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出版者:机械工业出版社

作者:王廷才

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2003-6

价格:25.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111119869

丛书系列:

图书标签:

• 电工技术
• 电子技术
• EDA
• 仿真
• 实验
• 电路分析
• 电路设计
• Proteus
• Multisim
• PSpice

现代信息技术在工业控制中的应用与实践 本书聚焦于当代工业生产线上日益普及和成熟的自动化控制技术，深入剖析了现代信息技术如何深度融入和赋能传统工业领域，构建高效、智能的工业控制系统。 本书旨在为电气工程、自动化、机械电子工程等相关专业的学生以及在职的工程师提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的参考资料。我们不探讨特定EDA软件的操作细节，而是将重点放在支撑这些仿真的底层理论、系统集成方法和前沿技术趋势上。 --- 第一部分：工业控制系统架构与理论基础重塑 本部分奠定了理解现代工业控制系统的理论基石，着重于从传统的机电耦合向基于信息网络的智能控制转变的视角。 第一章：工业控制系统的演进与结构升级 本章首先回顾了工业控制技术的发展脉络，从继电器控制到可编程逻辑控制器（PLC）的普及，再到了当前工业物联网（IIoT）和边缘计算主导的新范式。 层次化结构的解构与重构： 详细分析了经典的ISA-95/Purdue模型，并重点阐述了随着云计算和边缘计算的兴起，控制层、监测层与企业资源规划（ERP）层之间的信息流如何实现双向、实时的高效交互。 关键技术的系统性比较： 对比了DCS（集散控制系统）、PLC、PAC（可编程自动化控制器）在处理速度、I/O扩展性、网络通信能力和应用场景适应性方面的优劣。探讨了如何根据实际生产需求进行系统选型和规模设计。 实时性与可靠性的保障机制： 深入探讨了工业控制系统对时间敏感性的要求，分析了实时操作系统（RTOS）的核心原理、确定性网络协议（如Ethernet/IP的DLR、Profinet的IRT）的设计思想，以及冗余与容错技术在保障系统连续运行中的关键作用。 第二章：现代传感器、执行器与信号调理技术 本章侧重于物理世界与数字世界连接的“最后一公里”——传感器和执行器，以及如何确保采集信号的准确性和抗干扰能力。 智能传感器的集成： 不仅介绍传统的模拟和数字传感器，更深入分析了支持数字通信协议（如IO-Link、CANopen）的智能传感器。探讨了传感器的自校准、自诊断功能及其在预测性维护中的潜力。 信号处理与数据完整性： 详述了噪声抑制、漂移补偿和量程匹配等信号调理技术的必要性。分析了模数转换（ADC）和数模转换（DAC）过程中的误差来源及优化方法，强调了在强电磁干扰环境下保持数据准确性的工程实践。 伺服驱动与运动控制基础： 阐述了现代电机控制（如永磁同步电机FOC算法）的基本原理，分析了闭环反馈控制（PID及其变体）在线性化和非线性系统中的应用局限与改进方向。 --- 第二部分：工业网络通信与数据集成 本部分是现代工业自动化的核心驱动力，专注于如何构建稳定、高速、安全的工业通信网络，并实现数据的有效集成与管理。 第三章：工业通信协议的原理与应用 本章系统梳理了当前主流的工业通信标准，并从底层协议栈的角度进行剖析。 现场总线技术深度解析： 详细对比了基于令牌环、CSMA/CD等不同介质访问控制机制的现场总线（如CAN、Modbus、Profibus）。重点分析了每种协议在带宽、响应时间、拓扑结构上的特性，指导读者选择最适合特定控制任务的协议。 工业以太网的兴起与挑战： 深入探讨了基于标准以太网介质实现工业实时性的技术方案。分析了Powerlink、EtherCAT等确定性以太网协议的时间同步机制（如IEEE 1588/PTP），及其在高速运动控制和分布式I/O中的优势。 无线工业通信与安全性考量： 评估了Wi-Fi、ISA100.11a、WirelessHART等技术在工业环境中的可靠性和功耗管理。强调了工业无线通信在数据加密、身份验证和抗跳频干扰方面的特殊安全要求。 第四章：工业数据采集与中间件技术 本章关注如何有效地从异构的控制设备中提取数据，并将其转化为可用于分析和决策的信息。 OPC（OLE for Process Control）技术栈详解： 详细介绍OPC Classic（DA, HDA, A&E）的架构和局限性，重点讲解了基于服务的架构（SOA）的OPC UA（Unified Architecture）。分析OPC UA如何通过安全通道、数据模型和信息语义，实现跨平台、跨供应商的数据互操作性。 数据预处理与标准化： 探讨了数据在进入更高层级系统之前所需的清洗、归一化和时间戳对齐等预处理步骤。分析了数据模型的设计原则，以确保不同来源的数据可以被统一解析和语义化理解。 边缘计算在数据汇聚中的角色： 阐述了将数据处理能力下沉到现场设备侧的必要性。讨论了边缘网关的功能定位——数据过滤、协议转换和本地安全存储，以减轻云端负载并提高响应速度。 --- 第三部分：先进控制策略与系统集成方法论 本部分超越了基础的开关量和PID控制，转向了更复杂、更具适应性的高级控制理论和面向服务的系统集成方法。 第五章：现代过程控制理论与应用 本章系统介绍了一系列提高系统性能、稳定性和资源利用率的高级控制算法。 模型预测控制（MPC）的原理与实践： 详细解释了MPC的核心概念——利用系统模型对未来进行预测，并通过优化算法求解最优控制序列。分析了MPC在处理多变量耦合、约束条件下的优越性，并讨论了模型辨识的工程实现难度。 自适应与鲁棒控制： 探讨了系统参数随时间变化或存在外部扰动时，如何设计具有自我调整能力的控制器。对比了自整定PID与参数自适应控制（如基于LMS或RBF网络的自适应方法）的适用场景。 模糊逻辑与神经网络控制的融合： 分析了如何利用模糊逻辑处理难以精确建模的专家经验，以及如何结合浅层神经网络进行在线参数修正，实现软测量和故障诊断的辅助功能。 第六章：面向服务的架构与系统集成方法论 本章探讨了如何使用现代软件工程的思想来构建和管理复杂的工业自动化项目，强调可扩展性、模块化和可维护性。 自动化系统的模块化设计原则： 引入面向对象和组件化的思想指导PLC和PAC的程序设计。探讨了如何定义清晰的软件接口（API），以实现不同控制模块间的松耦合，提高项目迭代效率。 工业控制系统的网络安全框架： 从深度防御（Defense-in-Depth）的角度出发，分析了ICS安全面临的威胁模型（如Stuxnet类攻击）。讲解了在控制网络中实施微分段、访问控制列表（ACL）、入侵检测系统（IDS）的具体方法和标准。 数字化孪生（Digital Twin）的构建要素： 讨论了构建高保真度数字孪生体所需的数据流、数学模型和可视化技术。重点分析了如何利用实时生产数据驱动孪生体，实现对实际生产过程的“虚拟调试”和“性能评估”。 --- 本书特点总结： 本书严格遵循工程实践的逻辑，从底层物理信号传输到顶层数据集成和高级控制算法，构建了一个完整的知识体系。我们注重对核心技术的原理进行深入剖析，而非停留在工具层面的操作介绍，旨在培养读者独立分析和解决复杂自动化工程问题的能力。全书的叙述风格严谨、逻辑清晰，确保专业读者能够快速把握关键技术脉络，并将其应用于实际的系统设计、优化与维护工作之中。

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这本书的排版细节，体现了一种对读者极度友好的设计哲学。拿细节控的标准来看，它的注释系统做得尤为出色。无论是公式推导的上下标清晰度，还是关键术语的首次出现时的加粗处理，都体现了编辑团队的专业水准。更难得的是，书中对一些历史背景或前沿趋势的穿插介绍，处理得非常自然，既丰富了知识的维度，又不会打断核心的学习脉络。例如，在介绍某仿真算法的演进时，它用了一个小小的侧边栏进行了补充说明，这种信息层级的划分非常清晰。总而言之，这是一本在阅读体验和内容深度上都达到了业界顶尖水准的专业书籍，让人愿意反复研读，每次重温都能发现新的价值点。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了深邃的藏青色作为主色调，搭配上简洁的几何图形和电路板纹理，既透露出科技感，又不失稳重。纸张的质感也相当出色，拿在手里沉甸甸的，翻阅起来触感极佳，让人感觉这是一本精心制作的工具书，而不是那种敷衍了事的教材。尤其是书脊部分的烫金字体，在光线下熠熠生辉，为整本书增添了一份专业和典雅的气质。我特别喜欢它内页的排版布局，图文并茂的处理方式非常得当，电路图清晰明了，文字注释精准到位，即便是初次接触相关领域的人也能快速捕捉到重点。装订工艺也十分扎实，看来即便是经常翻阅和携带，这本书也能经受住时间的考验，绝对是一款值得收藏的硬核技术读物。

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这本书的实用价值，远超出了我最初的预期。很多市面上同类的书籍，往往停留在理论层面，仿真软件的操作部分只是草草带过，导致读者学完后依然“纸上谈兵”。然而，这本书的侧重点明显不同，它似乎更像是一本高阶的“实操手册”。对于那些主流EDA工具的特定功能模块，作者讲解得细致入微，连一些隐藏的快捷键和高效配置技巧都毫不保留地分享了出来。我尝试按照书中的步骤搭建了一个复杂的数字逻辑电路进行时序仿真，整个过程无比顺畅，结果也完美复现了理论值。这对于我们这些需要快速将理论转化为实际原型设计的人来说，简直是如获至宝，极大地缩短了从学习到工程实现之间的鸿沟。

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从语言风格上来说，这本书展现了一种成熟且富有洞察力的学者风范。作者的遣词造句精准而有力，没有丝毫的冗余和浮夸，每一句话都似乎经过了反复的推敲和打磨，直指核心。它不像某些畅销书那样刻意追求口语化或幽默感，而是保持了一种高度的专业性和严谨性，这恰恰是我在寻求深入技术资料时最看重的品质。阅读过程中，我能清晰地感受到作者深厚的行业积累和对知识体系的深刻理解。它不是简单地罗列公式和步骤，而是在引导读者建立一套完整的技术思维框架，帮助我们理解“为什么这样做”比“怎么做”更为重要。这种深层次的引导，让阅读体验从单纯的信息获取升华为一次知识结构的重塑。

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阅读这本书的过程，简直就像是经历了一场酣畅淋漓的思维探险。它没有采用那种枯燥的、填鸭式的理论灌输，而是巧妙地将抽象的电子学原理与实际的工程应用场景紧密结合起来。我尤其欣赏作者在讲解复杂概念时所展现出的那种庖丁解牛般的功力，比如对于特定晶体管特性的分析，作者能用最精炼的语言勾勒出其核心逻辑，然后立刻引导我们去思考如何在虚拟环境中验证这一逻辑。这种“提出问题—理论剖析—仿真验证—结果反思”的闭环学习路径，极大地激发了我的探索欲。每当完成一个小节的学习，那种豁然开朗的成就感是其他任何学习资料都难以比拟的，它真正做到了“授人以渔”，教会我们如何用系统化的方法去解决电子工程中的实际挑战。

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