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出版者:中国水利水电出版社

作者:未知

出品人:

页数:429

译者:

出版时间:2004-7

价格:168.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508421285

丛书系列:

图书标签:

• 仪器仪表
• 测量技术
• 控制工程
• 设备选型
• 工业自动化
• 传感器
• 测试仪器
• 自动化仪表
• 过程控制
• 工业设备

现代工业自动化与过程控制系统设计与实施 本书聚焦于现代工业自动化领域的系统化工程方法，旨在为读者提供一套全面、实用的自动化系统设计、选型、集成与维护的知识框架。 在工业4.0与智能制造的大背景下，生产效率、产品质量和运营安全对自动化控制水平提出了前所未有的高要求。本书摒弃了对单一仪表的机械化描述，转而深入探讨如何构建一个稳定、高效、可扩展的集成化控制系统。它不是一本简单的产品规格手册汇编，而是一本侧重于系统思维、工程实践与决策支持的专业指南。 第一部分：工业自动化系统架构与规划 本部分首先奠定了理解复杂控制系统的理论基础，并引导读者进行系统化的项目规划。 1. 工业控制系统（ICS）的演进与核心架构： 详细解析了从早期的继电器控制到现代分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）以及监督控制与数据采集系统（SCADA）的演变历程。重点阐述了现代三层或四层控制架构的划分标准、数据流向以及各层级之间的协同工作机制。讨论了基于以太网/IP、Profinet等工业通信协议的融合趋势。 2. 自动化项目生命周期管理（ALM）： 系统介绍了自动化项目的全过程管理流程，包括需求定义（URS/FRS）、可行性研究、系统设计规格书（SDS）的编制、软硬件集成测试（FAT/SAT）、现场投运与最终验收。特别强调了风险评估在项目初期的重要性，以及如何通过精益管理原则优化项目交付周期。 3. 功能安全（Functional Safety）与可靠性工程： 深入剖析了IEC 61508/61511标准在过程工业中的应用，讲解了安全完整性等级（SIL）的确定方法，包括危害与风险分析（HARA）。讨论了如何设计冗余架构（如1oo2、2oo3）以满足高可靠性要求，并探讨了故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）在系统安全分析中的应用。 第二部分：过程控制策略与高级控制技术 本部分是本书的核心，详细阐述了如何根据工艺特性选择和设计最优的控制算法，实现对生产过程的精确驾驭。 1. 经典控制理论在工业中的应用： 回顾并深入分析了PID（比例-积分-微分）控制器的原理、调谐方法（如Ziegler-Nichols法、过程辨识法）及其局限性。针对复杂过程，探讨了前馈控制、串级控制、比率控制等常用复合控制结构的优化设计与实施。 2. 过程建模与系统辨识： 讲解了如何为复杂的化学、冶金或能源过程建立数学模型。内容涵盖了时域辨识（如阶跃响应法）和频域辨识技术，以及如何利用这些模型进行控制器的仿真验证。重点介绍了模型在预测性控制中的应用基础。 3. 先进过程控制（APC）与优化： 详尽介绍了多变量控制技术，特别是模型预测控制（MPC）的原理、结构和应用场景。分析了MPC如何处理过程约束、输出耦合以及模型不确定性。此外，还介绍了自适应控制、模糊逻辑控制和基于规则的专家系统在特殊工况下的应用。 4. 批次过程控制（Batch Control）： 针对制药、精细化工等行业的间歇性生产特点，详细解析了ISA-88标准在批次流程定义、程序控制、单元操作和配方管理中的实施细则，指导读者构建灵活、可追溯的批次管理系统。 第三部分：数据采集、HMI与信息集成 本部分关注于如何有效地收集、展示和利用过程数据，实现人机交互的效率和信息系统的集成。 1. 工业通信网络与协议栈： 系统梳理了现场总线技术（如Foundation Fieldbus, HART）和工业以太网（EtherNet/IP, Profinet IO, Modbus TCP）的特点、拓扑结构选择和网络安全配置。重点探讨了OPC UA作为跨平台数据交换标准的结构和应用。 2. 人机界面（HMI）设计与可视化： 遵循人因工程学原理，指导读者设计高效、清晰的HMI界面。内容包括图形元素的规范化、报警信息的优先级管理、操作员指导流程的嵌入，以及如何避免信息过载和误操作。 3. 制造执行系统（MES）与企业资源规划（ERP）集成： 阐述了如何将车间控制层的实时数据无缝传递至生产管理层（MES）和业务决策层（ERP）。探讨了数据模型映射、时间同步和信息安全策略，以实现计划、调度、执行和反馈的闭环管理。 第四部分：系统集成、调试与生命周期维护 本书的最后一部分回归工程实践，指导读者完成系统的落地实施与长期的运营维护。 1. 软硬件集成与系统测试： 详细描述了集成测试（Integration Testing）的方法，包括I/O点表的核对、回路完整性测试（Loop Check）的规范化流程，以及如何使用专业的测试工具进行系统级功能验证。 2. 故障诊断与预测性维护： 超越传统的基于阈值的报警机制，本书介绍了基于数据驱动的故障诊断方法，如过程变量的趋势分析、统计过程控制（SPC）在过程异常检测中的应用。探讨了如何利用历史数据构建设备健康模型，实现从“事后维修”向“预测性维护”的转变。 3. 系统文档编制与知识传承： 强调了完备的工程文档（包括P&ID图、接线图、软件逻辑说明、操作规程）在系统长期稳定运行中的关键作用，并提供了文档管理的最佳实践。 本书的特色在于其深度和广度并重：理论上，它建立在扎实的控制工程学科基础上；实践中，它紧密结合当前工业现场的实际挑战和前沿技术应用，是自动化工程师、系统集成商、工艺设计师及相关专业院校师生的理想参考用书。

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我试着按照书中关于“冗余与安全保障”章节的建议，重新审视了我们厂里一个关键流程的监测方案。原先的方案只是简单地并联了两个相同的压力变送器，但这本书明确指出了这种“热备份”在共模故障面前的脆弱性，并详细介绍了三取二投票逻辑在传感器网络中的具体硬件实现和软件算法要求。光是这一部分的讲解，就足以让我感到这次购书的投资回报率极高。它不仅仅是关于如何选择一个“好”的仪器，更是关于如何设计一个“不会坏”的系统。作者对失效模式的预判极其精准，从电磁兼容性（EMC）对信号完整性的影响，到物理环境对长期漂移的非线性作用，分析得丝丝入扣，让我对整个控制系统的可靠性评估有了一个全新的、更具批判性的视角。

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说实话，我对本书的深度略感意外，它远超出了我原本以为的“入门指南”范畴。起初我以为这会是一本罗列产品型号和基本参数的目录型书籍，但深入阅读后发现，它实际上提供了一套完整的系统设计思维框架。作者没有满足于简单介绍“是什么”，而是花了大量的篇幅阐述“为什么”和“如何选”。比如，在处理高精度动态测量问题时，它不仅对比了压电式和电容式传感器的技术指标差异，更进一步分析了它们在不同温度漂移和抗噪声干扰环境下的适用性边界。这种层层递进的分析逻辑，极大地帮助我构建起一套科学的设备选型评估体系。我发现过去自己凭经验判断的许多盲区，在这本书的逻辑推导下变得豁然开朗。它不是在告诉你答案，而是在教你如何像专家一样去提问和解决问题，这种方法论层面的提升，比单纯的知识点堆砌要宝贵得多。

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作为一名在自动化行业摸爬滚打了十多年的老兵，我通常对市面上号称“最新”、“最全”的技术书籍持保留态度，因为很多都是对旧有资料的简单拼凑。然而，这本书的视角非常新颖和务实。我特别欣赏其中关于“集成化与小型化”趋势的论述。书中对基于MEMS技术的微小化测量器件的性能分析，非常贴合当前工业物联网（IIoT）对低功耗、高密度的需求。更难能可贵的是，它没有停留在理论层面，而是给出了将这些新型器件集成到现有PLC或分布式控制系统（DCS）中的实际案例和接口注意事项，包括数据总线的兼容性问题，这可是实际工程中最容易卡壳的地方。这本书真正体现了与时俱进，它所探讨的许多优化策略，是我最近一年在项目攻坚中正在努力的方向，仿佛作者提前帮我把许多试错成本都消化掉了。

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这本书的实用性体现在对“成本效益比”的精妙平衡上。在许多技术资料中，往往只有极限性能的指标展示，而鲜有关于经济可行性的讨论。这本书却非常接地气地引入了“生命周期总成本（LCC）”的概念来评估仪表选型。例如，它会对比一个初始投入高但长期漂移极小的激光位移传感器和一个价格低廉但需要频繁重新校准的超声波传感器，并量化了两者在五年维护周期内的综合成本差异。这种财务分析与技术评估相结合的方式，对于需要向管理层汇报项目预算的工程师来说，是极其有力的武器。它教会我如何用商业语言来阐述技术选择的合理性，避免了仅仅因为“技术指标高”而盲目采购昂贵设备，真正实现了技术与商业决策的完美融合。

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这本书的排版和印刷质量实在让人眼前一亮。厚实的书页，清晰的字体，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到疲劳。特别是那些复杂的电路图和设备实物照片，几乎达到了可以作为技术手册的标准。我注意到，作者在细节处理上非常用心，比如不同类型传感器的结构剖面图，不仅标注了关键尺寸，连材料的初步选择范围都给出来了，这对于初学者来说简直是福音。我之前买过几本类似主题的书籍，很多都是大段的文字描述，图片模糊不清，根本无法直观理解。但这本书完全不同，它似乎是为动手能力强、需要即时参考的工程师量身定做的。翻阅过程中，我甚至能感受到装订的牢固程度，这预示着它能经受得住车间环境的考验。那些关于现场校准步骤的图示，简直是教科书级别的清晰，每一个旋钮、每一个接口的操作顺序都交代得明明白白，让人爱不释手，光是看着这些精美的插图，就觉得物超所值。

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