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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Capehart, Barney L. (EDT)/ Capehart, Lynne C. (EDT)/ Allen, Paul (EDT)/ Green, David (EDT)

出品人:

页数:423

译者:

出版时间:2007-3

价格:$ 220.29

装帧:HRD

isbn号码:9780849382352

丛书系列:

图书标签:

• Energy Management
• Building Automation
• Web Technology
• Enterprise Systems
• HVAC Control
• IoT
• Smart Buildings
• Automation Protocols
• Data Analytics
• Energy Efficiency

《现代工业控制系统与数据驱动优化：从硬件到云端》 图书简介 本书聚焦于当代工业生产与基础设施管理领域的核心技术——现代工业控制系统（ICS）的深度构建、集成、安全防护以及数据驱动的优化策略。随着工业4.0与智能制造浪潮的推进，传统的控制架构正加速向网络化、智能化、平台化的方向演进。本书旨在为工程技术人员、系统集成商、以及研究人员提供一套全面而深入的技术路线图，涵盖从底层现场设备到顶层企业级决策支持的完整链条。 第一部分：下一代工业控制架构与硬件基础 本部分深入剖析了构成现代工业控制环境的基石——从现场传感器到分布式控制单元的演进。 1. 工业现场的数字化转型：传感器、执行器与网络协议 详细阐述了高精度、高可靠性的工业传感器技术（如MEMS传感器、光纤传感技术在极端环境下的应用）及其数据预处理能力。重点讨论了新型工业总线标准（如EtherCAT、TSN – 时间敏感网络）如何解决传统串行通信的延迟和抖动问题，实现实时性和确定性通信。针对不同行业（流程、离散、基础设施），对比分析了RS-485、CANopen、PROFINET等主流协议的技术特性、配置要点及互操作性挑战。 2. 分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）的融合与升级 本书不将DCS与PLC视为孤立的技术，而是探讨其在混合系统中的集成策略。深入分析了现代PLC在计算能力、安全冗余以及边缘计算方面的提升。阐述了如何利用模块化DCS架构实现大型复杂过程的集中管理与分布式执行。重点讨论了基于IEC 61131-3标准的先进控制算法（如状态机、顺序控制、功能块图）的实现技巧，并引入了面向服务的架构（SOA）在控制回路设计中的应用潜力。 3. 工业物联网（IIoT）边缘计算平台的设计与部署 边缘计算是连接现场设备与云端智能的关键。本章详细介绍了构建高性能工业边缘网关所需的软硬件选型、操作系统（如实时Linux发行版、定制化RTOS）的部署与优化。内容涵盖数据采集（Data Acquisition, DAQ）的高效实现、本地数据清洗与聚合技术（如MQTT Broker的部署与QoS管理），以及如何在资源受限的边缘侧运行轻量级机器学习模型进行初步故障诊断。 第二部分：控制系统网络安全与可靠性工程 工业控制系统的网络化使得安全防护成为重中之重。本部分提供了从纵深防御到主动威胁检测的全方位安全框架。 4. 工业控制系统安全标准与合规性实践 全面解读IEC 62443系列标准对系统设计、集成与运维的要求。详细讲解了风险评估方法论（如资产识别、威胁建模、漏洞分析），并提供了针对性强的安全策略。讨论了零信任原则在操作技术（OT）网络中的具体落地方案，包括微隔离技术在PLC网络中的应用。 5. 纵深防御体系的构建与实施 本章深入探讨了多层网络隔离技术，如DMZ（非军事区）的设计、单向网闸（Data Diode）在关键数据单向传输中的作用。重点分析了身份和访问管理（IAM）在OT环境中的特殊挑战，例如如何安全地管理承包商和第三方供应商的远程访问权限。此外，还包含了对安全操作系统加固（Hardening）、补丁管理流程（Patch Management）在生产环境中实施的详细步骤。 6. 控制系统的冗余、故障转移与灾难恢复 从硬件冗余（CPU、I/O模块、通信链路）到软件冗余（热备、冷备、主动-主动/主动-被动配置）进行了详尽的对比和实现指南。教授如何设计高可用性的控制逻辑，包括状态同步机制、不一致性检测与自动切换策略。最后，构建了一套针对ICS/SCADA环境的灾难恢复（DR）计划，确保在重大事件后能快速恢复关键生产流程。 第三部分：数据驱动的优化、可视化与高级应用 现代系统不仅仅是执行控制指令，更重要的是通过数据分析实现持续的性能提升和预测性维护。 7. 工业大数据平台集成与Historian数据管理 阐述了如何有效地将实时控制数据（Tags/Variables）抽取、规范化并存储到高性能工业历史数据库（Historian）中。内容包括时间序列数据库（TSDB）的选型、数据压缩算法（如Delta Encoding, Step Interpolation）的选择，以及如何构建符合ISA-95模型的数据上下文，确保数据具有业务可读性。 8. 实时数据可视化与人机交互（HMI/SCADA）的高级设计 超越传统的仪表盘，本章专注于现代HMI的设计原则，遵循认知负荷理论（Cognitive Load Theory）和人机工程学。讲解了如何利用动态图形、趋势分析和警报管理系统（Alarm Management）来提升操作员的态势感知能力。重点讨论了如何集成3D模型和增强现实（AR）技术，辅助现场维护和远程协助。 9. 预测性维护（PdM）与流程优化算法的集成 介绍了如何利用存储的历史数据和实时数据流，部署机器学习模型进行设备健康评估（Health Indexing）。深入探讨了状态监测（Condition Monitoring）技术，包括振动分析、热成像数据的集成。此外，还讲解了如何利用先进过程控制（APC），例如模型预测控制（MPC），对复杂、耦合的生产过程进行实时优化，超越PID控制的性能极限，实现能效和产量的双重提升。 10. 云端集成与企业资源规划（ERP/MES）的协同 本书最后探讨了如何安全、高效地将OT数据桥接到企业信息层。详细描述了OPC UA作为关键互操作性标准的应用，以及利用云服务（如Azure IoT Hub, AWS IoT Greengrass）进行远程监控、固件管理和数据分析的架构模式。重点分析了如何实现制造执行系统（MES）与控制层数据的双向同步，以优化生产调度和物料流转。 目标读者： 自动化工程师、控制系统设计师、系统集成专家 从事工业网络安全和OT合规的IT专业人员 希望将传统控制系统升级到工业物联网（IIoT）架构的工厂经理和技术主管 自动化、控制工程、计算机科学及相关专业的学生和研究人员

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