大型可编程序控制器系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国电力出版社

作者:周少武等编

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2001-12

价格:14.00元

装帧:平装

isbn号码:9787508308777

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 工业控制
• 自动化
• 系统设计
• 可编程控制器
• 电气工程
• 嵌入式系统
• 控制系统
• 工业自动化
• 单片机

《工业自动化控制原理与实践》 内容梗概 本书深入探讨了现代工业自动化领域的核心技术与实际应用。全书以严谨的逻辑结构，从基础理论出发，逐步深入到复杂系统的设计、实施与维护。它不仅为读者提供了扎实的理论基础，更侧重于培养解决实际工程问题的能力。 第一部分：工业自动化基础理论 本部分旨在为读者构建一个清晰的工业自动化知识体系。 第一章：工业自动化的发展历程与现状 从机械化时代到电气化，再到信息化与智能化的演进，详细梳理了工业自动化技术的发展脉络。 分析了当前工业自动化在不同行业（如制造业、能源、交通、建筑等）的应用现状与发展趋势，包括对工业4.0、智能制造等概念的阐释。 探讨了工业自动化发展所面临的机遇与挑战，例如技术更新换代、人才培养、成本控制、信息安全等。 第二章：自动控制系统基本原理 详细讲解了自动控制系统的基本组成部分：控制器、被控对象、传感器、执行器。 深入阐述了反馈控制、前馈控制、串级控制、比值控制等经典控制策略的原理、特点及其适用场合。 介绍了系统稳定性的概念，包括代数稳定性判据（如劳斯判据）和频率稳定性判据（如奈奎斯特判据、根轨迹法），并分析了参数变化对系统稳定性的影响。 探讨了系统性能指标，如稳态误差、过渡过程时间、超调量、振荡次数等，并提供了优化这些指标的方法。 第三章：信号处理与工业通信 信号的类型与处理： 详细介绍模拟信号和数字信号的特性，以及信号的采样、量化、编码等数字信号处理的基本过程。 传感器技术： 深入讲解了各种常用工业传感器的原理、选型原则与应用，包括温度传感器（热电偶、热电阻、红外）、压力传感器、流量传感器（涡轮、电磁、超声波）、液位传感器、位置传感器（编码器、激光测距）、光电传感器、接近传感器等。重点分析了传感器的精度、线性度、响应速度、抗干扰能力等关键参数。 执行器技术： 介绍执行器的分类及其工作原理，包括电机（直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机）、液压执行器、气动执行器、电磁阀等。分析了执行器的功率、精度、响应速度、负载能力等关键指标，以及如何根据被控对象的要求进行选型。 工业通信协议： 详细阐述了当前主流的工业通信协议，如Modbus (RTU/TCP)、PROFIBUS/PROFINET、Ethernet/IP、CC-Link、OPC UA等。分析了这些协议的特点、通信方式、网络拓扑结构、数据传输机制以及在不同自动化系统中的应用。重点讲解了数据采集、指令传输、错误校验等通信过程中的关键技术。 现场总线技术： 探讨了现场总线技术在现代自动化系统中的作用，包括其优势（如布线简化、数据共享、诊断能力提升）和应用场景。 第二部分：自动化系统设计与实施 本部分将理论知识转化为实际工程应用，指导读者进行自动化系统的设计与构建。 第四章：过程控制系统设计 流程图与P&ID图： 讲解如何阅读、理解和绘制工业流程图（PFD）以及管道与仪表流程图（P&ID），这是系统设计的基础。 控制回路设计： 详细介绍PID控制器的设计流程，包括参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例度法、手动整定法）及其优缺点。讨论了PID控制在各种典型过程中的应用，如温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等。 复杂控制策略： 深入讲解比例-积分-微分（PID）控制器的改进算法，如模糊PID、自适应PID、模糊自适应PID等，以及它们在处理非线性、时变系统时的优势。 多变量控制： 探讨如何处理具有相互耦合的多变量系统，介绍相对增益阵列（RGA）等用于解耦的分析方法，以及模型预测控制（MPC）等先进的多变量控制技术。 安全仪表系统（SIS）设计： 介绍安全完整性等级（SIL）的概念，以及SIS在保障生产安全方面的关键作用。讲解SIS的设计原则、 SIL等级的确定、安全仪表功能的实现以及相关标准（如IEC 61508/61511）。 第五章：分布式控制系统（DCS）与人机界面（HMI） DCS架构与功能： 详细解析DCS的系统架构，包括控制站、操作站、工程师站、通信网络等组件的功能。讲解DCS在大型连续生产过程中的集中管理、分散控制的优势。 DCS组态与编程： 介绍DCS系统的组态过程，包括I/O配置、控制回路组态、报警管理、历史数据记录等。阐述DCS常用的编程语言和方法（如功能块图FBD、梯形图LD、结构化文本ST）。 HMI设计原则： 讲解优秀HMI界面的设计原则，包括信息可视化、操作便捷性、用户友好性等。 HMI应用： 介绍HMI在监控生产过程、显示设备状态、处理报警、执行操作指令等方面的具体应用。讨论趋势图、报警列表、操作画面、报表生成等常见HMI功能。 第六章：工业网络与数据集成 工业以太网： 详细介绍工业以太网的技术特点、与标准以太网的区别，以及在自动化系统中的应用。 数据采集与监控系统（SCADA）： 讲解SCADA系统的体系结构、功能组成（包括RTU、通信网络、服务器、HMI等）及其在远程监控、数据采集、过程控制和管理方面的应用。 数据集成与互操作性： 探讨不同自动化系统之间的数据集成挑战，介绍OPC UA等技术在实现跨平台、跨厂商数据互操作性方面的作用。 工业物联网（IIoT）与云平台： 介绍IIoT的概念及其在工业自动化中的发展，包括传感器数据上云、边缘计算、大数据分析等。探讨工业云平台在设备监控、预测性维护、生产优化等方面的应用。 第三部分：高级应用与发展趋势 本部分将视角进一步拓展，关注自动化技术的前沿发展与未来方向。 第七章：运动控制系统设计 伺服系统原理： 深入讲解伺服系统的基本原理，包括闭环控制、PID调节在伺服系统中的应用，以及编码器、伺服驱动器、伺服电机等关键组件的功能。 步进电机与驱动： 介绍步进电机的优点、缺点以及其工作原理，分析步进电机驱动器的类型与选型。 运动控制器： 讲解运动控制器的功能，包括轨迹规划、多轴联动、插补运动等。 PLC在运动控制中的应用： 介绍如何利用PLC实现复杂的运动控制任务，包括程序编写、IO接口配置、轴的定义与控制。 机器人控制基础： 简要介绍工业机器人基本结构、运动学与动力学原理，以及其在自动化生产中的应用。 第八章：工业信息安全 工业控制系统（ICS）安全威胁： 分析针对ICS的各种网络攻击，如勒索软件、拒绝服务攻击、中间人攻击等。 安全防护策略： 介绍分层防御、网络隔离、访问控制、加密通信、漏洞管理等ICS安全防护的基本策略。 安全审计与监控： 讲解如何进行安全审计，以及利用入侵检测系统（IDS）、安全信息和事件管理（SIEM）系统进行实时监控。 相关标准与法规： 介绍与工业信息安全相关的标准（如ISA/IEC 62443）和法规要求。 第九章：自动化系统维护与故障诊断 预防性维护： 讲解如何制定和执行预防性维护计划，包括定期检查、润滑、校准等，以延长设备寿命，降低故障率。 故障分析方法： 介绍常用的故障分析方法，如故障树分析（FTA）、失效模式与影响分析（FMEA）。 故障诊断技术： 讲解基于信号分析、专家系统、机器学习的故障诊断技术。 实时监控与报警管理： 强调实时监控和有效的报警管理在故障早期发现中的重要性。 系统升级与改造： 讨论自动化系统升级和改造的策略、步骤以及注意事项。 第十章：未来发展趋势与展望 人工智能与机器学习在自动化中的应用： 探讨AI和ML如何赋能工业自动化，例如在预测性维护、质量检测、生产优化、自主控制等方面的应用。 数字孪生技术： 介绍数字孪生在自动化系统设计、仿真、监控和优化中的潜力。 增强现实（AR）与虚拟现实（VR）在自动化中的应用： 探讨AR/VR在设备维护、操作培训、远程协作等方面的应用。 可持续发展与绿色制造： 分析自动化技术如何助力实现能源效率提升、资源节约和环境保护。 人机协作： 展望人与自动化系统之间更紧密、更智能的协作模式。 本书通过理论与实践相结合的方式，旨在帮助读者全面掌握工业自动化控制系统的设计、实施与维护技能，为应对未来工业自动化发展的挑战做好充分准备。

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我对书中关于软件工程实践的部分感到非常失望，这或许是因为我更偏好敏捷开发和模块化编程的理念。这本书对于大型PLC项目的设计流程描述，依然停留在传统的瀑布模型阶段。它强调的是在项目初期就必须完成所有硬件选型、网络规划和大量的预先调试工作。对于现代软件开发中推崇的持续集成和迭代优化，书中几乎没有涉及。例如，如何有效地管理和版本控制庞大的PLC程序，如何在高压的生产环境下进行安全、小范围的功能更新，这些实践性很强的话题，只是被简单地一笔带过。作者的重点似乎完全放在了“一次性搞定，永不更改”的终极稳定性上，而忽略了在实际的工业生命周期中，系统升级和功能扩展是必然的需求。这本书更像是一份严格的“施工蓝图”，而不是一份指导“持续运营和优化”的“维护手册”。

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这本关于大型可编程控制器系统设计的书，说实话，对于我这种刚入门的新手来说，简直像是一本天书。我本来是抱着学习西门子或罗克韦尔等主流品牌的PLC基础知识去的，希望能快速上手一些简单的逻辑编写和硬件接线。结果呢，书里一上来就直奔主题，各种复杂的系统架构图、分布式I/O网络配置、以及冗余备份方案的深度剖析，看得我头晕眼花。它似乎是为那些已经有多年经验、正在负责超大型化工项目或者数据中心能源管理系统的工程师准备的。我试图理解其中关于“高可用性”和“实时数据一致性”的章节，但里面涉及的现场总线协议（比如PROFINET IO IRT和EtherNet/IP CIP Sync）的细微差别和它们在不同应用场景下的性能权衡，没有大量的实例或比喻来辅助说明，让我想象出实际的场景难度太大了。这本书的深度毋庸置疑，它绝对是为业内专家提供了一份宝贵的参考手册，详细阐述了如何设计出能够7x24小时稳定运行的复杂控制网络，但对于我这种想从“Hello World”级别开始的读者，它提供的初始支持度几乎为零。我更希望看到一些基础的编程范式和调试技巧的细致讲解，而不是直接跳跃到系统级故障转移的原理分析。

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我拿起这本《大型可编程控制器系统设计》，原本是想找一些关于现代工业物联网（IIoT）集成方案的洞见，特别是如何利用OPC UA或MQTT协议将PLC数据安全、高效地推送至云端进行大数据分析。这本书的侧重点显然不在这个方向上。它更像是对传统、高可靠性工业控制领域（比如流程工业、关键基础设施）的深度挖掘。书里花了大量的篇幅在探讨冗余CPU的热备份切换时序、冗余电源模块的负载均衡策略，以及如何通过硬件旁路实现控制回路的零中断运行。这些内容非常专业，体现了作者在确保系统“永不宕机”方面的丰富经验。然而，当涉及到如何构建一个能够适应未来智能制造趋势的弹性架构时，感觉这本书略显保守和传统。例如，关于边缘计算在PLC层面的应用潜力，以及如何利用容器化技术来部署更灵活的控制逻辑，书中几乎没有提及。它更像是一部关于“如何把传统DCS级别的可靠性，用PLC技术实现”的教科书，而非面向未来的智能控制系统设计指南。

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这本书的专业术语密度达到了惊人的程度，即便我具备一些电气自动化背景，也需要频繁地停下来查阅专业词典。它假定读者对IEC 61508/61511功能安全标准有着深刻的理解，并且能够熟练运用这些安全等级（SIL等级）的要求来指导硬件和软件的选择。这种深度对于安全关键型行业（如石油化工、核电站）的专业人士来说无疑是宝贵的财富，因为每一个设计决策都直接关系到人身和环境安全。然而，对于从事消费电子或普通制造业自动化集成的读者而言，这种安全冗余的篇幅和深度显得过于沉重和不适用。我期待的是一本能平衡“高性能”与“可维护性”的书籍，能够清晰地区分哪些是“必须做”的安全要求，哪些是“可选项”的性能增强。这本书的基调更偏向于安全至上的绝对可靠性，这使得它在通用性和易读性上打了折扣，成为了一本特定领域内的“圣经”，而非一本普及性的技术指南。

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从排版和图例来看，这本书的严谨性是毋庸置疑的，但阅读体验却成了一种挑战。那些复杂的系统拓扑图，虽然信息量巨大，但往往缺乏必要的视觉引导和层级划分。每一个方框、每一条线路都代表着某种特定的标准或协议，如果对这些背景知识掌握不够扎实，很容易在密集的线条和缩写中迷失方向。我尝试寻找一些关于如何进行成本效益分析的章节，比如，在何种规模的项目中采用全冗余架构比采用单机热备付更具经济合理性。这本书似乎默认读者已经掌握了这些商业判断的基础，直接给出了技术实现的“最优解”路径。它没有提供那种“如果你是A类用户，请看这一章；如果你是B类用户，可以跳过”的导航指引。这使得初级工程师在面对具体项目选型时，难以快速定位到与其需求匹配的解决方案，反而需要花费大量时间去过滤掉那些对于当前规模来说过于“超配”的复杂设计。

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