PCI 系统结构 第四版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:(美)Tom Shanley Don Anderson

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-7

价格:98.00元

装帧:

isbn号码:9787505360730

丛书系列:

图书标签:

• PCI
• 总线
• 计算机体系结构
• 硬件
• 接口
• 第四版
• 计算机系统
• 数字电路
• 嵌入式系统
• 技术

工业自动化与控制系统设计 本书聚焦于现代工业环境中，特别是那些采用先进数字通信和分布式控制策略的复杂制造与流程管理系统的构建、实施与优化。它全面深入地探讨了从底层传感器与执行器层到顶层企业资源规划（ERP）系统的集成架构，强调系统可靠性、实时性、网络安全性和可扩展性。 --- 第一部分：工业控制系统基础与演进 本部分为读者奠定理解现代工业自动化所需的理论基础，并梳理了从传统机电控制向集成化信息物理系统（CPS）演进的关键历程。 第一章：自动化与控制的基石 控制理论回顾与应用： 深入解析经典PID控制器的设计、调谐（Ziegler-Nichols, Cohen-Coon等方法），以及在实际工业过程（如温度、压力、流量控制）中的限制与改进。介绍状态空间法在复杂多变量系统中的初步应用。 工业信号与接口标准： 详述模拟信号（4-20mA, 0-10V）的抗干扰处理技术，数字信号（开关量）的去抖动与逻辑处理。重点分析工业总线的基础电气特性与噪声抑制技术。 传感器与执行器选型： 根据过程特性选择合适的测量元件（如电磁流量计、超声波液位计、热电偶），并探讨其精度、漂移和校准要求。分析伺服驱动器、变频器（VFD）在不同负载下的启动、制动特性及节能控制策略。 第二章：可编程逻辑控制器（PLC）深度解析 本书详细剖析了当代主流PLC平台（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix/CompactLogix、三菱FX/Q系列）的硬件架构、I/O扩展机制与编程范式。 编程语言与标准： 遵循IEC 61131-3标准，详述结构化文本（ST）、指令表（IL，侧重维护与调试）、功能块图（FBD）和梯形图（LD）的编程技巧。特别关注功能块库（Function Block Library）的复用性设计。 实时操作系统与扫描周期： 分析PLC的操作系统（OS）如何管理任务调度、中断处理和背景循环。讨论确定性（Determinism）的概念，以及如何通过优化逻辑和减少通信负载来确保严格的循环时间。 高级逻辑实现： 涵盖配方管理、步进顺序控制（Sequential Function Charts, SFC）的设计与故障恢复机制。探讨如何利用PLC实现复杂的运动控制（如插补、电子凸轮）。 第二部分：分布式控制与网络化架构 本部分是本书的核心，侧重于如何构建、集成和管理大规模、跨区域的分布式控制系统，强调实时数据交换与网络拓扑的优化。 第三章：工业现场总线技术（Fieldbus Technologies） 系统性地比较和对比当前主流的现场总线协议，不仅关注协议层面的差异，更深入到它们在特定行业（如汽车制造、石油化工）中的部署考量。 基于串行通信的现场总线： 详细介绍PROFIBUS DP/PA, Modbus RTU/TCP在高速数据交换和本安区域部署的实现细节。分析其冲突解决机制和报文帧结构。 基于以太网的工业通信： 深入探讨工业以太网（IE）的兴起及其对传统总线的替代性。重点分析EtherNet/IP, PROFINET IO, EtherCAT的工作原理、时间同步机制（如IEEE 1588 PTP）和确定性网络堆栈的构建。 网络冗余与容错设计： 讲解环形冗余（HSR/PRP）、双链路冗余在保障生产连续性中的关键作用，以及在控制器层面如何实现快速故障切换（Sub-cycle Switchover）。 第四章：分布式控制系统（DCS）的架构与优势 DCS作为流程工业的核心，其架构设计理念与PLC/SCADA系统存在显著差异。本章聚焦于DCS的集中管理与过程控制的平衡。 DCS分层结构模型： 分析从控制层、监视层到信息管理层的典型划分。讨论控制站（Controller）、I/O模块和工程工作站之间的关系。 过程控制策略的实现： 探讨DCS如何高效处理数千个连续和批次控制回路。介绍先进过程控制（APC）的基础，如模型预测控制（MPC）在DCS环境下的集成方法。 系统集成与生命周期管理： 阐述DCS的长期稳定性、平滑升级路径（Migration Path）的设计原则，以及版本控制与配置管理的最佳实践。 第五章：监控与数据采集（SCADA）系统设计 本章关注SCADA系统在区域和跨地域监控中的角色，以及其与上层MES/ERP的接口需求。 SCADA的软件架构： 探讨集中式与分布式SCADA平台的优缺点。详细描述人机界面（HMI）的设计原则，关注操作员的认知负荷最小化和关键信息的可视化。 历史数据库（Historian）： 深入讲解工业数据的存储、压缩、检索与分析。介绍数据清洗、时间戳同步在确保数据可信度中的重要性。 远程监控与移动接入： 讨论通过安全网关实现远程SCADA访问的安全挑战，以及针对移动设备（平板电脑）的HMI优化策略。 第三部分：集成、安全与未来趋势 本部分着眼于系统层面的整合，包括信息安全防护和迎接工业4.0挑战所需的新技术。 第六章：信息安全在控制系统中的应用 随着OT（运营技术）网络与IT（信息技术）网络的融合，控制系统的安全防护成为头等大事。 安全威胁模型与漏洞分析： 分析针对工控系统的特定攻击向量（如固件篡改、拒绝服务攻击、逻辑注入）。识别传统系统中的安全盲区。 纵深防御（Defense-in-Depth）策略： 实施基于区域和管道（Zoning and Conduits）的安全隔离。配置防火墙（Firewall）的深度包检测（DPI）规则，仅允许特定协议和端口的通信。 身份验证与访问控制： 在工程站、操作站和服务器层面实施强身份验证（如多因素认证MFA）。讨论安全补丁管理（Patch Management）在非停机时间窗内的执行流程。 第七章：云边协同与工业物联网（IIoT） 探讨边缘计算（Edge Computing）在控制系统中的定位，以及如何利用云平台进行数据分析和模型训练。 边缘计算在控制中的部署： 分析将部分数据预处理、本地报警管理和轻量级分析部署在现场设备（Edge Gateway）的优势，以减轻核心控制器的负载并降低云端延迟。 MQTT与OPC UA在云连接中的作用： 详细介绍OPC UA作为跨平台、面向服务的数据模型在安全数据采集中的地位。解析MQTT协议在低带宽、不可靠网络中传输遥测数据的效率。 数据驱动的维护策略： 介绍基于设备健康状态监测（Condition Monitoring）的预测性维护（PdM）框架，包括振动分析、热成像数据采集与分析流程。 第八章：系统集成与项目实施 本章提供将上述技术转化为实际可运行系统的项目管理视角。 需求分析与功能规范： 强调从“我要做什么”到“如何精确实现”的转换，特别是对操作员界面、紧急停车（ESD）逻辑的规范化描述。 集成测试与调试： 讨论不同供应商设备（PLC、HMI、驱动器）之间的互操作性测试方法。介绍硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）仿真在系统调试中的应用，以减少现场调试风险。 文档与知识传承： 强调最终交付文档（包括电气图纸、程序逻辑注释、操作规程）的规范性，确保系统在未来维护中的可追溯性。 --- 本书面向对象： 工业自动化工程师、控制系统集成商、过程控制专家、以及希望深入了解现代工业网络架构和信息安全防护的IT专业人员。通过详实的技术案例和架构分析，读者将能够设计、实施和维护面向未来挑战的健壮、安全、高效的工业控制解决方案。

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