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出版者:

作者:俞俊民

出品人:

页数:155

译者:

出版时间:2007-9

价格:16.00元

装帧:

isbn号码:9787508360089

丛书系列:

图书标签:

• 电工测量
• 测量技术
• 电力系统
• 电气工程
• 仪器仪表
• 实验教学
• 电路分析
• 电子技术
• 高电压
• 电能质量

现代工业自动化控制系统设计与应用 本书深入探讨了现代工业自动化控制系统的理论基础、关键技术、设计方法以及实际应用。作为一本面向工程技术人员、高级技术院校学生以及自动化领域研究人员的专业参考书，本书旨在提供一个全面、系统且实用的知识体系，帮助读者掌握构建高效、可靠、智能的自动化控制系统的核心技能。 --- 第一部分：自动化控制系统基础理论与架构 本部分系统性地回顾了自动化控制领域的基础理论，并着重介绍了当前主流的工业控制系统架构。 第一章：控制系统基础回顾与发展趋势 经典控制理论的复习与拓展： 详细阐述了线性系统、反馈原理、传递函数、脉冲响应等核心概念。引入了现代控制理论中状态空间描述方法，并讨论了其在复杂系统建模中的优势。 工业控制系统（ICS）的演进： 从继电器控制、早期的PLC到当前的分布式控制系统（DCS）和制造执行系统（MES）的集成，梳理了工业控制技术的发展脉络。重点分析了信息物理系统（CPS）和工业互联网（IIoT）对传统控制范式带来的变革。 系统可靠性与安全性概述： 初步探讨了冗余设计、故障诊断与容错技术在工业环境中的重要性，为后续的系统设计奠定安全基础。 第二章：可编程逻辑控制器（PLC）核心技术 PLC硬件结构与选型： 深入解析了PLC的CPU模块、I/O模块（数字量与模拟量）、通信模块的内部工作原理。提供了基于I/O点数、扫描周期、指令集和环境适应性等方面进行PLC选型的实用指南。 指令系统与编程规范： 详述了梯形图（LD）、指令表（STL）、功能块图（FBD）和结构化文本（ST）等主流编程语言。特别强调了面向对象的编程思想在大型PLC项目中的应用，以及IEC 61131-3标准的遵循。 高级编程技巧与应用实例： 涵盖了中断处理、定时器与计数器的高级应用、数据处理与数组操作。通过实际案例，展示了如何利用PLC实现复杂的顺序控制和步进逻辑。 第三章：分布式控制系统（DCS）与现场总线技术 DCS的系统架构与优势： 详细解析了DCS的分层结构（现场层、控制层、操作员层、管理层）。重点比较了DCS与大型PLC系统在集成度、冗余性、操作一致性方面的差异。 关键现场总线技术解析： 对比分析了Profibus DP/PA、Foundation Fieldbus (FF)、HART协议以及工业以太网（如Profinet, EtherNet/IP）的技术特性、数据结构和应用领域。讨论了总线选型时需要考虑的实时性、带宽和抗干扰能力。 I/O分配与网络拓扑设计： 提供了远程I/O站点的部署策略，以及如何根据工艺流程和电磁兼容性要求设计可靠的总线网络拓扑结构。 --- 第二部分：过程控制理论与算法实现 本部分侧重于控制工程的核心——过程控制的设计、建模与优化。 第四章：工业过程的动态特性与建模 典型过程对象的机理分析： 针对常见的工业过程（如热交换器、反应釜、液位罐、传送带）建立一阶滞后、二阶系统等数学模型。 系统辨识方法： 介绍了时间域和频率域的系统辨识技术，包括阶跃响应法、正弦激励法和最小二乘法。重点阐述了如何利用实验数据获取精确的工艺模型参数。 模型简化与降阶： 讨论了在控制系统设计中，如何根据控制目标对复杂高阶模型进行有效的简化，以满足实时计算的要求。 第五章：经典PID控制器的深入研究与优化 PID参数的理论整定方法： 详细讲解了Ziegler-Nichols（齐格勒-尼科尔斯）法、Smith预估补偿法、内模控制（IMC）等先进的PID整定方法。 抗干扰与抗饱和技术： 引入了反向积分（Anti-windup）、死区补偿、前馈控制等技术，以解决实际PID控制中常见的积分饱和和响应延迟问题。 新型PID算法的应用： 介绍了增量式PID、模糊PID以及基于模型的自适应PID控制器在非线性或时变系统中的应用案例。 第六章：先进过程控制（APC）技术 模型预测控制（MPC）原理： 详细阐述了MPC的核心思想，包括系统模型的建立、优化问题的求解（二次规划）和滚动时域计算。重点分析了MPC在多变量耦合系统控制中的优势。 控制性能评估与优化： 介绍了如何利用控制图、误差指标（IAE, ITAE）来量化控制系统的性能。讨论了系统在线重整定（Retuning）的必要性。 先进控制的工程实施挑战： 分析了MPC在计算资源、模型准确性和操作人员接受度方面的实际工程障碍及解决方案。 --- 第三部分：人机界面、数据采集与系统集成 本部分聚焦于如何将底层的控制逻辑与上层的监控、数据管理有效地连接起来，实现可视化和智能化管理。 第七章：数据采集与监控系统（SCADA/HMI） SCADA系统架构与功能划分： 阐述了数据采集、远程终端单元（RTU）、中央监控站之间的关系。深入分析了数据采集的周期、存储策略和数据完整性保障措施。 人机界面（HMI）的设计原则： 遵循人因工程学原理，讨论了图形元素设计、报警系统设计（基于ISA 18.2标准）、趋势分析和历史数据查询界面的优化。强调了“少即是多”的有效信息传递原则。 OPC技术在数据集成中的作用： 详细介绍了OPC UA作为工业互操作性标准的结构、安全机制，以及它如何实现异构设备间的数据无缝通信。 第八章：制造执行系统（MES）与企业资源规划（ERP）集成 MES在生产管理中的定位： 界定了MES在车间控制层（PLC/DCS）与企业管理层（ERP）之间的桥梁作用，重点介绍其在工单管理、质量追溯和设备综合效率（OEE）分析中的功能。 信息集成标准与接口： 探讨了ISA-95模型，并详细分析了常见的ERP/MES接口技术，如数据库直连、Web Services或消息队列在数据交换中的应用。 数据湖与工业大数据基础： 初步介绍如何将海量的过程数据结构化并导入到数据分析平台，为预测性维护和工艺优化奠定数据基础。 --- 第四部分：工业网络安全与系统维护 本部分关注自动化系统的生命周期管理，特别是日益重要的网络安全防护和系统的长期健康运行。 第九章：工业控制系统网络安全防护 工控系统的安全威胁模型： 分析了针对PLC、DCS和SCADA系统的特定攻击向量（如固件篡改、DDoS攻击、中间人攻击）。 纵深防御策略： 详细介绍了ISA/IEC 62443标准框架下的安全分区（Zoning）、安全等级（Conduit）划分。实施网络隔离、访问控制列表（ACLs）的配置。 安全运行与事件响应： 讲解了安全审计、漏洞管理和应急响应预案的制定，确保在安全事件发生时能快速恢复控制功能。 第十章：自动化系统的调试、维护与故障诊断 系统调试方法论： 提供了从单回路测试、联锁测试到全流程联调的系统化调试流程。强调了在联调过程中，应严格遵守操作规程，确保人员和设备安全。 高级故障诊断技术： 超越简单的I/O点指示灯，介绍如何利用趋势分析、信号频谱分析和日志记录来定位间歇性或难以复现的软硬件故障。 系统文档化与知识传承： 强调了高质量的控制逻辑文档、接线图和操作手册对于系统长期维护和迭代升级的关键性作用。 --- 本书的特点： 本书内容紧密结合现代制造业的实际需求，强调理论与工程实践的深度融合。通过大量的工程案例和选型对比，读者不仅能掌握控制系统的设计原理，更能学会如何在复杂的工业环境中做出最优的技术决策，实现生产过程的稳定、高效与智能化运行。

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这本书的结构组织和逻辑推进存在严重的问题，读起来断断续续，毫无连贯性。它似乎试图涵盖所有与电工测量相关的知识点，但结果却是雨露均沾，每个点都只是浅尝辄止，没有进行深入的系统化梳理。比如，讲到电磁干扰时，它只提到了几个概念名词，但对于如何设计一个屏蔽良好的测试环境，如何选择合适的屏蔽材料，完全没有展开论述。紧接着，下一章又跳到了复杂的信号处理算法，但这些算法的引入显得非常突兀，读者完全不清楚这些高级处理是如何与前面提到的基础测量电路关联起来的。更要命的是，全书的案例分析少得可怜，即便有，也都是些过于简化的、理想化的“教科书式”案例，脱离了真实的工业场景。例如，测量一个电动机的运行电流时，书中给出的例子是直接连接一个简单的电流表，但在现实中，需要考虑的浪涌电流、谐波分量、温度漂移等复杂因素，这本书里压根就没提。这使得读者在尝试将书本知识应用到实际工作中时，会因为知识的“碎片化”和“不完整性”而感到力不从心，很难形成一个完整的知识体系。

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这本书的内容实在是太晦涩了，简直像在啃一本天书。我翻开第一页，就被那些密密麻麻的公式和复杂的电路图给震慑住了。作者似乎非常热衷于展示他深厚的理论功底，恨不得把所有相关的物理原理都塞进这本书里。结果就是，对于一个初学者来说，根本无从下手。我花了整整一个下午，试图理解其中关于“矢量分析在交流电路中的应用”那一章，结果头更大了。那些抽象的符号和推理过程，完全没有与实际的测量场景建立起直观的联系。读起来感觉像是在上大学二年级的物理课，充满了理论的重量感，但实操的影子却无处寻觅。我更希望看到的是，如何用手头的万用表去准确测量一个电阻的阻值，而不是一堆需要高等数学工具才能解析的微分方程。这本书的排版也着实让人头疼，字体偏小，图例标注不清，很多地方的文字描述和附图之间缺乏必要的衔接，读起来非常费力，读完后感觉知识点是零散堆砌的，缺乏一个清晰的知识脉络引导。这本书似乎更适合那些已经有扎实电学基础，准备深入研究测量误差理论的专家，对于我们这些想学点实际本领的工程技术人员来说，实在是不够“接地气”。

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我买这本书是冲着“技术”二字来的，本以为能学到一些实用的测量技巧和故障排除方法。然而，这本书的重点似乎完全跑偏了。它花费了大量的篇幅来探讨测量的“哲学”——什么是准确度、精确度，误差的来源有哪些，如何进行统计学上的不确定度分析。这些内容固然重要，但对于一个急需解决“我的这个传感器读数为什么老是漂移”的现场工程师来说，帮助实在有限。书中对实际操作环节的描述少得可怜，几乎找不到关于仪器校准的标准流程，也没有详细讲解如何根据被测对象选择合适的测量范围和量程，更别提那些在复杂工业现场中常见的噪声抑制和抗干扰措施了。它更像是一本高等计量学教材的节选，理论性太强，实践性太弱。我期待的是那种图文并茂，告诉你“当你遇到A情况时，应该按下B按钮，调整C旋钮”的实用指南，但这本书提供的却是“在理想状态下，根据测量理论C推导出的公式D”。这种脱节感，让这本书的实用价值大打折扣，我最终还是得去翻阅仪器的操作手册才能解决实际问题。

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这本书的语言风格简直是古板到了极点，仿佛是从上世纪八十年代的教科书里直接摘录出来的。阅读体验非常糟糕，通篇充斥着那种陈旧的、书面化的表达方式，完全没有考虑到现代读者对易读性和趣味性的需求。比如，描述一个简单的电桥平衡原理时，它会用一大段冗长且绕口的句子来铺垫，明明可以用一个简洁的图示和几句白话就能讲明白的事情，非要搞得像在写学术论文的摘要。更让我抓狂的是，书中大量的插图，简直是粗糙的代名词。那些电路图看起来就像是用尺子和圆规在纸上随便画出来的，线条生硬，元件符号也模棱两可，有时候我得对照着好几遍，才能确定那个符号到底代表的是什么元件。而且，书中几乎完全没有提及任何现代化的测量仪器和技术，比如数字化示波器、数据采集卡的应用，内容停留在传统模拟电路的范畴，这在如今这个信息时代显得格格不入。读完感觉像是一次穿越时空的“考古”之旅，学到了一些基本概念的原理，但对于实际工作中会遇到的各种新型干扰、电磁兼容性问题，则完全没有涉猎，实在缺乏前瞻性。

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坦白说，这本书的装帧设计和印刷质量令人失望。作为一本专业技术书籍，它应该具备良好的耐用性和清晰的视觉呈现。然而，这本书的纸张质量非常一般，墨水似乎有点渗透，导致反面印的内容隐约可见，在光线不好的地方阅读时，眼睛非常容易疲劳。更令人不解的是，书中很多关键公式和符号的排版似乎是后期拼凑上去的，对齐混乱，尤其是在涉及上下标和希腊字母的地方，经常出现位置偏移或者字体大小不统一的情况，看起来非常不专业。而且，这本书的索引做得极其敷衍，很多重要的术语查找起来非常困难，翻阅效率极低。如果我需要快速回顾一下某个特定概念的定义或公式，我常常需要花费大量时间在目录和索引之间来回跳转，浪费了宝贵的学习时间。一本优秀的工具书，除了内容要扎实外，形式的严谨性也至关重要，这本书在这些基础层面上都没有做好，让人不禁怀疑其编辑和校对环节是否经过了严格的把关。

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