Process Control Instrumentation Technology (8th Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Curtis D. Johnson

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2005-07-01

价格:USD 129.20

装帧:Paperback

isbn号码:9780131194571

丛书系列:

图书标签:

• Process Control
• Instrumentation
• Chemical Engineering
• Automation
• Sensors
• Control Systems
• Industrial Automation
• Process Measurement
• 8th Edition
• Engineering

《现代自动化系统设计与实现》 第一章：工业自动化基础与发展趋势 本章旨在为读者构建一个全面且深入的工业自动化基础认知框架。我们将从工业自动化的核心概念入手，探讨其在现代制造业中的战略地位与不可替代性。内容涵盖了自动控制理论的基石，包括反馈控制、前馈控制以及先进控制策略的初步介绍。我们将详细解析传统的机电控制系统与现代基于微处理器的智能控制系统之间的本质区别与技术演进路径。 深入探讨当前工业自动化领域的热点与发展趋势至关重要。内容将聚焦于工业物联网（IIoT）的架构、数据采集、边缘计算在实时控制中的应用，以及云计算在企业资源规划（ERP）与制造执行系统（MES）集成中的角色。我们不仅会介绍这些技术的概念，更会分析它们如何重塑生产流程、提升生产效率和保障操作安全。此外，本章还会对网络安全在工业控制系统（ICS）中的重要性进行前瞻性论述，强调安全设计在系统生命周期中的优先地位。 第二章：可编程逻辑控制器（PLC）的原理与高级编程 可编程逻辑控制器（PLC）是工业控制系统的中枢神经。本章将以目前市场上主流的PLC硬件架构为例，全面剖析其硬件构成，包括中央处理单元（CPU）、输入/输出（I/O）模块（数字量、模拟量、高速计数等）以及通信接口模块。我们将详述扫描周期、存储器组织（程序存储器、数据存储器、堆栈）和指令集的执行流程。 在软件编程方面，本章将超越基础的梯形图（LD）编程，重点讲解符合IEC 61131-3标准的结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）的实际应用。特别地，我们会深入讲解如何使用ST语言实现复杂的数学运算、数据处理和算法逻辑。针对SFC，我们将详细阐述其在管理复杂批次过程控制中的优势，包括状态管理、转换条件和步进动作的精确设计。此外，还会涵盖PLC的故障诊断、程序备份与恢复的最佳实践。 第三章：分布式控制系统（DCS）与系统集成 分布式控制系统（DCS）是处理大规模、复杂连续过程控制的首选平台。本章将系统性地介绍DCS的整体架构，对比其与PLC在系统规模、冗余设计和控制层级上的差异。内容将细致解析DCS中的核心组件：操作员工作站（HMI/MMI）、工程师站、控制服务器、现场控制器（Process Controllers）以及多层网络结构（如控制网络与管理网络的分离）。 本章的重点将放在DCS的系统集成能力上。我们将讨论如何通过标准化的工业通信协议（如OPC UA, Foundation Fieldbus, Profibus/Profinet）实现DCS与第三方智能设备的无缝对接。系统冗余设计是DCS可靠性的关键，因此，本章将详细介绍硬件冗余（处理器、I/O、通信链路）和软件冗余的实现机制，以及故障发生时的自动切换策略和热备份操作。 第四章：人机界面（HMI）与数据可视化 有效的人机交互界面（HMI）是操作员理解和干预复杂过程的基础。本章将从人机工程学（Ergonomics）的角度出发，探讨优秀HMI设计的基本原则，包括信息密度、色彩使用规范、报警管理策略和操作逻辑的清晰性。 内容将覆盖图形化设计的关键要素，如趋势图（Trend Display）的配置、报警条（Alarm Bar）的优先级设置、以及操作员权限的分级管理。我们将分析如何利用现代HMI/SCADA平台实现实时数据的高效采集、存储和可视化。讨论还将延伸至移动端HMI的应用，探讨在保障安全的前提下，如何通过平板电脑或智能手机实现对关键生产数据的远程监控与基本操作。 第五章：工业过程仪表与传感器技术 本章聚焦于工业过程控制中“感知”层面的技术实现。我们将系统地梳理各类关键过程变量的测量技术。 压力测量： 差压变送器、绝对压力计的原理，以及薄膜式、应变片式传感器的选择标准。 流量测量： 详细对比孔板流量计、涡街流量计、电磁流量计和科里奥利质量流量计的工作原理、适用流体特性和精度限制。 温度测量： 热电偶、热电阻（RTD）的选型、冷端补偿技术，以及红外测温的应用场景。 物位测量： 浮力式、超声波式、雷达式和导波雷达物位计的优势与局限性分析。 本章还将深入讲解智能仪表的通信协议，特别是基于HART 协议和 Fieldbus 技术的现场仪表配置、零点校准和诊断功能的使用，强调如何利用仪表自诊断信息提升过程维护的预测性。 第六章：过程控制回路设计与优化 本章是控制工程的核心实践部分。我们将首先回顾PID控制器的基本结构，并侧重于其在实际工业应用中的参数整定方法。内容将涵盖经典的手动整定法、Ziegler-Nichols（齐格勒-尼科尔斯）方法，以及更先进的基于软件的自动整定工具的使用。 重点内容是多回路和复杂回路的策略选择： 1. 串级控制（Cascade Control）： 如何通过引入一个内部回路来有效抑制外部干扰。 2. 前馈控制（Feedforward Control）： 结合测量扰动变量，实现对可预见干扰的提前补偿。 3. 比率控制（Ratio Control）： 在混合或燃烧过程中确保反应物料配比的精确性。 此外，本章将引入过程控制的先进技术，如模型预测控制（MPC）的原理概述，讨论其在处理多变量耦合系统和约束条件下的优越性，并阐述如何构建一个简化的系统辨识模型作为MPC应用的基础。 第七章：工业通信网络与现场总线技术 可靠、高效的工业通信是现代自动化系统的生命线。本章将全面剖析工业网络的分层结构，从现场设备层到控制层，再到企业管理层。 我们将详细对比主流的现场总线技术，包括：Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP以及工业以太网的实时扩展（如Powerlink, EtherCAT）。对于每一项技术，我们将分析其在确定性、带宽、拓扑结构和抗干扰能力方面的特性，指导读者根据具体的应用场景（如运动控制 vs 过程控制）做出正确选择。 本章还专门设置章节讨论工业网络安全规范，如IEC 62443系列标准框架下的网络分段、访问控制和安全协议的应用，确保数据传输的完整性与系统的运行安全。 第八章：自动化系统故障诊断与维护策略 本章致力于培养读者的系统性故障排除能力。我们将分析自动化系统中常见的故障类型，包括传感器漂移、I/O卡件失效、通信中断以及软件逻辑错误。 内容将侧重于基于数据的诊断方法。如何利用历史趋势数据（Historian Data）识别异常模式，如何通过PLC/DCS的诊断寄存器快速定位硬件故障。我们将探讨预测性维护（PdM）在自动化系统中的实施，利用设备运行状态数据（如电流、振动、温度）来预测潜在的组件失效。最后，本章将规范化事故响应流程，强调在确保人员安全的前提下，进行系统切换、隔离故障源和恢复生产的步骤。

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