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出版者:

作者:人力资源和社会保障部教材办公室 编

出品人:

页数:187

译者:

出版时间:2010-5

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787504582843

丛书系列:

图书标签:

• 1
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现代工业自动化与控制系统集成技术 本书聚焦于工业自动化领域的前沿技术与实践应用，深入剖析现代工业生产线中复杂控制系统的设计、安装、调试与维护。 本书旨在为电气工程师、自动化技术人员、生产管理人员以及相关专业的学生提供一本全面、深入且高度实用的参考手册。 第一部分：工业控制系统的基础架构与组件 本部分首先建立读者对现代工业自动化体系的整体认知框架。我们详细阐述了从分散控制系统（DCS）到可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的演进历程及其在不同工业场景中的适用性。 1.1 自动化系统的层次结构： 深入解析ISA-95标准模型，从现场控制层（传感器、执行器）到监控与操作层（HMI/SCADA），再到制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）的集成，强调信息流和控制流的有效衔接。 1.2 核心控制器技术： 详细介绍主流PLC品牌（如西门子S7系列、罗克韦尔Logix平台）的硬件选型、模块化配置、处理器性能参数。重点讲解了安全PLC（Safety PLC）的设计原理、故障检测机制及其在关键安全回路中的应用。 1.3 传感器与变送器技术： 覆盖工业现场常用的温度、压力、流量、物位传感器的物理原理、选型原则及安装环境影响。特别探讨了智能传感器（如基于IO-Link技术的设备）的数据采集与诊断能力，以及如何应对高噪声、高腐蚀环境下的信号完整性挑战。 1.4 执行机构与驱动系统： 剖析各类工业电机的特性（交流、直流、伺服、步进电机），重点讲解变频器（VFD）的拓扑结构、控制模式（V/F控制、矢量控制、直接转矩控制）及其在节能降耗和精确运动控制中的作用。阐述了比例调节阀、气动执行器等流体控制部件的选型与精度校准。 第二部分：工业网络通信与数据集成 现代控制系统的性能高度依赖于可靠、高效的网络通信。本部分专注于工业现场总线和以太网技术的深度应用。 2.1 传统现场总线技术解析： 详尽对比Profibus DP/PA、DeviceNet、CANopen等经典总线的通信协议栈、帧结构、带宽限制及故障排除方法。分析其在遗留系统（Legacy Systems）中的维护策略。 2.2 工业以太网的崛起与实施： 深入研究EtherNet/IP、PROFINET IO、EtherCAT等主流工业以太网标准。重点讨论时间敏感网络（TSN）技术如何解决传统以太网的实时性难题，并介绍其在高速同步控制中的应用案例。 2.3 OPC UA与信息物理系统（CPS）： 探讨OPC统一架构（OPC UA）作为跨平台、安全的数据交换标准的关键地位。讲解如何利用OPC UA实现从PLC层到MES层的透明化数据模型构建，是实现工业4.0和智能制造的基础。 2.4 无线通信在自动化中的应用： 评估WLAN、ISA100.11a、WirelessHART在远程监控、移动机器人（AGV/AMR）定位与通信中的优势与局限性，以及确保工业无线网络安全性的措施。 第三部分：控制系统设计、编程与仿真 本部分侧重于将理论知识转化为可执行的控制逻辑，并强调仿真验证的重要性。 3.1 结构化程序设计与标准： 按照IEC 61131-3标准，系统讲解五种编程语言（LD、FBD、ST、IL、SFC）的适用场景和编程规范。强调使用结构化、模块化的方法编写可读性高、易于维护的代码。 3.2 高级控制算法实现： 详细介绍PID控制器的参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、IMC法），并延伸至先进控制策略，如级联控制、前馈控制、比拟控制（Ratio Control）在复杂过程控制中的应用。 3.3 人机界面（HMI）与可视化设计： 不仅关注HMI的硬件选型，更强调优秀用户体验（UX）的设计原则。讲解图形化要素（Trends, Alarms, Navigation）的布局逻辑，以及如何利用HMI实现操作员培训和诊断支持。 3.4 系统仿真与离线调试： 介绍使用MATLAB/Simulink、AMESim或特定厂商的仿真工具（如PLCSIM Advanced）进行控制回路的建模、仿真与验证的流程。强调在不影响实际生产的前提下优化控制参数的重要性。 第四部分：系统集成、安装与调试规范 本部分是实现理论到实际工程转换的关键环节，关注现场作业的质量与安全。 4.1 控制柜与配电设计规范： 涵盖电气设计规范（如IEC 61439系列），包括元器件选型、电磁兼容性（EMC）设计、散热管理与线缆敷设标准。强调双重绝缘、接地与等电位连接在防止干扰和确保人身安全中的作用。 4.2 现场布线与连接技术： 详细讲解屏蔽电缆的正确接地方法、信号隔离技术、电源去耦策略。针对模拟量信号（4-20mA, 0-10V）和数字量信号（24V DC）的抗干扰处理方案。 4.3 调试与启动程序（Commissioning）： 制定系统化的调试流程，包括I/O点检（Point-to-Point Check）、空载测试、带载联调。重点阐述如何使用诊断工具高效定位接线错误和逻辑缺陷。 4.4 过程设备操作与维护： 介绍预防性维护（Preventive Maintenance）计划的制定，包括定期检查传感器漂移、驱动器负载率、控制柜环境温湿度监测。建立系统的故障诊断树，加速故障恢复时间（MTTR）。 第五部分：工业系统安全与生命周期管理 随着系统联网程度的加深，网络安全和全生命周期管理成为控制系统的核心挑战。 5.1 工业控制系统安全（ICS Security）： 介绍ISA/IEC 62443系列标准在OT环境中的应用。分析常见的威胁向量（如缓冲区溢出、恶意软件、未授权访问），并部署纵深防御策略，包括网络分段（Purdue Model）、堡垒机接入、固件完整性校验。 5.2 变更管理与版本控制： 建立严格的控制程序修改和软件版本控制流程，确保所有对生产系统进行的改动都有详细的记录、审批和回滚计划。 5.3 远程访问与诊断的安全性： 在保证生产效率的同时，安全地实施远程支持和监控。介绍VPN、跳板机（Jump Server）配置的最佳实践，以及多因素认证（MFA）在远程维护中的强制实施。 5.4 容错与高可用性架构： 分析冗余系统的构建，如热备份PLC、冗余通信链路、双电源系统。评估不同冗余方案的成本效益比，并提供失效切换（Failover）时间的测试与验证方法。 本书内容紧密结合国际标准和最新的工程实践，旨在培养读者构建、运营和维护下一代智能工厂所需的全方位技术能力。

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