具体描述
本书的最大特点：一是通俗易懂。书中完全摒弃繁杂的计算公式和难懂的定义、定理，使具有初中文化程度的广大青年看得懂、学得会。二是实用性强。在介绍每项电工技术时，少讲或不讲无实用价值的理论，着重讲深、讲透怎样操作和为什么这样操作。三是内容全面、科技含量高。书中几乎包括了一般电工常用工具、仪表的使用方法及所遇到的电气设备、装置、器件的选用、安装、常见故障修理的全部知识和技术，同时将一些新器件、新技术及国家业务主管部门的新要求也作了讲解。除此之外，书中还将一般电气安装的验收规范也作了有针对性的介绍。
工业自动化与过程控制系统设计与应用 图书简介 本书旨在为读者提供一套全面、深入且极具实操性的工业自动化与过程控制系统（Industrial Automation and Process Control Systems, IAPCS）的设计、实施、运行与维护的知识体系。面对现代制造业日益复杂的需求和对效率、精度、安全性的严苛要求，传统的分散控制模式已无法满足需求。本书紧密结合当前主流的自动化技术，如可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、人机界面（HMI）、以及工业物联网（IIoT）的应用，系统地阐述了构建高效、可靠的自动化控制系统的理论基础与工程实践。 本书内容涵盖了从底层传感器与执行器选型，到中层控制器编程逻辑构建，再到上层监控与数据采集（SCADA）系统集成的完整流程。特别强调了控制系统的安全冗余设计、故障诊断与排除技术，以及如何利用先进的控制算法（如模糊控制、模型预测控制）来优化复杂过程的性能。 --- 第一部分：自动化系统基础与元件选型 本部分奠定理解现代工业控制系统的基础，侧重于硬件的选择与接口技术。 第一章：工业过程的电气与物理基础回顾 深入探讨工业现场常见的物理量（温度、压力、流量、液位）的测量原理。详细解析各类传感器（电阻式、电容式、超声波、雷达等）的工作特性、精度等级、响应时间和环境适应性。重点分析传感器信号的调理技术，包括线性化、滤波处理以及抗电磁干扰（EMI）措施，确保输入信号的准确性。 第二章：执行机构与驱动技术 详细介绍工业现场主要的执行机构，包括气动执行器（阀门、气缸）、液压执行器以及各类电动执行器（如伺服电机、步进电机）。针对不同负载和精度要求的应用场景，对比分析其优缺点。深入探讨变频器（VFD）在电机速度和扭矩控制中的应用，包括其控制模式（V/f控制、矢量控制）的选择与调试，以及如何实现节能运行。 第三章：信号传输与网络基础 本章聚焦于现场总线技术和工业以太网。系统讲解了经典现场总线（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus）的通信协议、拓扑结构和配置方法。重点介绍基于以太网的工业通信协议（如EtherNet/IP, Profinet, Modbus TCP/IP）在高速数据交换中的优势。内容涉及网络分层结构、数据帧的解析、以及网络安全基础知识，确保数据在控制层和管理层之间可靠、实时地传输。 --- 第二部分：控制器技术与逻辑构建 本部分是自动化系统的“大脑”，详细阐述PLC和DCS的编程与应用。 第四章：可编程逻辑控制器（PLC）核心技术 全面介绍主流PLC的硬件架构（CPU模块、I/O模块、通信模块）。深入讲解IEC 61131-3标准定义的五种编程语言（梯形图LD、指令表IL、结构化文本ST、功能块图FBD、顺序功能图SFC）的适用场景和高级应用。通过大量实际案例，演示如何使用SFC实现复杂的顺序控制逻辑，以及如何利用ST语言实现复杂的数学运算和数据处理。 第五章：高级控制算法在PLC中的实现 超越基础的开关量逻辑，本章聚焦于模拟量控制。详细剖析经典的PID（比例-积分-微分）控制器的原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、过程反应曲线法），以及在不同过程中的应用挑战（如死区、惯性、纯延迟）。探讨先进控制策略，如串级控制、前馈控制在提升控制性能方面的应用，并指导读者如何在PLC环境中高效实现这些算法。 第六章：分布式控制系统（DCS）架构与集成 DCS作为大型、复杂过程控制的首选平台，本章对其架构进行系统分析，包括控制站、工程师站、操作员站的配置。重点讲解DCS中层级化的控制策略部署，以及如何利用其强大的冗余和在线维护功能来保障系统的连续运行。对比PLC与DCS在项目规模、系统集成度、安全性和生命周期管理方面的差异。 --- 第三部分：监控、可视化与数据管理 本部分关注如何为人机交互和数据管理提供直观、高效的界面。 第七章：人机界面（HMI）与SCADA系统设计 深入HMI的设计原则，包括信息的可视化布局、报警管理（Alarm Management）的IEC 62682标准实践。详细介绍SCADA系统的组成要素、数据采集流程（Polling、Tag管理）和历史数据趋势分析。强调HMI/SCADA在操作员培训和操作指导方面的作用，确保操作界面的友好性和高效性。 第八章：工业数据采集、归档与初步分析 本章探讨如何建立可靠的历史数据库（Historian）。讲解数据压缩、数据完整性校验的方法。引导读者从采集的数据中提取有价值的信息，例如设备运行效率（OEE）的计算、关键设备的关键性能指标（KPI）的实时监测。介绍简单的统计过程控制（SPC）图表在识别过程漂移中的应用。 --- 第四部分：系统集成、安全与可靠性工程 本部分面向系统集成商和维护工程师，关注项目的最终交付质量和长期稳定性。 第九章：控制系统的集成与调试方法 系统梳理从硬件安装、接线、I/O点位核对，到逻辑程序的在线调试的全过程。详细介绍“冷启动”、“热启动”的不同调试策略。强调在调试阶段的“分步验证”原则，即先验证底层I/O，再验证控制逻辑，最后进行整体联动测试。详细介绍如何使用仿真工具（如硬件在环 HIL、软件在环 SIL）来预先测试复杂联锁逻辑。 第十-一：系统冗余设计与容错机制 探讨实现高可靠性控制系统的关键技术：硬件冗余（电源、CPU、I/O模块）和软件冗余（热备用、冷备用）。详细分析不同冗余模式下的切换时间（Switchover Time）和故障转移机制。讲解关键工艺点的安全仪表系统（SIS）的独立性与设计规范（如IEC 61511），包括安全完整性等级（SIL）的确定与验证。 第十二：工业信息安全与未来趋势 随着IT/OT（信息技术/操作技术）的融合，工业控制系统面临的网络安全挑战日益突出。本章介绍ISA/IEC 62443系列标准在控制系统安全防护中的应用。内容包括网络区域划分（Zone and Conduit）、访问控制、安全审计和威胁监控。最后，展望工业4.0背景下，如边缘计算、数字孪生技术如何与传统过程控制系统深度融合，以实现更高级别的智能制造。 --- 本书的特色在于理论深度与工程实践的紧密结合，通过大量的典型案例分析和详细的配置步骤，确保读者不仅理解“是什么”，更掌握“怎么做”，是工业自动化、过程控制、机电一体化等相关专业学生、工程师和技术人员的必备参考书。
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