型趋势。 --- 第一部分：工业控制系统的演进与基础架构 本部分将带领读者回顾工业控制技术的发展脉络，从早期的继电器逻辑和单回路控制器，过渡到分布式控制系统（DCS）和集散控制系统（IDS）的形成。重点分析当前主流的控制系统模型，并深入剖析其核心组成部分的功能与交互逻辑。 第一章：控制系统范式转变与挑战 1.1 工业自动化历史回顾： 从机电一体化到信息物理系统（CPS）的跨越。 1.2 现代工业对控制系统的需求变化： 柔性制造、大数据集成、远程诊断和高可靠性要求。 1.3 控制系统分层架构模型（ISA-95/Purdue Model的现代化解读）： 深入分析现场层、控制层、监控层、制造执行层（MES）和企业资源规划层（ERP）之间的数据流和决策流。强调分层边界的模糊化与融合趋势。 1.4 核心控制范式对比： 批处理控制、连续过程控制、运动控制和安全仪表系统的设计哲学差异。 第二章：高级控制策略与算法实现 本章不涉及具体的PLC编程语言或硬件选型，而是专注于控制理论在实际工业场景中的应用深化。 2.1 过程控制系统（PCS）的性能优化： 经典PID控制的局限性与先进PID（如Smith预估器、级联控制）的原理与适用性分析。 2.2 模型预测控制（MPC）原理与离线/在线求解： 重点讨论如何建立精确的系统模型（系统辨识）以及在资源受限环境下求解优化问题的实用方法。 2.3 鲁棒性与自适应控制设计： 针对系统参数时变、环境干扰大的工况，探讨如何设计具有内在稳定性的控制算法。 2.4 离散事件系统与状态机建模： 如何利用Petri网、有限状态机（FSM）对复杂逻辑和顺序控制进行严谨的建模与验证。 --- 第二部分：工业通信、网络安全与数据集成 现代控制系统是高度互联的，通信是其生命线。本部分将聚焦于工业网络协议的深度解析、系统安全防护体系的构建，以及如何实现异构系统间的数据无缝集成。 第三章：工业通信协议栈的深度剖析 本书将跳出对特定协议（如Modbus RTU）的基本介绍，转而关注现代工业网络的基础设施和高层语义。 3.1 现场总线与实时以太网的性能对比： 深入分析时间敏感网络（TSN）的机制，包括时间同步（IEEE 802.1AS）、流量整形和虚拟化隔离。 3.2 OPC UA（统一架构）作为数据中介层： 详细解读OPC UA的信息模型（Information Modeling）、客户端-服务器/发布-订阅模式（Pub/Sub）的工作原理及其在跨平台数据交换中的关键作用。 3.3 工业物联网（IIoT）通信协议： MQTT、AMQP在边缘侧和云端数据汇聚中的应用场景、QoS等级和服务质量保障机制。 3.4 诊断与网络拓扑优化： 如何利用网络分析工具（如Wireshark的工业协议解析插件）对通信延迟、丢包和抖动进行实时监测和故障定位。 第四章：工业控制系统的网络弹性与安全防护 安全不再是事后补救，而是设计之初的内在要求。 4.1 基于风险的工业控制系统（ICS）安全框架： 遵循IEC 62443标准体系，从资产分类、区域划分到安全等级（SL）的确定。 4.2 边界防护与深度防御策略： 零信任模型在OT环境中的初步应用。深入探讨防火墙（下一代工业防火墙）、入侵检测系统（IDS/IPS）在隔离控制区和管理区中的部署策略。 4.3 身份验证与访问控制的强化： 强认证机制（MFA）在远程访问和维护中的实施，以及最小权限原则在操作员账户管理中的落实。 4.4 固件完整性校验与供应链安全： 讨论如何确保控制设备固件、软件库不被恶意篡改，以及建立可信的更新机制。 --- 第三部分：数字化转型与系统维护的未来趋势 本部分聚焦于如何利用现代信息技术（IT）提升现有控制系统的可见性、可预测性和维护效率，实现工业4.0的愿景。 第五章：数据驱动的预测性维护（PdM） 不再满足于事后的故障分析，本书探讨如何从现场数据中提取有价值的健康指标。 5.1 传感器数据预处理与特征工程： 如何从原始振动、温度、电流信号中提取能反映设备健康状态的有效特征（如峭度、均方根值等）。 5.2 状态监测模型构建： 比较基于阈值的异常检测、基于统计过程控制（SPC）的基线漂移分析，以及基于机器学习的故障模式分类方法。 5.3 剩余使用寿命（RUL）估计： 探讨基于退化模型（如Weibull分布）和深度学习（如LSTM网络）对关键部件寿命的预测。 5.4 维护决策支持系统的集成： 如何将预测结果通过MES/EAM系统转化为可执行的工单，实现资源的最优调度。 第六章：虚拟化与数字化孪生在维护中的应用 系统仿真和虚拟环境是提高维护效率、降低现场风险的关键手段。 6.1 控制系统虚拟化平台构建： 在标准服务器硬件上运行工业仿真软件和虚拟控制器实例的技术栈、资源隔离和实时性保障。 6.2 仿真测试与“数字孪生”的建模深度： 区分高保真（High-Fidelity）物理模型与功能性（Functional）模型的应用场景。如何将实时运行数据注入数字孪生模型中进行校准。 6.3 虚拟调试（Virtual Commissioning）流程： 在现场设备未到位前，利用孪生模型进行I/O分配、逻辑流程验证和操作员培训。 6.4 增强现实（AR）在现场维护中的赋能： 如何将数字孪生的实时数据和操作指南叠加到实际设备视图上，指导复杂故障的排除。 --- 总结： 本书内容着重于控制系统的整体架构、高级软件方法、网络弹性设计以及面向工业互联网的集成实践。它假设读者已具备基础的电气或自动化知识，旨在提升读者在设计、集成和管理复杂、互联、安全可靠的现代工业控制系统方面的能力。本书的价值在于提供一套方法论和技术视野，而非针对某一特定品牌或型号设备的操作手册。

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从使用者的角度来看，这本书最大的亮点在于其**跨平台和通用性的视野**。它没有被某个特定的PLC厂商的编程软件深度绑定，而是聚焦于**“通用设计原则”**。例如，在讨论模拟量信号处理时，它不仅涉及了A/D转换的精度问题，更重要的是，它讲解了**滤波算法**在不同噪声环境下的适用性，并提供了几种常见的数字滤波器的伪代码实现，这些算法可以直接迁移到西门子、罗克韦尔或三菱的平台上进行验证和应用。这种对**底层信号处理和控制理论**的回归，确保了即使未来我们更换了控制器平台，核心的设计思想依然成立。此外，书中对**调试工具的使用效率**也提供了很多启发。它展示了如何利用示波器、逻辑分析仪等传统电子测量工具，来辅助诊断PLC与外部I/O之间的物理层问题，而不是仅仅依赖软件仿真。这套“软硬结合”的排障思路，使得本书对于那些需要处理复杂机电耦合问题的工程师，具有极高的实战参考价值。

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我关注的重点往往在于系统**故障诊断和后期维护**的实用技巧，这通常是理论书籍最薄弱的环节。这本著作在这方面的深度着实超出了我的预期。它没有停留在“报警代码查询”这种基础层面，而是深入探讨了**间歇性故障**的排查策略。例如，针对PLC在特定温度或湿度下才会发生的运行中断，书中提供了一套基于环境监测数据和程序逻辑分段隔离的诊断流程图。更令人耳目一新的是，关于**程序优化与版本控制**的章节。在维护老旧系统时，如何安全地对一个没有文档的遗留PLC程序进行逆向分析、结构化重构，并确保在不影响生产的前提下完成更新，书里给出了非常系统性的操作规范。它强调了**“非侵入式”的诊断方法**，比如利用数据记录仪捕获I/O状态的瞬时跳变，而不是直接在运行程序中增加调试语句，这极大地降低了维护操作带来的二次风险。这种对“维护即是风险管理”的理解，让这本书的价值超越了一般的工具书范畴。

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这本《可编程控制器选择设计与维护》的定位似乎相当明确，直指工业自动化领域的核心设备——PLC。我本以为这会是一本偏向理论推导或者晦涩难懂的教科书，毕竟“选择设计与维护”这几个词汇听起来就带着浓厚的工程实践色彩。然而，当我翻阅时，发现它在开篇对于不同品牌和系列PLC的**性能参数对比**上做得相当细致。它没有简单地罗列数据，而是结合具体的应用场景，比如高速运动控制、大数据量数据采集以及严苛环境下的可靠性要求，来剖析不同控制器在**架构、指令集效率和扩展性**上的细微差别。这种深入到“为什么选A而不是B”层面的分析，对于一个初次接触PLC选型的新手来说，是极其宝贵的“避坑指南”。书中对电源冗余、通讯协议（Modbus、Profibus/Profinet）的兼容性处理，也展现出作者对实际工程中可能遇到的**集成难题**的深刻理解。尤其让我印象深刻的是，它对**中小型项目**中，如何平衡成本与功能冗余，提供了一套基于风险评估的选型模型，这一点在很多标准教材中是缺失的。它更像是一位资深工程师在总结多年项目经验后，提炼出的实战手册，而非仅仅是硬件规格的堆砌。

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作为一名致力于提升自动化系统**软件设计质量**的工程师，我对书中关于**程序结构化和模块化设计**的部分给予高度评价。过去接触的很多资料，在讲解Ladder Logic（梯形图）时，往往局限于如何实现某个特定功能，却忽略了当系统规模扩大后，代码可读性和可维护性的急剧下降问题。此书则力推面向对象的编程思想在PLC应用中的实践，尽管PLC的编程环境受限，但作者巧妙地通过**功能块（Function Block）的标准化封装和复用**，构建了一套清晰的逻辑层次。特别是对**数据结构体（UDT）**在复杂配方管理和批次控制中的应用示范，展示了如何用更“高级”的编程思维来驾驭传统的PLC语言。书中还花了大量篇幅讨论**状态机（State Machine）**在复杂逻辑控制中的应用，它不再是零散的IF-THEN-ELSE堆砌，而是一个逻辑清晰、易于调试的状态转移模型。这种从底层硬件选型过渡到上层软件架构的无缝衔接，使得整本书的知识体系非常完整和连贯。

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我主要负责工业现场的网络通讯和数据集成工作，因此，书中对**工业以太网和现场总线**的深度解析是我最感兴趣的部分。许多书籍在谈论通讯时，要么只讲理论协议栈，要么就是针对某一特定品牌进行简单介绍。而这本著作的独特之处在于，它对比了不同总线在**时间同步精度、数据包负载和网络拓扑的冗余设计**上的内在差异。它详细介绍了如何针对不同的应用需求（如安全连锁、实时运动控制、非实时数据采集），来选择合适的通讯介质和协议，并且给出了详细的**网络规划和负载测试方法**。书中关于**网络安全**的讨论也十分前瞻，虽然PLC世界相对封闭，但随着IT/OT融合的加深，书中关于访问控制列表（ACL）在工业交换机上的初步配置建议，以及如何隔离控制网络与管理网络的实践操作，对于保障生产环境的稳定至关重要。它将通讯层视为一个需要精心设计的系统单元，而非简单的“连线”工作，这一点非常到位。

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