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出版者:清华大学出版社

作者:孔慧芳编

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:2004-3

价格:29.0

装帧:平装

isbn号码:9787302079484

丛书系列:

图书标签:

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工业控制系统设计与应用 内容概要： 本书深入探讨现代工业控制系统的设计、实现、优化与维护。它不仅涵盖了传统控制理论的核心概念，更紧密结合了当前工业自动化领域的前沿技术，旨在为工程师和技术人员提供一套全面、实用的工程实践指南。全书结构严谨，内容翔实，理论深度与工程实用性并重。 第一部分：工业控制系统基础与架构 第一章：工业自动化概述与发展趋势 本章首先界定了工业控制系统的基本概念及其在现代制造业中的战略地位。详细阐述了从继电器控制到分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的发展历程。重点分析了当前工业4.0、工业物联网（IIoT）对控制系统提出的新要求，包括数据集成、柔性制造和远程运维能力的提升。讨论了安全、可靠性、实时性在系统设计中的优先考量因素。 第二章：传感器与执行器原理及选型 详细介绍了工业现场常用的各类传感器（如压力、温度、流量、位置检测）的工作原理、技术指标和适用环境。着重讲解了智能传感器与现场总线技术的集成，如HART协议的应用。在执行器方面，系统地分析了气动、液压以及伺服驱动系统的特点、选型原则和故障诊断方法。特别强调了高精度、高可靠性元件在关键控制回路中的重要性。 第三章：工业网络与现场总线技术 本章聚焦于控制网络基础设施。全面对比了工业以太网（如EtherNet/IP, PROFINET）与传统现场总线（如CANopen, DeviceNet）的优缺点。深入解析了工业网络的安全机制，包括网络分段、防火墙配置和入侵检测系统在OT（操作技术）环境中的部署策略。此外，还探讨了时间敏感网络（TSN）在实现超低延迟和确定性通信中的潜力。 第二部分：核心控制算法与PLC/DCS平台实践 第四章：经典控制理论在工程中的应用深化 本章超越基础的PID控制，深入探讨了先进控制策略的工程实现。详细介绍了前馈控制、级联控制、比值控制等复杂回路的设计与整定方法。针对高延迟、强耦合过程，重点阐述了模型预测控制（MPC）的基本原理及其在大型复杂装置中的应用案例，包括约束处理和模型辨识的实践步骤。 第五章：可编程逻辑控制器（PLC）的深入应用 本书选取主流的工业PLC平台（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix）作为案例进行剖析。不仅讲解了梯形图（LD）、指令表（IL）等传统编程语言，更侧重于结构化编程、功能块复用和面向对象编程思想在PLC项目开发中的应用。系统讲解了PLC的高级诊断、冗余配置（CPU和I/O级别）以及与MES/SCADA系统的集成接口设计。 第六章：分布式控制系统（DCS）的架构与组态 本章重点介绍DCS系统的层次化结构、数据库管理和控制站设计。详细阐述了DCS中常见的控制策略模块（如顺序控制、回路控制、批次控制）的组态方法。特别关注DCS系统的历史趋势记录（Historian）、报警管理系统（AMS）的有效配置，以及在制药、化工等需要严格法规遵从行业的应用实践。 第三部分：系统集成、优化与安全 第七章：人机界面（HMI）与监控系统（SCADA）设计 本章专注于操作员与控制系统交互的界面设计。遵循人因工程学原则，指导读者如何设计高效、清晰的HMI画面，包括信息分层、趋势分析工具的嵌入和报警的可视化处理。详细讲解了SCADA系统的数据采集、远传、报告生成以及与上位应用软件的通信协议（如OPC UA）。 第八章：控制系统仿真与调试技术 强调了在硬件投入前进行系统验证的重要性。系统介绍了基于MATLAB/Simulink或专用仿真软件（如Aspen HYSYS Dynamics）的数字孪生模型构建方法。讲解了“软启动”和“硬带电调试”的流程规范，包括I/O点检测、回路功能测试和系统联调策略，以确保系统上线过程的平稳过渡。 第九章：工业控制系统的安全与可靠性工程 本章是全书的重点之一，系统阐述了控制系统面临的安全威胁和防护措施。详细介绍了ISA/IEC 62443标准系列在OT安全管理中的应用框架。内容涵盖了网络安全（入侵检测、补丁管理、零信任架构在控制网络中的初步探索）和功能安全（SIL等级确定、安全仪表系统SIS的独立性与校验）。并对系统冗余（硬件、软件、数据）的可靠性分析方法进行了讲解。 第十章：过程优化与高级数据分析 本章探讨如何利用控制系统收集的数据实现过程性能的持续改进。介绍了数据清洗、数据关联分析在找出潜在瓶颈中的作用。讲解了基于统计过程控制（SPC）的方法用于过程的稳定监控。最后，对如何将机器学习模型（如用于异常检测或预测性维护）集成到现有控制架构中进行了展望和初步的工程化讨论。 本书特色： 强调工程实践： 每个章节都包含大量的工程案例分析和选型指导，而非纯粹的理论推导。 平台中立性与兼容性： 尽管涉及具体平台案例，但核心思想和设计方法具有广泛的普适性。 前瞻性视角： 紧密结合工业物联网、网络安全和数据驱动优化等新兴领域，确保知识的时效性。 系统化设计流程： 覆盖了从需求定义、方案设计、组态编程到系统调试、安全运维的完整生命周期。

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这本书的目录结构和章节划分体现出极强的逻辑性和条理性，这对于自学者来说尤其重要。它采用了一种非常清晰的“先建立模型，再分析性能，后设计控制器”的经典路线。前几章专注于系统的建模与时域分析，打下坚实的基础；中间部分则大量篇幅用于频域分析和根轨迹法，这是理解系统稳定性和动态性能的关键；而后面的章节则自然而然地导向了现代控制理论，比如李雅普诺夫稳定性分析和极点配置。章节之间的跳转非常流畅，几乎不需要刻意去寻找上下文的衔接点，因为作者在每一章的开头都会回顾前一章的核心结论，并预告本章将如何基于这些结论进行深入。这种结构上的连贯性，使得知识点不再是零散的碎片，而是一个完整、坚固的知识体系，让人感觉学习起来步步为营，心中有数，极大地增强了学习的信心和效率。

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我对这本书的深度和广度感到非常惊喜。它并非那种只停留在表面概念的“速成指南”，而是扎扎实实地构建了一个完整的知识体系。初读引言部分，作者就用一种非常宏大的视角，将控制理论置于现代工程的各个前沿领域，比如智能制造、航空航天以及复杂的系统优化中，一下子就激发了我的好奇心。随后进入具体章节，从最基础的拉普拉斯变换和传递函数入手，逻辑链条衔接得天衣无缝，每一步的推导都详尽无遗，根本没有跳跃式的结论。尤其欣赏它对“状态空间法”的处理，作者没有把它当作一个孤立的工具，而是将其与经典控制理论巧妙地融合对比，让学习者能清晰地看到不同分析方法的优势与适用场景。这种层层递进、前后呼应的编排方式，让原本抽象的理论变得具体可感，仿佛作者正耐心地在身边为你梳理脉络，而不是简单地罗列知识点。

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如果要用一个词来形容这本书的特点，那就是“平衡”。这种平衡体现在理论深度与实践应用之间的拿捏得恰到好处。它没有被纯数学的推导所淹没，也没有为了迎合初学者而将理论简化到失去价值。在每一个重要的理论章节结束后，作者都会设置一个“工程应用与展望”的小节，简要介绍该理论在实际工程项目中的应用案例，例如PID控制器的实际整定技巧，或者如何处理实际系统中的非线性和时滞问题。这些部分虽然篇幅不长，但信息密度极高，它们成功地将书本上的“黑板数学”与现实世界中那些充满了不确定性和噪声的“真实工程”连接了起来。这种设计让读者始终保持着对“我为什么要学这个”的清晰认知，极大地提高了学习的主动性和目的性，避免了学习过程中的迷茫感。

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这本书的语言风格是一种极其严谨但又充满启发性的叙事方式。它绝不是那种枯燥的教科书腔调，而是带着一种学者的智慧和对教学艺术的深刻理解。作者在解释一些关键定理，比如奈奎斯特稳定判据或根轨迹法时，总能穿插一些非常形象的比喻或者巧妙的类比，能瞬间击中学习者的思维盲点。比如在讨论系统的阻尼比和固有频率时，它用了类似描述音乐中“回响”和“共振”的例子，一下子就把物理直觉建立起来了。更重要的是，书中的例题设计简直是教科书级别的典范——它们往往不是那种简单代入公式就能解决的“套路题”，而是包含了真实工程问题的简化模型，需要读者在应用理论的同时进行合理的工程判断和假设，这极大地锻炼了我的独立分析能力。每次攻克一个复杂的例题后，那种成就感远超仅仅做对选择题的满足，让人真正体会到“学以致用”的乐趣。

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这本书的装帧设计颇具匠心，封面采用了沉稳的深蓝色调，搭配简洁有力的白色和橙色字体，给人一种专业而不失活力的感觉。拿到手里时，能明显感受到纸张的厚度和质感，书页的裁切非常平整，印刷清晰度极高，即便是那些复杂的数学公式和电路图，也呈现出极高的锐度，阅读起来非常舒适，长时间盯着看也不会觉得眼睛疲劳。装订上似乎采用了线装结合胶装的方式，使得书本可以很平顺地摊开，方便读者在笔记区书写或对照参考资料，这一点对于需要反复翻阅和演算的理工科学习者来说，简直是太贴心了。整体来看，这本书在硬件上的投入是实实在在的，它不仅仅是一本教材，更像是一件精心制作的工具，从触感到视觉都传达出一种对知识的尊重和对学习者的体贴，让人在翻开它的时候，就已经有了一种积极投入学习的心态。这绝对是市面上少有的能把物理形态做得如此优秀的教材之一，为后续的学习体验打下了坚实的基础。

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