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出版者:电子科技大学出版社

作者:王辉

出品人:

页数:241

译者:

出版时间:1999-5-1

价格:20.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810651417

丛书系列:

图书标签:

• 计算机控制
• 自动化
• 嵌入式系统
• 单片机
• PLC
• 控制理论
• 传感器
• 电机控制
• 工业控制
• 智能控制

《工业自动化系统设计与实现》 图书简介 导言：面向智能制造时代的工业脉络 在当今以工业4.0和智能制造为核心驱动力的时代背景下，对高效、可靠、灵活的自动化系统的需求达到了前所未有的高度。本书《工业自动化系统设计与实现》并非一本聚焦于单一控制理论或特定硬件平台的教材，而是一部全面、深入、强调实践操作的综合性工程手册。它旨在为工业控制领域的工程师、系统集成商以及高年级工科学生提供一套完整的、从需求分析到系统投运的知识框架和方法论，以应对现代复杂工业流程对自动化提出的严苛挑战。 本书的编写哲学是“理论指导实践，实践反哺理论”。我们深知，脱离实际工程场景的理论知识如同空中楼阁，而缺乏坚实理论支撑的工程实践则充满了不确定性。因此，全书结构紧密围绕一个典型的中大型工业自动化项目生命周期展开，确保每一章节的内容都具有清晰的工程应用指向性。 第一篇：自动化系统规划与需求工程 (奠定基石) 本篇是整个自动化项目成功的起点。成功的系统设计始于对用户需求的精准捕获和理解。 第一章：工业过程分析与建模： 深入探讨如何对一个待自动化的物理过程进行系统性的解构。内容包括但不限于：对生产流程的SOP（标准操作规程）进行详尽的流程图（如泳道图、UML活动图）绘制；识别关键的输入变量（传感器信号、操作员指令）和输出变量（执行器控制、显示反馈）；建立基础的物理模型，如质量、能量守恒方程在控制系统设计中的初步应用。重点讲解如何区分关键控制点（Critical Control Points, CCPs）和辅助监控点。 第二章：自动化级别划分与系统架构选择： 详细阐述ISA-95标准所定义的自动化金字塔结构（从现场设备层到企业管理层）。本书着重分析了层次间的数据流、控制逻辑的划分原则，以及如何根据项目预算、系统复杂度和可靠性要求，选择合适的分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）或基于PC的控制架构（PAC）。探讨了集中式与分散式控制策略的优劣对比及其在不同行业（如连续流程、离散制造）中的适用性。 第三章：信息安全与可靠性设计基础： 在万物互联的背景下，工业控制系统的安全防护至关重要。本章引入了基础的网络安全概念（CIA三元组），讲解了如何设计纵深防御体系，包括物理隔离、网络分段（DMZ设置）、访问控制列表（ACL）的配置原则。同时，对系统冗余设计进行了探讨，包括热备用、冷备用、I/O模块冗余、网络冗余（如环网拓扑）的选择与校验方法。 第二篇：核心控制技术与软硬件选型 (构建骨架) 本篇聚焦于实现自动化控制所依赖的核心技术平台与算法实现。 第四章：传感器与执行器技术深度剖析： 并非简单罗列传感器种类，而是深入探讨各种测量原理（如电磁感应、光电效应、超声波原理）在实际工况下的局限性。重点分析了变送器信号的调校、噪声抑制技术（滤波器的选择与应用），以及执行器（如调节阀、变频器、伺服电机）的动态特性对控制性能的影响。特别辟出一节讲解智能传感器（如基于现场总线的设备）的数据接口和配置流程。 第五章：工业现场总线与网络通信： 详尽对比了主流现场总线技术，如Profibus DP/PA、DeviceNet、CANopen、EtherCAT和Profinet IO。重点不在于语法描述，而在于其在实时性、数据带宽、抗干扰能力方面的工程权衡。提供了一套基于实际案例的现场总线选型决策矩阵，指导工程师如何根据控制周期和数据量选择最优通信介质和协议。 第六章：经典控制算法的工程实现： 系统回顾了PID控制，但侧重点在于参数的精确整定（Ziegler-Nichols法、接触法、基于模型的自整定）。此外，深入讲解了前馈控制、级联控制、比值控制等复杂控制策略在水处理、化工反应釜等典型场景中的应用模型构建与参数优化。通过对算法的数值稳定性分析，确保其在有限精度处理器上的可靠运行。 第三篇：人机界面与上位机集成 (交互窗口) 本篇关注人与机器的有效交互，以及数据的高效管理。 第七章：SCADA系统架构与HMI设计规范： 阐述了SCADA（数据采集与监视控制系统）的核心功能模块（数据采集、报警管理、历史趋势、配方管理）。在HMI（人机界面）设计上，严格遵循人机工程学原理，强调“少即是多”的原则，避免信息过载。内容涵盖了报警分级、颜色标准、图形符号的统一性设计，确保操作员在紧急情况下能快速做出正确判断。 第八章：数据库管理与历史数据分析： 工业过程数据的管理远超标准关系型数据库的应用。本章详细介绍了时间序列数据库（Time-Series DB）在工业数据存储中的优势。讲解如何设计高效的历史数据记录策略（事件触发、周期记录、趋势预测记录），以及如何利用这些数据进行OEE（设备综合效率）计算、能耗分析和性能基准测试。 第四篇：系统集成、调试与生命周期管理 (落地与维护) 本篇是连接设计蓝图与实际运行的桥梁，强调系统的完整性和长期维护性。 第九章：系统集成与调试方法论： 提出了一套结构化的系统调试流程：从单元测试（UUT）到单机测试（SIT），再到集成联调测试（FAT/SAT）。详细介绍了“自下而上”的调试顺序，包括I/O点表的核对、I/O回路的带载测试、控制逻辑的“冻结”测试以及异常情况下的故障注入测试。特别强调了模拟系统（Simulation Environment）在调试中的重要性。 第十-十章：文档编制与工程维护： 强调高质量的工程文档是系统维护的基础。本书提供了详尽的文档清单，包括设计规范说明书、硬件选型清单（BOM）、I/O点表、接线图、PLC程序结构图和详细的维护手册。最后，讨论了系统的远程诊断、预防性维护计划（基于磨损率和运行小时数）的制定，以及如何进行控制系统的版本迭代与升级管理。 结语 《工业自动化系统设计与实现》力求成为工程师案头的常备工具书，通过严谨的工程逻辑和丰富的实践案例，引导读者从“会编程”跨越到“会设计”，真正掌握现代工业自动化系统的全景视野和核心设计能力。全书内容覆盖广度与深度兼具，是理解和实践先进自动化技术的必备读物。

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