集散控制系统及现场总线 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:张岳

出品人:

页数:150

译者:

出版时间:2006-7

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111188384

丛书系列:

图书标签:

• 集散控制系统
• DCS
• 现场总线
• 工业控制
• 自动化
• 过程控制
• 通信协议
• 工业网络
• 控制系统
• 仪表控制

《工业自动化仪表与传感器应用解析》 内容梗概 本书深入探讨了现代工业自动化领域中至关重要的组成部分——工业自动化仪表与传感器的原理、技术、应用及发展趋势。内容覆盖了从基础的测量原理到先进的智能传感技术，再到不同工业场景下的具体应用实践，旨在为读者构建一个全面、系统的知识框架。全书力求在理论阐述的基础上，结合大量的工程实例和实际操作经验，帮助读者理解仪表与传感器的核心价值，掌握其选型、安装、调试、维护的关键技能，并能灵活运用这些技术解决实际生产问题。 第一部分：工业自动化仪表基础理论与分类 本部分将从工业自动化仪表的定义、发展历程入手，系统梳理各类仪表的分类方法。 第一章：工业自动化仪表概述 1.1 工业自动化仪表的基本概念与作用： 阐述工业自动化仪表在现代工业生产中的地位与作用，强调其作为工业“眼睛”和“神经”的关键功能。分析仪表如何实现对生产过程的感知、监测、显示、记录与控制，以及其对提高生产效率、保证产品质量、降低能耗、提升安全性等方面的贡献。 1.2 工业自动化仪表的历史发展与技术演进： 回顾仪表技术从早期机械式、模拟式向电气式、电子式、微处理器化、数字化、智能化发展的历程。重点分析关键技术突破（如半导体技术、微处理器技术、通信技术）如何驱动仪表性能的飞跃。 1.3 工业自动化仪表的分类体系： 详细介绍根据不同标准对仪表进行的分类，包括： 按测量参数分类： 如温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、物位仪表、速度仪表、力学量仪表（如力、扭矩、硬度）、电量仪表（电压、电流、频率）、化学量仪表（pH、溶解氧、气体成分）等。 按功能分类： 如测量仪表、显示仪表、记录仪表、调节仪表、报警仪表、执行机构等。 按工作原理分类： 如热电偶法、热电阻法、电阻应变片法、电容式、电感式、磁致伸缩式、光电式、超声波式、雷达式、激光式等。 按信号输出分类： 如模拟量信号（4-20mA、0-10V）、数字量信号（开关量、脉冲量）、智能信号（HART、Fieldbus等）。 按结构形式分类： 如现场仪表（传感器、变送器）、盘装仪表、柜装仪表。 第二章：测量仪表的基本原理与特性 2.1 测量误差与不确定度： 深入分析测量过程中可能出现的各种误差来源（系统误差、随机误差、粗大误差），介绍误差的表示方法（绝对误差、相对误差、百分相对误差），以及不确定度的概念及其评定方法。强调准确度、精密度、灵敏度、迟滞、重复性等关键性能指标的含义及工程意义。 2.2 传感器核心技术解析： 2.2.1 温度测量传感器： 详细介绍热电偶（I、J、K、T、E、N、B、R、S型等）的工作原理、选型要点、安装注意事项；热电阻（Pt100、Cu50等）的工作原理、优缺点、应用场景。分析非接触式测温技术（红外测温仪）的原理及应用。 2.2.2 压力测量传感器： 讲解基于弹性元件（如波纹管、膜盒、波登管）的压力传感器原理；压阻式、电容式、应变片式压力传感器的结构与工作机理。介绍压力变送器的内部结构、信号处理与输出。 2.2.3 流量测量传感器： 差压式流量计： 涡街流量计、孔板流量计、文丘里管等的工作原理，流量与差压的关系，安装要求。 体积流量计： 容积式流量计（椭圆齿轮、腰轮）、涡轮流量计、旋进旋涡流量计等原理与适用范围。 速度式流量计： 超声波流量计（时差法、多普勒法）的原理、优缺点、适用介质。电磁流量计的原理、适用介质、安装要求。 质量流量计： 科里奥利质量流量计、热式质量流量计的原理及优势。 2.2.4 液位与物位测量传感器： 接触式液位传感器： 浮球式、电容式、导电式、磁翻板液位计、超声波液位计、雷达液位计的工作原理、适用介质及安装要求。 非接触式物位传感器： 雷达液位计（导波雷达、非接触雷达）的工作原理、抗干扰能力。超声波液位计的原理、优缺点。 料位计： 固体物料的测量技术，如射频导纳、声波、微波等。 2.2.5 其他常用传感器： 简述密度计、粘度计、pH计、电导率仪、溶解氧仪、气体分析仪（如红外、催化燃烧、电化学传感器）等的工作原理和应用。 第二部分：智能仪表与先进传感技术 本部分将聚焦于当前工业自动化仪表的发展前沿，即智能化、集成化和网络化。 第三章：智能仪表的发展与技术特征 3.1 智能仪表的定义与优势： 阐述智能仪表与传统仪表的区别，突出其嵌入式微处理器、数字信号处理、自诊断、自校准、通讯能力等智能化特征。分析智能仪表如何实现更精准的测量、更便捷的配置、更可靠的运行以及更丰富的数据交互。 3.2 智能仪表的核心技术： 3.2.1 微处理器与数字信号处理（DSP）： 介绍嵌入式微处理器的应用，如何实现信号的放大、滤波、线性化、补偿等数字处理，以及DSP技术在复杂信号提取和干扰抑制中的作用。 3.2.2 先进的传感器接口与信号调理： 讲解高精度模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）的应用，以及低噪声、高带宽的信号调理电路设计。 3.2.3 自诊断与自校准功能： 详细分析智能仪表内置的自诊断机制，如传感器故障检测、信号异常报警、仪表工作状态监测等。介绍自动校准技术如何提高测量的长期稳定性和准确性。 3.2.4 用户接口与组态软件： 讨论智能仪表的本地显示与按键操作，以及基于PC的组态软件在参数设置、数据查看、故障诊断中的作用。 第四章：通信协议与智能仪表集成 4.1 工业通信协议概述： 介绍工业自动化领域常用的通信协议，包括串行通信（RS-232, RS-485）及其在仪表通信中的应用。 4.2 智能仪表通信协议解析： 4.2.1 HART协议： 详细讲解HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议的工作原理，包括其在4-20mA模拟信号上传输数字信息的能力，支持的命令集，以及在仪表维护和配置中的应用。 4.2.2 定位器（Field Device）通信协议： Foundation Fieldbus (FF)： 介绍FF协议的层级结构（物理层、数据链路层、应用层），分布式控制的理念，设备互操作性，以及其在高精度、高可靠性应用中的优势。 PROFIBUS： 讲解PROFIBUS（Process Field Bus）协议的DP（Decentralized Periphery）和PA（Process Automation）版本，及其在不同自动化层级中的应用，包括其高效的数据传输能力和诊断功能。 Modbus协议： 介绍Modbus RTU/ASCII和Modbus TCP/IP的通信方式，及其作为一种简单、广泛应用的工业通信协议的特点，在数据采集和设备互联中的地位。 4.3 仪表总线技术在系统集成中的作用： 分析仪表总线如何简化布线，提高系统集成效率，实现仪表间的互联互通，并为远程诊断和维护提供便利。 第三部分：工业自动化仪表与传感器的工程应用与选型 本部分将结合实际工业场景，讲解仪表的选型原则、安装调试、维护策略以及特定行业的应用案例。 第五章：自动化仪表与传感器的选型与设计 5.1 选型原则与流程： 详细阐述针对不同测量对象和工业环境，进行仪表和传感器选型的综合考虑因素，包括： 测量参数精度要求： 根据过程控制精度要求，确定仪表的技术指标。 介质特性： 腐蚀性、粘度、温度、压力、颗粒物等对传感器材质和类型的选择影响。 环境条件： 防爆等级、防护等级（IP等级）、温度、湿度、振动等对仪表外壳和安装方式的要求。 安装条件与空间限制： 管道尺寸、安装位置、可操作性等。 信号输出与系统接口： 与DCS、PLC或其他控制系统的接口兼容性。 可靠性与稳定性： 仪表的使用寿命、MTBF（平均无故障时间）等。 经济性： 综合考虑初始投资、运行成本和维护费用。 5.2 仪表选型典型案例分析： 针对化工、石油、电力、制药、食品饮料等不同行业，提供具体的仪表选型案例，例如： 高危环境下的温度测量仪表选型。 腐蚀性介质的压力变送器选型。 高温高粘度流体的流量计选型。 易产生泡沫或粘附的液位的测量仪表选型。 5.3 控制回路设计中的仪表集成： 讲解仪表在闭环控制系统（如PID控制）中的作用，如何根据控制目标选择合适的传感器和执行机构，以及仪表信号的有效使用。 第六章：自动化仪表与传感器的安装、调试与维护 6.1 仪表安装规范与要点： 6.1.1 温度仪表安装： 热电偶/热电阻的插入深度、保护管的密封、连接线缆的敷设。 6.1.2 压力仪表安装： 压力变送器的方向、隔离器/缓冲器的使用、管道连接的密封性。 6.1.3 流量仪表安装： 直管段的要求、安装方向、密封性、避免气泡和涡流。 6.1.4 液位/物位仪表安装： 接口的清洁、测量范围的确定、安装高度。 6.1.5 电气连接与接地： 遵循防爆、防干扰原则的线缆选择、穿线管、端子连接及良好的接地。 6.2 仪表调试方法与步骤： 6.2.1 信号检查与校准： 零点校准、量程校准、多点校准。使用标准校验仪器进行调试。 6.2.2 通信功能测试： HART、PROFIBUS、Modbus等通信接口的连接与数据读取验证。 6.2.3 系统集成测试： 与DCS/PLC的接口联调，验证信号传输的准确性和控制逻辑的正确性。 6.3 仪表与传感器的日常维护与故障排除： 6.3.1 定期检查与保养： 清洁、紧固、外观检查。 6.3.2 常见故障分析与排除： 如测量值漂移、信号中断、零点偏移、仪表损坏等，提供系统性的诊断思路和处理建议。 6.3.3 备品备件管理： 建立关键仪表备品备件库，缩短故障停机时间。 第四部分：未来发展趋势与前沿技术 第七章：工业物联网与智能传感器 7.1 工业物联网（IIoT）的兴起： 阐述IIoT如何通过网络连接物理世界与数字世界，以及仪表和传感器在IIoT中的角色。 7.2 智能传感器与边缘计算： 介绍集成了计算、存储和通信能力的智能传感器，如何实现数据在源头的预处理与分析（边缘计算），减少数据传输量，提高响应速度。 7.3 无线传感技术与低功耗技术： 讨论Zigbee、LoRa、NB-IoT等无线通信技术在工业现场的应用，以及低功耗设计如何延长电池供电传感器的使用寿命。 7.4 数据分析与预测性维护： 探讨如何利用仪表采集的海量数据进行大数据分析，实现故障的预测性维护，优化生产流程。 第八章：可持续发展与新兴技术 8.1 绿色制造与节能仪表： 关注能耗更低的仪表设计，以及在环保监测中的应用。 8.2 人工智能（AI）与机器学习在仪表中的应用： 展望AI技术如何赋能仪表，实现更智能的自适应控制、故障诊断和优化运行。 8.3 新型传感材料与技术： 简述微机电系统（MEMS）传感器、纳米传感器、光学传感器等前沿技术在工业自动化领域的潜在应用。 结论 本书力求为读者提供一个关于工业自动化仪表与传感器的全面、深入的学习平台。通过对基本原理的阐述、关键技术的解析、工程应用的指导以及未来趋势的展望，我们希望能够帮助读者更好地理解和运用这些至关重要的工业技术，从而在实际工作中提升效率、保障安全、优化性能，并为工业自动化技术的持续发展贡献力量。 目标读者 本书适合从事工业自动化工程、电气工程、机械工程、过程控制、仪器仪表设计、制造、应用、维护等领域的工程师、技术人员、研究人员，以及相关专业的本科生和研究生。

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这本书的封面设计确实挺吸引眼球的，那种深邃的蓝色调，配上复杂的电路图线条，一下子就能抓住搞自动化、搞电气工程的读者的目光。我一开始是被这种专业感吸引的，毕竟这个领域的新书总是稀缺资源。翻开目录，章节的划分看起来逻辑性很强，从最基础的信号采集、执行机构的原理，到复杂的网络拓扑结构和通信协议，覆盖面相当广。特别是对一些主流现场总线，比如Profibus、CAN、DeviceNet这些的介绍，细节处理得相当到位，不像是那种泛泛而谈的教材，倒更像是实战手册。作者在理论阐述的同时，似乎非常注重工程实践中的“坑点”，这一点非常宝贵。比如，关于抗干扰能力的章节，我感觉作者是真正吃过亏、总结过经验的，里面提到的接地设计和屏蔽措施，比我过去读过的任何一本教科书都来得实在。这本书更像是给项目工程师准备的“工具箱”，而不是给刚入门学生准备的“入门指南”。我尤其欣赏它对实时性要求的讨论，将理论上的延迟与实际工程中的时间窗要求做了非常清晰的对比，这在很多同类书籍中是缺失的深度。总的来说，它为我们理解现代工业控制系统的“神经脉络”提供了一个非常扎实和深入的视角。

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对于我这种需要不断进行跨领域知识整合的工程师来说，这本书的价值在于它构建了一个非常清晰的知识桥梁。它成功地将传统的电气控制理论与新兴的信息技术（如嵌入式系统、网络安全基础）有效地衔接起来。书中关于网络安全在工业控制层面的探讨，更是点睛之笔。过去，我们总觉得高层网络安全是IT部门的事，但这本书明确指出，现场总线的物理层和数据链路层同样面临着来自物理接触或近场干扰的潜在威胁，并提出了相应的纵深防御策略，比如数据加密在总线层面的可行性分析。这种前瞻性的视角，对于目前工业物联网（IIoT）快速发展的背景下至关重要。此外，书中在讨论故障诊断和远程维护时，引入了一些基于模型的预测性维护（PdM）的初步概念，虽然没有深入展开，但无疑为我们这些一线人员指明了未来技术升级的方向。阅读完后，我感觉自己不仅巩固了现有技能，还对未来五年控制技术的发展趋势有了一个更为确切的把握，这绝对是一本值得反复研读的工程参考书。

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说实话，刚拿到这本书的时候，我对它抱持着一种怀疑的态度。市面上关于工业控制的书籍浩如烟海，真正能让人眼前一亮的少之又少，大多是炒冷饭。然而，这本书在深入讲解底层通信机制时，展现出一种罕见的细致和透彻。它不仅仅是简单地罗列了现场总线的物理层、数据链路层标准，更重要的是，它剖析了这些标准背后隐藏的工程哲学——为什么Profibus要选择某种帧结构，为什么Ethernet/IP在工业环境下需要额外的封装和时间同步协议来保证确定性。这种“追本溯源”的写作方式，让我对原本已经很熟悉的某些协议有了全新的认识。特别是关于错误检测与恢复机制的论述，作者引入了一些高级的统计学模型来评估数据包丢失的风险阈值，这在以往的参考资料中几乎看不到。读完这部分内容，我感觉自己对整个控制网络的安全冗余设计有了更深层次的理解，不再是简单的“双通道备份”，而是从数据层面去考量如何保证系统在极端故障下的健壮性。这本书无疑是属于专业深度阅读者的藏品。

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我最近在忙着优化我厂里一个老旧生产线的控制架构升级，急需一本能提供前沿思路和具体实施参考的书籍。这本书的出现简直是雪中送炭。我不是科班出身，更多是靠着多年的摸爬滚打积累经验，所以对那种纯理论的堆砌非常头疼。这本书最让我惊喜的是，它在讲述不同控制策略（比如分布式控制与集中监控的权衡）时，总是能紧密结合实际案例的优缺点进行分析。我记得有一章专门讲了数据一致性和同步问题，它没有停留在简单的时钟同步概念上，而是深入探讨了多节点间状态信息的最终一致性在不同工业场景下的不同取舍标准。这对我现在要处理的异构系统集成问题提供了极好的理论支撑。而且，书中对安全性和可维护性的重视也让人耳目一新。在很多老旧系统中，这两个方面往往是被牺牲的，但这本书明确提出了将这两个要素纳入初始设计阶段的重要性，并且提供了相应的架构设计原则。阅读体验上，语言风格非常直接、精炼，没有太多冗余的修饰词，非常符合我们技术人员的阅读习惯，每一页的信息密度都非常高，读起来感觉每一分钟的投入都是值得的。

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我一直认为，优秀的专业书籍不仅要教授“是什么”，更要阐述“为什么会这样”。这本书在这方面做得相当出色。它没有将现场总线技术视为一个孤立的模块来讲解，而是将其置于整个自动化金字塔结构中进行考察。例如，在讨论如何选择一个合适的现场控制网络时，书中巧妙地穿插了对上位SCADA系统和底层PLC/PAC处理能力的限制性分析，使得读者能够清晰地认识到，网络选择的最终瓶颈往往不在于总线本身的速度，而在于端节点的计算和缓冲能力。书中对于不同厂商的实现差异也进行了客观的对比，这种中立的立场对于我们进行采购决策非常有帮助。我特别喜欢其中关于“开放性与封闭性”的辩论，作者并没有简单地站队，而是根据应用场景（如高安全性军工项目与高灵活度的民用生产线）来分析哪种架构更具优势。这种辩证的思维，极大地拓宽了我对系统架构设计的思路，让我学会了在复杂的需求中找到最优的平衡点。这本书的格局比一般的技术手册要大得多。

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