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出版者:7-122

作者:韩兵

出品人:

页数:222

译者:

出版时间:2007-7

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787122003317

丛书系列:

图书标签:

• 现场总线
• 仪表
• 工业控制
• 自动化
• 通信协议
• 数据采集
• 传感器
• PLC
• Modbus
• CAN总线

《工业自动化系统中的现场设备与信号处理》 内容简介 本书深入探讨了现代工业自动化系统中不可或缺的基石——现场设备（Field Devices）的原理、选型、安装、调试与维护。着重解析了从传感器采集信号到执行器接收指令的全过程中的关键技术与工程实践，旨在为读者构建一个全面、系统的现场层技术认知框架。 第一部分：工业传感技术基础与应用 本部分详尽阐述了各类常用工业传感器的基本工作原理及其在不同工业场景下的具体应用。 1. 物理量测量原理与传感器分类 首先，系统梳理了工业测量中涉及的主要物理量，如温度、压力、流量、液位、位置等。随后，对传感器的工作原理进行了深入剖析，包括电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式和热电效应等基础原理。 2. 温度测量技术深度解析 详细介绍了热电偶（Thermocouple）和热电阻（RTD，特别是Pt100）的选型标准、冷端补偿技术、测温范围的覆盖能力及精度校准方法。同时，探讨了红外测温技术在非接触式高温测量中的优势与局限性。对温度变送器的线性化、线性范围设置及二线制/三线制/四线制接线法的电气特性进行了详尽的对比分析。 3. 压力与液位测量工程 本章重点解析了压力传感器的结构，包括波登管、膜片、应变片等核心元件的工作机制。对绝对压力、表压和差压的测量区别与变送器选型进行了明确指导。在液位测量方面，涵盖了浮力法、静压法、雷达/导波雷达法、超声波法以及磁致伸缩法等技术，并针对不同介质（导电性、粘稠度、泡沫等）的复杂工况，提供了最优化的测量方案设计。 4. 流量测量技术栈 流量测量是过程控制的核心挑战之一。本书详述了差压式流量计（如孔板、文丘里管）的流量计算公式、开度修正及局部阻力系数的影响。随后，重点讲解了涡街、涡轮、电磁（针对导电液体）和质量流量计（科里奥利质量流量计）的工作原理、量程比（Turndown Ratio）的确定与安装要求，特别是电磁流量计的电极材质选择与接地隔离技术。 第二部分：执行机构与控制阀门系统 执行机构是实现控制指令的物理载体，本部分聚焦于如何可靠、精确地执行控制系统的输出信号。 1. 执行机构的驱动原理与选型 详细对比了电动、气动和液动三大类执行器的性能特点。对伺服系统（如步进电机、直流/交流伺服）在精密定位中的应用进行了分析。重点讲解了气动执行器中隔膜、活塞结构的工作特性，以及气源质量对响应速度和稳定性的影响。 2. 调节阀的流体力学与结构设计 调节阀是过程控制的“终极执行器”。本书从流体动力学角度，解析了阀门流量特性（线性、等百分比、快开特性）的数学模型与实际曲线的偏离。深入剖析了阀体结构（直通、角型、三通）、阀芯形式（球阀、蝶阀、截止阀、调节球阀）的选择依据。此外，详细介绍了阀位反馈、定位器（气动/智能电气定位器）的设置、死区调整和校验流程。 3. 安全仪表系统（SIS）中的执行器要求 针对安全连锁应用，阐述了高完整性等级（SIL）对执行机构响应时间、故障模式和诊断覆盖率提出的特殊要求，以及如何通过冗余设计（如2oo3结构）增强系统的可靠性。 第三部分：信号调理、接口与传输机制 现场信号的可靠传输是确保数据准确性的关键环节。本部分聚焦于信号的转换、隔离与通信接口技术。 1. 模拟信号调理与标准 系统梳理了国际公认的工业标准模拟信号（如4-20mA、0-10V）。重点讲解了“四电流”信号的抗干扰优势，以及如何通过隔离器、信号分配器对信号进行放大、衰减、滤波和电隔离处理，以满足不同系统（DCS/PLC）对输入阻抗和电源的要求。 2. 信号接地与屏蔽的最佳实践 针对工厂强电磁干扰环境，本书提供了详细的屏蔽电缆敷设规范、接地系统设计指南，包括单点接地、多点接地在不同干扰源下的适用性判断，以及屏蔽层与电源线、控制线分离的工程距离要求。 3. 工业数据总线技术概述 在信号从现场传输到控制室的过程中，数字通信技术扮演了核心角色。本书概述了各种现场数字通信协议的结构和特点，包括但不限于： 串行通信基础： RS-232/RS-485 协议栈的帧结构、校验机制与多节点通信的冲突避免策略。 早期数字现场总线： 对 HART 协议的原理（叠加在4-20mA上的数字通信）及其在智能仪表配置中的作用进行深入剖析。 工业以太网基础： 简要介绍工业以太网对实时性、确定性（Deterministic）的需求，及其在工厂自动化网络中的地位。 4. 仪表校验与维护 详细介绍了仪表投入运行前的校准流程，包括零点迁移、量程跨度调整、线性拟合验证。同时，提供了基于故障树分析（FTA）的常见现场仪表故障诊断流程，以及预防性维护计划的制定方法，强调使用校准设备进行周期性验证的重要性。 结论 本书旨在为自动化工程师、系统集成商和维护技术人员提供一套实用的工程指导手册。通过对现场设备硬件原理、信号处理流程和基础通信接口的系统化阐述，使读者能够精确、高效地设计、部署和管理复杂的工业过程控制系统的现场层基础设施。知识的重点在于“如何使设备在实际恶劣工况下可靠工作”，而非侧重于控制策略或软件算法。

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书中的技术深度也让我印象深刻。它并没有停留在表面介绍，而是对现场总线通信协议的帧结构、数据传输方式、故障诊断机制等进行了细致的剖析。例如，对于Profibus DP，书中详细解释了其主从通信机制、轮询方式以及不同报文类型的作用。对于Foundation Fieldbus H1，则重点介绍了其分布式控制和多变量传输的特点，以及如何实现组态和网络管理。这对于我们进行更深层次的故障排查和性能优化至关重要。有时，一些看似微小的网络延迟或数据丢失，都可能引发连锁反应，而这本书提供的底层技术解析，能够帮助我们精准定位问题根源。我甚至还看到了关于现场总线互联互通（例如如何通过网关实现不同总线间的通信）的详细说明，这对于构建复杂的分布式控制系统非常有启发。

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总的来说，这本书为我提供了一个全新的视角来审视和理解现场总线技术。它不仅仅是一本技术指南，更像是一位循循善诱的导师，引导我从宏观的系统架构到微观的信号传输，全面掌握现场总线在现代工业自动化中的核心地位和应用价值。我一直在思考如何将现场总线技术与物联网（IoT）和工业4.0的概念相结合，而这本书中关于数据采集、远程监控和智能化诊断的论述，为我提供了宝贵的思路。它让我意识到，现场总线不仅仅是连接仪表和控制器的“线”，更是构建智能化、柔性化生产体系的基石。这本书的出版，无疑是工业自动化领域的一项重要贡献，对于所有从事相关工作的人员来说，都具有极高的参考价值。

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这本书的另一大亮点在于它对现场总线在不同行业、不同应用场景下的实际案例分析。我尤其关注了其中关于石油化工和制药行业的章节。在石化行业，对于危险区域的仪表选型和通信可靠性有着极高的要求，书中详细阐述了如何根据安全等级和环境特点选择合适的总线技术，例如如何利用本安型设计和本质安全设备来保障人员和设备的安全。而在制药行业，GMP合规性是重中之重，书中也深入探讨了如何通过现场总线实现数据的可追溯性、防爆措施以及与MES、DCS系统的集成，确保生产过程的合规性和数据完整性。这些案例并非简单的堆砌，而是包含了从需求分析、方案设计、设备选型、施工调试到后期维护的全过程，提供了非常宝贵的实践经验。我发现许多我过去在工作中遇到的难题，在这本书里都能找到解答的思路和方法。

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这本书简直是工业自动化领域的“活字典”！作为一个在生产线一线摸爬滚打多年的技术员，我一直希望能有一本能系统梳理现场总线技术，并将其在实际应用中的价值淋漓尽致地展现出来的书。市面上虽然不乏技术手册和零散的资料，但真正能做到理论与实践深度结合，并且语言通俗易懂的，实在凤毛麟角。拿到这本书的时候，我第一感觉就是“终于等到你了！”。 从目录上看，这本书的章节设置非常合理，由浅入深，循序渐进。开头部分对各种主流现场总线的起源、发展历程、核心技术原理进行了详尽的介绍，比如Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等，不仅讲了“是什么”，更深入探讨了“为什么会这样设计”。这一点对于我理解这些总线之间的差异和各自的优势非常有帮助。我知道很多现场总线名字听起来都差不多，但深入了解后，它们的底层通信机制、传输介质、拓扑结构、数据模型等方面都有着根本的区别，而这些区别直接影响到我们在项目选型和实施时的决策。这本书通过大量的图示和表格，将这些抽象的概念变得直观易懂，我甚至可以直接用它来给新入职的同事们讲解。

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最令我感到欣慰的是，这本书的语言风格非常接地气，不是那种枯燥的技术术语堆砌。作者仿佛一位经验丰富的工程师，在与读者进行一次坦诚的交流。他会告诉你，在实际工作中，选择哪种总线可能更具性价比，遇到哪类问题时，最常见的解决方案是什么，以及哪些“坑”是需要特别注意的。书中穿插的许多“经验之谈”和“小贴士”，都极具价值。例如，关于现场总线电缆的敷设要求、接线规范、屏蔽层处理等细节，往往是影响系统稳定性的关键，但又容易被忽视。这本书在这方面给出了非常详尽的指导，让我在实际布线和调试时，能够避免不少弯路。我甚至觉得，这本书应该配发给每一个负责现场总线项目的工程师，这样可以大大提高项目的成功率。

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