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出版者:机械工业

作者:廖常初 编

出品人:

页数:301

译者:

出版时间:2007-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787111158493

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 工业控制
• 自动化
• 编程
• 西门子
• 三菱
• ABB
• 施耐德
• 大中型PLC
• 应用教程

现代工业自动化控制系统：从理论到实践的深度解析 本书聚焦于当前工业界广泛采用的先进自动化控制技术，旨在为工程技术人员、高校师生以及自动化领域的研究人员提供一套全面、深入、且高度实用的技术参考与实践指南。本书内容横跨现代控制理论的基石、关键硬件平台的选型与配置，到复杂工业流程的系统集成与故障诊断，力求构建一个完整的知识体系，使读者能够驾驭新一代的智能制造环境。 --- 第一部分：现代控制理论与系统架构的重塑 本部分将从基础理论出发，构建起对现代工业控制系统（ICS）的宏观认知，并深入探讨驱动系统性能提升的关键数学模型。 第一章：工业控制系统的演进与未来趋势 本章首先回顾了工业控制系统的发展历程，从早期的继电器控制、单回路模拟系统，到集散控制系统（DCS）和以网络化为核心的现代架构。重点分析了工业物联网（IIoT）、边缘计算以及云计算在优化控制策略、提升数据透明度方面所扮演的角色。讨论了当前制造业对柔性化、定制化生产的需求对控制系统带来的结构性挑战与机遇。 1.1 工业控制系统的基本概念与分层结构： 详细阐述 ISA-95 模型的各个层级（从现场设备层到企业管理层），明确各层级的通信协议与数据交互机制。 1.2 数字化转型中的控制系统角色： 分析如何通过高级分析和数据挖掘技术赋能传统控制系统，实现预测性维护和过程优化。 1.3 工业通信协议的深度解析： 详尽对比和分析主流的现场总线技术（如 Profibus/Profinet, Foundation Fieldbus, EtherCAT, Modbus TCP/IP）的实时性、带宽、拓扑结构及在不同应用场景下的优劣势。 第二章：高级控制理论在工业过程中的应用 本章超越了经典的 PID 控制，深入探究那些能显著提升复杂、多变量、强耦合系统性能的先进控制算法。 2.1 系统辨识与模型建立： 介绍基于实验设计（DoE）的系统辨识方法，包括时间序列模型（ARX, ARMAX）和状态空间模型的建立过程。强调模型在预测控制中的关键作用。 2.2 模型预测控制（MPC）原理与实现： 全面讲解 MPC 的核心思想——基于模型的优化控制。包括约束处理、在线优化求解器的选择、以及在具有长纯时间滞后过程中的应用案例。 2.3 鲁棒控制与自适应控制： 探讨在系统参数不确定或外部扰动较大的环境下，如何设计具有稳定性和良好跟踪性能的控制器，例如 $mathrm{H}_infty$ 控制的设计思路。 --- 第二部分：现场传感、执行机构与数据采集技术 本部分聚焦于自动化系统的“神经末梢”，即如何准确、可靠地获取过程变量，并将其转化为物理动作。 第三章：工业传感器技术与信号处理 本章侧重于过程变量测量的精度、可靠性与集成性。 3.1 关键过程变量的测量原理： 深入探讨温度（热电偶、RTD、红外测温）、压力（差压、绝压、静压）、流量（科里奥利、涡街、超声波）等主流传感器的物理原理、误差来源与校准方法。 3.2 智能传感器的发展与接口： 介绍具备内置数据处理和网络通信能力的智能传感器，如 HART 协议设备，以及如何利用其诊断信息进行设备健康管理。 3.3 噪声抑制与信号调理： 详细讲解信号滤波技术（如卡尔曼滤波、数字滤波器设计）在去除工业环境噪声、提高测量准确度中的应用。 第四章：执行机构的驱动与运动控制 本章关注如何精确地将控制信号转化为物理输出，特别是在精密运动控制方面的要求。 4.1 调节阀与流体控制： 深入分析调节阀的特性曲线、泄漏等级、响应速度对控制回路的影响，以及如何进行阀门在线诊断（Stroke Check）。 4.2 伺服驱动与变频器技术： 阐述高性能交流伺服驱动器的工作原理，包括矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）和直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）。讲解变频器在泵、风机等负载中的节能控制策略。 4.3 步进电机与高精度定位系统： 介绍微步进技术、闭环步进系统的应用，以及在精密装配和检测设备中对同步和插补控制的要求。 --- 第三部分：工业网络与系统集成 本部分涵盖了如何将分散的控制单元高效、安全地连接起来，形成一个统一、可信赖的控制网络。 第五章：工业以太网与实时通信 本章是现代控制系统集成的核心，专注于确保数据传输的确定性和实时性。 5.1 实时以太网的机制： 详细分析 EtherCAT 帧结构、Time-Synchronization（时间同步）技术（如 IEEE 1588 PTP），以及这些技术如何实现微秒级的同步控制。 5.2 网络拓扑设计与冗余策略： 介绍如何根据应用需求设计星型、线型、环形等拓扑结构，并重点讲解过程级和控制级的环形冗余（如 PRP/HSR 协议）的实现与切换机制。 5.3 网络安全基础与防护： 探讨工业控制系统面临的网络威胁，并介绍基于网络分段（DMZ）、访问控制列表（ACL）和深度包检测（DPI）的纵深防御策略。 第六章：数据可视化与人机交互界面设计 一个优秀的 HMI/SCADA 系统不仅是数据展示的窗口，更是操作人员进行决策和干预的平台。 6.1 现代 SCADA 系统的架构： 区分传统的 HMI 模式与基于 Web/移动端的 SCADA 架构，探讨云端数据采集与远程监控的可行性。 6.2 可视化设计原则（HMI Best Practices）： 引入“高阶信息设计”（High-Performance HMI）理念，强调如何通过图形化、颜色编码和趋势分析，降低操作员的认知负荷，尤其是在异常工况下的响应速度。 6.3 报警管理系统（AMS）的设计与优化： 详细介绍报警的优先级划分、抑制与合理化配置，以避免“报警泛滥”对操作人员判断力的干扰。 --- 第四部分：系统集成、调试与维护策略 本部分将理论知识转化为实际工程能力，涵盖了项目实施的关键环节。 第七章：自动化项目生命周期管理 本章关注从需求分析到最终验收的全过程规范管理。 7.1 需求规格书的编制与验证： 如何准确地将工艺流程转化为可执行的控制规格（I/O 列表、逻辑描述、性能指标）。 7.2 控制系统集成与联调： 介绍自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）的调试方法，以及关键的“FAT/SAT”（工厂/现场验收测试）流程设计。 7.3 文档化与知识传承： 强调高质量的控制逻辑图、接线图、操作手册在系统长期运维中的不可替代性。 第八章：故障诊断与预测性维护 现代控制系统不仅要运行，更要能自我诊断和预警。 8.1 故障树分析（FTA）与事件树分析（ETA）： 运用这些系统工程工具对高风险环节进行定性和定量风险评估。 8.2 基于运行数据的故障诊断： 探讨如何利用控制回路的历史数据（如过程变量、输出变化率、调节器输出方差）来识别传感器漂移、执行器卡涩或控制器参数不佳等隐蔽故障。 8.3 维护策略的转变： 从传统的定期维护（Time-Based）向基于状态的预测性维护（Condition-Based Monitoring, CBM）过渡，介绍关键资产的健康指标（KPI）监控方法。 附录：典型工业流程控制案例剖析 本附录将选取化工、电力或高端装备制造领域中的一个复杂连续或批次过程，展示如何应用本书介绍的理论和技术，从系统设计、硬件选型到投运调试的全流程解决方案。通过详尽的案例分析，巩固读者的工程实践能力。

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我原本以为，一本关于“大中型PLC应用”的书，内容肯定会比较枯燥和抽象，但《大中型PLC应用教程》这本书，彻底颠覆了我的认知。它以一种非常生动和实用的方式，向我们展示了PLC在现代工业自动化领域所扮演的关键角色。书中关于“PLC在过程控制系统中的应用”的讲解，让我对复杂工业过程的自动化控制有了更深入的理解。例如，书中详细分析了化工、制药等行业中的典型过程控制回路，以及如何利用PID控制、模糊控制等高级控制策略来实现对温度、压力、液位等参数的精确控制。书中的案例分析，例如对一个大型水处理厂的PLC控制系统设计，让我看到了PLC在优化生产效率、降低能耗、保证产品质量方面的巨大潜力。此外，书中对“PLC的维护与升级策略”的论述也让我受益匪浅。很多时候，我们只关注PLC系统的设计和编程，却忽略了后期的维护和升级。这本书就强调了定期维护、故障预警、以及如何进行平滑的系统升级的重要性，并提供了具体的指导方法。这对于延长PLC系统的使用寿命、降低维护成本、保证生产的连续性具有非常重要的意义。我曾经负责维护一个老旧的PLC系统，通过参考这本书中的相关建议，我成功地对其进行了升级改造，不仅提高了系统的性能，还节约了大量的成本。总而言之，这本书是一本非常值得推荐的PLC应用教程，它能够帮助你从更宏观的视角理解自动化控制，并为你提供解决实际问题的有力武器。

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坦白说，我拿到《大中型PLC应用教程》这本书之前，对大中型PLC的应用了解非常有限，大多停留在一些基础的概念和简单的指令层面。但是，这本书的出现，彻底改变了我的认知。它不是一本简单的技术手册，更像是一位经验丰富的工程师，在娓娓道来他多年的实践经验。书中对“PLC在楼宇自动化系统中的应用”的讲解，让我看到了PLC在非工业领域的巨大潜力。例如，书中详细分析了如何利用PLC来控制建筑物的暖通空调系统、照明系统、安防系统等，并介绍了相关的控制策略和通信协议。书中通过对一个大型商业综合体的楼宇自动化系统设计案例，让我看到了PLC在提高建筑能效、提升居住舒适度、保障安全方面的巨大作用。此外，书中对“PLC的程序优化与性能提升”的论述也让我大开眼界。很多时候，一个PLC程序写完之后，我们就认为任务完成了，但这本书却强调了程序优化和性能提升的重要性。书中提供了多种程序优化方法，例如减少扫描周期、合理利用中断、避免冗余计算等，并详细分析了这些方法对提升PLC系统响应速度和稳定性的影响。我曾经在一个项目中，通过参考这本书中的优化建议，成功地将PLC的扫描周期缩短了近一半，大大提高了系统的实时性。这本书的价值，在于它能够帮助你从更深层次理解PLC技术，并让你掌握如何不断提升PLC系统的性能和可靠性。

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对于我这样一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师来说，能够遇到一本真正有深度、有实用价值的PLC书籍，是件非常难得的事情。《大中型PLC应用教程》这本书，无疑就是这样的存在。它并没有像其他书籍那样，将重点放在一些已经被反复讲解的基础指令上，而是着眼于大中型PLC在复杂自动化系统中的实际应用。书中关于“PLC在食品饮料生产线中的应用”的案例分析，让我对自动化在提高生产效率、保证产品质量、实现精细化管理方面的作用有了更深刻的认识。例如，书中详细分析了如何利用PLC来控制灌装、封口、包装等关键工序，以及如何实现对生产过程的追溯和监控。此外，书中对“PLC的备品备件管理与生命周期维护”的论述，也让我大受启发。在实际的工业生产中，PLC系统的备品备件管理和生命周期维护是非常重要的环节，它直接关系到生产的连续性和成本控制。这本书就提供了系统性的管理思路和方法，例如如何进行备件的库存管理、如何进行设备的定期检修和更换、如何进行系统的升级和改造等。我曾经在一个项目中，通过参考这本书中的备件管理建议，成功地降低了备件的库存成本，并大大缩短了设备故障后的修复时间。这本书的价值，在于它能够让你从更全面的角度去理解PLC系统，并为你的日常工作提供切实可行的指导。

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自从我开始接触自动化领域，就一直希望能够找到一本能够真正指导我解决实际问题的PLC书籍。《大中型PLC应用教程》这本书，可以说是完全超出了我的预期。它没有沉迷于枯燥的指令解释，而是将重点放在了“应用”二字上，从实际工程项目的角度，系统地阐述了大中型PLC在自动化系统中的设计、实施和维护。我特别喜欢书中对“PLC系统冗余设计与故障转移”的详细讲解。在一些关键的工业生产环节，任何的停机都可能带来巨大的损失，因此，建立一套可靠的冗余系统是至关重要的。这本书不仅介绍了不同类型的冗余方案（如冷备、热备、主动-备用等），还详细分析了各种方案的优缺点、适用场景以及具体的实现方法。书中的案例分析也非常精彩，通过对某个实际项目的冗余系统设计和实现过程的剖析，让我对冗余技术的理解更加深刻，也学到了很多在实际工作中可以借鉴的经验。此外，书中对“PLC安全控制的设计与应用”这一章节的论述也让我受益匪浅。在现代工业生产中，安全是第一位的。这本书详细讲解了如何通过PLC来实现安全联锁、紧急停止、区域划分等安全功能，并且还涉及到了相关的安全标准和认证要求。对于从事过程控制或涉及到人机交互的自动化项目，这一部分的内容尤为重要。我曾经在处理一个涉及危险化学品生产的项目时，就曾参考了这本书中关于安全控制的设计思路，大大提高了系统的安全可靠性。总而言之，这本书不是那种“看完就忘”的书，它更像是你的“技术顾问”，能够在你遇到实际问题时，为你提供切实可行的指导和参考。

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一直以来，我都对PLC技术充满了兴趣，但市面上很多书籍要么过于基础，要么过于偏向某个品牌，很难找到一本能够真正指导我进行大中型PLC应用的书籍。《大中型PLC应用教程》这本书，正好满足了我的需求。它并没有像一些入门教材那样，一开始就讲解晦涩难懂的指令，而是直接切入到实际应用层面，让我能够快速理解PLC在复杂自动化系统中的作用。我特别喜欢书中关于“PLC与人机界面的集成设计”的讲解。在实际的自动化系统中，人机界面（HMI）是操作员与PLC系统进行交互的重要桥梁。这本书详细介绍了如何根据不同的应用需求，选择合适的人机界面，以及如何进行PLC与HMI之间的数据交换和通信。书中还通过大量的实例，展示了如何设计直观、易用的HMI界面，从而提高操作效率和用户体验。例如，书中对一个生产线监控系统的HMI设计案例，让我看到了如何通过图形化界面，直观地展示设备的运行状态、报警信息，以及如何进行参数设置和远程控制。此外，书中对“PLC的诊断与故障排除”的详细讲解，也让我受益匪浅。在实际的工业生产中，设备故障是不可避免的。这本书提供了系统性的诊断思路和故障排除方法，帮助我能够快速定位问题，并采取有效的措施加以解决。我曾经在处理一个棘手的PLC通信故障时，就是参考了这本书中的相关章节，才得以顺利解决。这本书的价值，在于它能够让你站在工程师的角度去思考问题，并将理论知识转化为实际的解决方案。

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拿到《大中型PLC应用教程》这本书，我最直观的感受就是它的“接地气”。它并没有像一些高冷的学术论文那样，用晦涩的语言来阐述复杂的概念，而是用一种非常贴近实际工程的语言，向我们展示了PLC在各种复杂自动化系统中的应用。书中对“PLC在冶金行业的应用”的讲解，让我对自动化技术在重工业领域的重要作用有了更深的理解。例如，书中详细分析了如何利用PLC来控制炼钢炉、轧钢机等关键设备，以及如何实现对生产过程的精确控制和安全联锁。书中通过对一个大型钢厂的自动化控制系统设计案例，让我看到了PLC在提高生产效率、保证产品质量、降低能耗和减少环境污染方面的巨大潜力。此外，书中对“PLC系统的网络安全防护”的论述，也让我大开眼界。在当前的网络环境下，PLC系统的网络安全防护显得尤为重要。这本书就提供了系统性的防护思路和方法，例如如何进行网络隔离、如何配置防火墙、如何进行访问控制、如何进行安全审计等。我曾经在一个涉及敏感数据的生产项目中，通过参考这本书中的网络安全防护建议，成功地构建了一个安全可靠的PLC控制系统。这本书的价值，在于它能够帮助你全面掌握PLC技术的应用，并让你在面对各种复杂的工程挑战时，能够游刃有余。

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这本书的作者似乎是一位非常资深的PLC工程师，他的文字功底非常扎实，并且对自动化领域的理解也十分透彻。拿到《大中型PLC应用教程》后，我一口气读了好几个章节，才发现这本书的深度和广度都远超出了我的想象。它并没有拘泥于某个特定品牌PLC的指令集，而是从更通用的自动化控制原理出发，结合大中型PLC的应用特点，进行了深入的探讨。我非常欣赏书中关于“PLC网络通信与现场总线技术”的讲解。在现代自动化系统中，PLC之间的通信以及PLC与上位机之间的通信是必不可少的。这本书详细介绍了各种常用的现场总线技术，例如PROFIBUS、CANopen、Modbus TCP/IP等，并深入分析了它们在不同应用场景下的优势和局限性。书中还通过大量的图示和实例，清晰地展示了如何构建一个高效、可靠的PLC网络通信系统。此外，书中关于“PLC在运动控制系统中的应用”这一章节也让我眼前一亮。运动控制是现代自动化生产中一个非常重要的组成部分，例如机器人、数控机床等。这本书详细讲解了如何利用PLC来实现对伺服电机、步进电机的精确控制，以及如何进行轨迹规划、插补运动等。书中的案例分析，例如对某个工业机器人的运动控制系统设计，更是让我对PLC在运动控制领域的强大能力有了全新的认识。我曾经在调试一个涉及到多轴联动控制的设备时，就遇到了很多难题，后来参考了这本书中的相关章节，才得以顺利解决。这本书的价值，不仅仅在于传授知识，更重要的是它能够激发你的思考，让你能够举一反三，将所学知识应用到更广泛的领域。

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拿到这本《大中型PLC应用教程》纯属偶然，起初我只是在网上漫无目的地浏览技术书籍，看到封面设计比较规整，内容简介也提到了“应用”二字，便顺手加入了购物车。收到书后，翻开第一页，就被书中严谨的逻辑和清晰的条理所吸引。它并没有像许多入门级的PLC书籍那样，上来就讲一些基础得不能再基础的梯形图指令，而是直接切入到更宏观的应用层面，比如一个典型的自动化生产线是如何通过PLC来控制的，不同类型的PLC在大型项目中的选型依据，以及如何根据项目需求来规划PLC的硬件配置。这一点对于已经有一些PLC基础，但却苦于无法将理论知识与实际工程项目有效结合的我来说，简直是雪中送炭。书中对工业现场的常见问题，例如信号干扰、电气安全、PLC的冗余备份策略等，都进行了深入的探讨，并且给出了非常实用的解决方案。我印象最深的是其中关于“分布式I/O系统的设计与应用”这一章节，作者详细讲解了不同通信协议（如Profinet、EtherNet/IP）在分布式I/O中的应用场景，以及如何根据现场环境选择合适的I/O模块，并且还附带了几个实际案例分析，让我对如何构建一个高效、可靠的分布式控制系统有了全新的认识。书中对于PLC的诊断和故障排除部分也写得相当到位，不仅仅是列举一些常见的错误代码，而是从系统设计的角度出发，分析故障发生的根源，并提供了系统性的排查思路。我曾经遇到过一个棘手的设备故障，翻遍了各种资料都找不到头绪，后来就是参考了这本书中的相关章节，才找到了问题的关键所在。总而言之，这本书给我带来的启发是多方面的，它不仅巩固了我的PLC知识，更重要的是教会了我如何从工程实践的角度去思考和解决问题。

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我一直觉得，市面上很多PLC书籍都流于表面，或者过于理论化，真正能够帮助读者解决实际工程难题的书籍却寥寥无几。而这本《大中型PLC应用教程》，恰恰填补了这一空白。它不像一些教材那样，上来就罗列一大堆指令，让你看得眼花缭乱却不知所云，而是直接从实际应用的角度出发，让你看到PLC在工业自动化领域所扮演的关键角色。书中对不同行业，例如食品饮料、汽车制造、石化行业的典型自动化应用案例进行了详尽的剖析，让我大开眼界。例如，书中关于“高炉炼铁过程的PLC控制系统”那一章，作者不仅仅是讲解了控制逻辑，更重要的是深入探讨了整个生产流程的工艺特点，以及PLC如何在其中实现对温度、压力、流量等关键参数的精确控制和安全联锁。此外，书中对PLC的编程规范和项目管理方面也给出了宝贵的建议。很多时候，一个看似简单的项目，由于前期规划不足或者编程混乱，后期维护起来就会变得异常困难。这本书就强调了良好的编程习惯和规范化的项目管理流程的重要性，并且提供了具体的指导方法，比如如何进行模块化编程、如何编写清晰的注释、如何进行版本控制等等。这些都是在实际工作中非常实用的技巧，能够极大地提高开发效率和项目质量。我还特别喜欢书中关于“PLC与MES/SCADA系统的集成”这一部分，它为我打开了新的视野，让我了解了如何将底层的PLC控制系统与上层的制造执行系统和监控系统进行有效对接，从而实现数据的采集、传输和分析，为企业的智能化生产提供支持。这本书的价值，绝不仅仅是一本技术手册，它更像是一位经验丰富的工程师，在你遇到困难时，为你指点迷津，为你提供解决方案。

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我一直在寻找一本能够帮助我从理论走向实践的PLC书籍，《大中型PLC应用教程》这本书，可以说是我的“救星”。它没有那些空泛的理论，而是直接将PLC技术与实际的工业应用紧密结合，让我能够清晰地看到PLC在各种自动化场景下的工作原理和实现方法。书中关于“PLC在电力系统中的应用”的讲解，让我对自动化在保障电力供应方面的作用有了全新的认识。例如，书中详细分析了如何利用PLC来控制发电厂的机组运行、电网的调度、以及保护装置的动作。书中通过对一个变电站的PLC监控系统设计案例，让我看到了PLC在提高电力系统的可靠性、安全性和经济性方面的巨大贡献。此外，书中对“PLC的远程监控与诊断技术”的论述，也让我受益匪浅。随着工业互联网的发展，对PLC系统进行远程监控和诊断变得越来越重要。这本书就详细介绍了各种远程监控和诊断技术，例如通过OPC UA、MQTT等协议实现数据的采集和传输，以及如何利用云平台进行数据分析和故障预警。我曾经在一个偏远的生产基地，通过参考这本书中的远程监控技术，成功地实现了对PLC系统的实时监控和故障排除，大大节省了差旅成本。这本书的价值，在于它能够让你掌握最前沿的PLC应用技术，并为你的职业发展提供强大的支持。

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