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页数:285

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出版时间:2009-4

价格:32.00元

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isbn号码:9787563518876

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• PLC
• 可编程逻辑控制器
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精细化工生产过程优化与控制系统集成 作者： 张伟 刘芳 王海涛 出版社： 机械工业出版社 出版日期： 2023年11月 定价： 128.00 元 --- 内容简介 本书系统阐述了面向现代精细化工产业升级与可持续发展需求的生产过程优化理论、先进控制技术以及系统集成方法。在当前全球化工行业面临日益严格的环保法规、对产品质量的苛刻要求以及能源成本波动的背景下，传统的过程控制方法已难以满足复杂、高精度生产体系的需求。本书紧密围绕“绿色、高效、智能”的化工制造目标，为读者提供了一套从机理分析到工程实践的完整解决方案。 全书共分为七个主要部分，共计二十章，内容深度与广度兼顾，力求将前沿的学术研究成果与成熟的工业应用技术有机结合。 --- 第一部分：精细化工过程的机理建模与特性分析 (约250字) 本部分聚焦于构建精确描述精细化工反应器、分离单元（如精馏塔、萃取设备）和混合单元动态特性的数学模型。首先，详细回顾了化工过程的守恒定律基础，包括物质、能量和动量平衡方程的建立方法。重点阐述了如何运用非线性动力学模型来描述具有强耦合、高非线性的反应过程，如催化氧化反应和聚合反应的动力学机理。 随后，引入了系统辨识技术，特别是基于小扰动测试和历史数据的参数估计方法，用于修正和验证初级模型。书中详细对比了物理模型（第一性原理模型）与数据驱动模型的优势与局限性，并探讨了混合建模（Grey-Box Modeling）在提升模型预测精度和工程可解释性方面的应用。对于间歇式生产（Batch Process），着重分析了批次间的重复性和工艺窗口的确定，为后续的优化控制打下坚实的基础。 --- 第二部分：先进过程控制（APC）理论与设计 (约300字) 本部分是全书的核心之一，系统介绍了超越传统PID控制的先进控制策略在精细化工中的应用。 模型预测控制（MPC）作为主流的APC技术，占据了大量篇幅。书中不仅深入解析了二次规划（QP）问题的求解算法（如迭代线性二次调节算法），还特别针对化工过程中常见的约束处理（软约束、硬约束）和模型失配问题，提出了基于卡尔曼滤波器的在线模型补偿策略。案例分析涵盖了多变量反应器温度和浓度控制，以及利用MPC实现过程性能指标的实时优化。 此外，本书还详细介绍了非线性控制（NL-MPC）的设计方法，包括输入/输出线性化和反馈线性化技术，适用于对控制精度要求极高的反应单元。对于需要精确保持在最优操作点附近的系统，本书引入了鲁棒控制理论，如$mathcal{H}_{infty}$控制，以应对系统参数摄动和未建模动态带来的不确定性，确保控制系统的安全性与稳定性。 --- 第三部分：过程优化与实时调度 (约280字) 化工生产的经济性直接取决于操作点的选择和生产计划的制定。本部分专注于如何将优化目标（如收率最大化、能耗最小化）嵌入到控制系统中。 静态优化部分，重点讲解了非线性规划（NLP）的求解技术，包括序列二次规划（SQP）和内点法在确定最优操作窗口中的应用。对于涉及复杂平衡关系的单元，引入了热力学约束优化的方法。 在动态优化与实时调度方面，本书引入了基于混合整数线性规划（MILP）的调度框架，用于解决多品种、多批次生产线上的换批时间、资源分配和生产顺序的优化问题。特别关注了“软启动/软停机”过程的优化，以减少非正常操作对设备和产品质量的影响。内容还延伸至强化学习（RL）在优化调度中的潜力探索，讨论了如何在模拟环境中训练出能够适应突发性干扰的调度策略。 --- 第四部分：安全仪表系统（SIS）与风险管理 (约220字) 化工安全是生产的生命线。本部分从控制系统的角度，审视了过程安全管理的关键环节。 详细解析了功能安全标准IEC 61508/61511的要求，并介绍了如何根据工艺风险评估（如HAZOP分析）结果，确定安全完整性等级（SIL）。书中提供了SIS设计、验证和维护的工程流程，包括对安全仪表回路的响应时间、诊断覆盖率和平均失效间隔时间（MTBF）的计算方法。 内容特别强调了高风险反应过程的保护层设计，例如使用独立的高层超温保护系统（如安全联锁系统SIS）来防止主控系统失灵导致的失控反应。同时，探讨了如何利用先进的故障检测与隔离（FDI）技术，提高对传感器漂移和执行器卡滞的早期预警能力。 --- 第五部分：工业通信与系统集成 (约200字) 现代化工控制系统是高度集成的网络化架构。本部分关注从现场设备到企业资源规划（ERP）层面的数据流和通信标准。 重点介绍了工业以太网协议在工厂自动化中的应用，如EtherNet/IP和PROFINET，并对比了其在确定性实时通信方面的优势。对于新型的、分布式控制应用，书中探讨了OPC UA在安全、跨平台数据交换中的角色。 在系统集成层面，详细描述了分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）和安全仪表系统（SIS）之间的架构协同。内容深入到数据历史数据库（Historian）的构建与管理，以及如何有效地将控制层数据转化为管理层所需的KPIs报表，支撑精益化生产决策。 --- 第六部分：过程监控与故障诊断 (约150字) 有效的故障诊断是保障系统长期稳定运行的基础。本部分介绍了基于信号处理和模型残差的诊断方法。 包括统计过程控制（SPC）图表（如Shewhart图、CUSUM图）在检测小偏差和异常值中的应用。对于复杂多变量系统，引入了主元分析（PCA）和多元统计过程监控（MSPC），用于在多维数据空间中识别过程的“健康状态”。故障诊断的重点在于如何区分是传感器故障、执行器漂移还是工艺本身发生变化，并提供相应的隔离建议。 --- 第七部分：数字化转型与智能制造前瞻 (约150字) 展望未来，本书讨论了如何将现有的控制基础架构升级到工业4.0标准。 聚焦于过程数据管理与云/边端计算的结合，探讨了如何利用边缘计算平台对采集的大量过程数据进行预处理和轻量级AI模型的部署，以实现更快速的决策反馈。内容还涉及数字孪生（Digital Twin）在化工生产中的构建原则，即如何用高保真模型实时映射物理工厂，用于操作员培训、控制策略的离线验证以及预测性维护的支撑。 --- 读者对象 本书适合从事精细化工、石油化工、制药工程等领域的过程工程师、自动化工程师、研发人员，以及相关专业高年级本科生和研究生。它既可作为一本深入的专业参考手册，也可作为一门高级过程控制与优化课程的教材。掌握基础控制理论的读者可直接切入高级主题，获取提升生产效率和安全水平的实用工具。

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我是一名在校的电气工程专业学生，选择这本书作为我的课外拓展阅读材料，主要是看中了它强调的“前瞻性”。很多教材上的知识点更新速度跟不上工业界的发展，比如工业物联网（IIoT）和云端数据采集，在传统教材中往往被轻描淡写。然而，这本书在最后几章中，非常扎实地探讨了如何将现代PLC系统与MES（制造执行系统）进行数据交换，甚至提到了边缘计算在PLC网络中的初步应用。虽然这些内容对于初学者来说可能略显深奥，但它无疑为我们指明了未来的学习方向和职业发展路径。作者没有沉溺于传统的继电器逻辑的复述，而是把重点放在了如何用现代化的编程范式去驾驭强大的PLC硬件。特别是对SCL（结构化控制语言）在复杂算法实现中的应用讲解，逻辑清晰，步骤严谨，让我对以前觉得晦涩难懂的程序块有了全新的认识。这本书的价值就在于，它不仅教会你如何“做”，更教会你如何“想”——即如何用更系统、更面向未来的视角去看待自动化控制工程。

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说实话，我一开始对这种“应用技术”类的书籍抱有怀疑态度，总觉得它们大多是“万金油”式的泛泛而谈，真正到了动手的时候还是得靠自己摸索。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。它的核心价值在于其对不同品牌PLC（尤其是西门子和三菱的部分主流系列）在实际应用中的差异化处理上，这一点非常难得。我记得有一次我尝试用书中的某个高级定时器功能块来实现一个复杂的流水线节拍同步，结果发现不同固件版本的PLC在参数设置上存在细微差别，直接导致程序逻辑错误。这本书在相关的章节中，非常细致地标注了这些“版本陷阱”，并给出了兼容性处理建议。这说明作者在撰写时，并非简单地堆砌手册上的知识点，而是融入了大量的实战经验教训。书中的插图和截图清晰度极高，对于那些复杂的梯形图或结构化文本代码，配上的注释也非常到位，完全避免了新手在阅读代码时产生歧义的困境。这本书更像是一本“救急手册”，而不是单纯的理论教材，任何遇到具体技术难题的工程师，翻开它总能找到解决问题的切入点。

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从一个资深系统集成商的角度来看待这本《PLC应用技术》，我更关注的是它在“标准化”和“可维护性”方面的体现。在大型项目中，代码的可读性和后续维护人员的接手成本是至关重要的指标。这本书在讲解自定义功能块（FB）和函数（FC）的编写规范时，给出了一套非常实用的命名约定和注释标准。它强调的模块化设计理念，使得即便是我们团队中经验尚浅的新人，也能快速理解并修改由其他工程师编写的复杂程序。我印象最深的是关于数据块（DB）组织结构的部分，作者详细阐述了如何利用结构体和数组的高效组合，来避免冗余变量的产生，从而大幅优化了PLC的内存占用和扫描时间。这种对工程效率的极致追求，是很多理论书籍所欠缺的。总而言之，它不仅仅是一本关于如何操作特定硬件的书，更像是一本关于如何构建健壮、高效、易于维护的工业控制系统的“工程哲学”指南。

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这本书的排版和印刷质量给我留下了极其深刻的印象，这在技术书籍中是相对少见的。我是一个偏爱纸质书的读者，因为在调试现场，电子设备屏幕的亮度变化和反光经常影响阅读体验。这本《PLC应用技术》采用了高质量的哑光纸张，文字和电路图的对比度极佳，即使在工厂高亮度的钠灯下阅读，眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是，它在介绍故障诊断那一章时，使用了大量的“情景模拟”流程图。比如，当输入模块无响应时，它不是简单地说“检查线路”，而是细致地分叉出“电源故障”、“信号短路”、“模块逻辑冲突”等多个路径，每条路径都对应不同的测量点和判断依据。这种结构化的思维训练，对我从“修补匠”向“系统工程师”的转变起到了潜移默化的引导作用。我发现，自从用了这本书提供的方法论，我不仅能更快地解决眼前的问题，还能提前预判系统中可能存在的潜在风险点，这极大地提升了我的工作效率和系统稳定性。

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这本《PLC应用技术》的封面设计得非常直观，那种深沉的蓝配上醒目的橙色线条，一下子就抓住了我的注意力，让人感觉这本书内容专业且富有现代感。我是在一个自动化技术交流论坛上偶然看到有人推荐的，当时我正为我手头的一个中小型工厂的设备升级项目感到头疼，急需一本既有理论深度，又能指导实践操作的书籍来帮我理清思路。这本书的目录结构安排得非常合理，从最基础的PLC硬件选型、编程语言基础开始，逐步深入到复杂的运动控制和数据通信模块。我尤其欣赏它在案例分析部分的处理方式，没有采用那种过于理想化的教科书式案例，而是贴近了工业现场的真实问题，比如传感器信号干扰的处理、PID参数的在线整定等，这些都是我在实际工作中经常碰到的“拦路虎”。作者显然对工业现场有着深刻的理解，语言风格严谨又不失条理，读起来让人感觉像是在一位经验丰富的老工程师的指导下学习，而不是枯燥地啃理论。特别是关于以太网/IP和PROFINET的章节，讲解得极其透彻，不仅解释了协议的工作原理，还提供了实际配置步骤和常见故障排除方法，这对于我们这些需要兼容老旧设备和引入新一代智能设备的工程师来说，简直是雪中送炭。

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