具體描述
本書的最大特點：一是通俗易懂。書中完全摒棄繁雜的計算公式和難懂的定義、定理，使具有初中文化程度的廣大青年看得懂、學得會。二是實用性強。在介紹每項電工技術時，少講或不講無實用價值的理論，著重講深、講透怎樣操作和為什麼這樣操作。三是內容全麵、科技含量高。書中幾乎包括瞭一般電工常用工具、儀錶的使用方法及所遇到的電氣設備、裝置、器件的選用、安裝、常見故障修理的全部知識和技術，同時將一些新器件、新技術及國傢業務主管部門的新要求也作瞭講解。除此之外，書中還將一般電氣安裝的驗收規範也作瞭有針對性的介紹。
工業自動化與過程控製係統設計與應用 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一套全麵、深入且極具實操性的工業自動化與過程控製係統（Industrial Automation and Process Control Systems, IAPCS）的設計、實施、運行與維護的知識體係。麵對現代製造業日益復雜的需求和對效率、精度、安全性的嚴苛要求，傳統的分散控製模式已無法滿足需求。本書緊密結閤當前主流的自動化技術，如可編程邏輯控製器（PLC）、分布式控製係統（DCS）、人機界麵（HMI）、以及工業物聯網（IIoT）的應用，係統地闡述瞭構建高效、可靠的自動化控製係統的理論基礎與工程實踐。 本書內容涵蓋瞭從底層傳感器與執行器選型，到中層控製器編程邏輯構建，再到上層監控與數據采集（SCADA）係統集成的完整流程。特彆強調瞭控製係統的安全冗餘設計、故障診斷與排除技術，以及如何利用先進的控製算法（如模糊控製、模型預測控製）來優化復雜過程的性能。 --- 第一部分：自動化係統基礎與元件選型 本部分奠定理解現代工業控製係統的基礎，側重於硬件的選擇與接口技術。 第一章：工業過程的電氣與物理基礎迴顧 深入探討工業現場常見的物理量（溫度、壓力、流量、液位）的測量原理。詳細解析各類傳感器（電阻式、電容式、超聲波、雷達等）的工作特性、精度等級、響應時間和環境適應性。重點分析傳感器信號的調理技術，包括綫性化、濾波處理以及抗電磁乾擾（EMI）措施，確保輸入信號的準確性。 第二章：執行機構與驅動技術 詳細介紹工業現場主要的執行機構，包括氣動執行器（閥門、氣缸）、液壓執行器以及各類電動執行器（如伺服電機、步進電機）。針對不同負載和精度要求的應用場景，對比分析其優缺點。深入探討變頻器（VFD）在電機速度和扭矩控製中的應用，包括其控製模式（V/f控製、矢量控製）的選擇與調試，以及如何實現節能運行。 第三章：信號傳輸與網絡基礎 本章聚焦於現場總綫技術和工業以太網。係統講解瞭經典現場總綫（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus）的通信協議、拓撲結構和配置方法。重點介紹基於以太網的工業通信協議（如EtherNet/IP, Profinet, Modbus TCP/IP）在高速數據交換中的優勢。內容涉及網絡分層結構、數據幀的解析、以及網絡安全基礎知識，確保數據在控製層和管理層之間可靠、實時地傳輸。 --- 第二部分：控製器技術與邏輯構建 本部分是自動化係統的“大腦”，詳細闡述PLC和DCS的編程與應用。 第四章：可編程邏輯控製器（PLC）核心技術 全麵介紹主流PLC的硬件架構（CPU模塊、I/O模塊、通信模塊）。深入講解IEC 61131-3標準定義的五種編程語言（梯形圖LD、指令錶IL、結構化文本ST、功能塊圖FBD、順序功能圖SFC）的適用場景和高級應用。通過大量實際案例，演示如何使用SFC實現復雜的順序控製邏輯，以及如何利用ST語言實現復雜的數學運算和數據處理。 第五章：高級控製算法在PLC中的實現 超越基礎的開關量邏輯，本章聚焦於模擬量控製。詳細剖析經典的PID（比例-積分-微分）控製器的原理、參數整定方法（如Ziegler-Nichols法、過程反應麯綫法），以及在不同過程中的應用挑戰（如死區、慣性、純延遲）。探討先進控製策略，如串級控製、前饋控製在提升控製性能方麵的應用，並指導讀者如何在PLC環境中高效實現這些算法。 第六章：分布式控製係統（DCS）架構與集成 DCS作為大型、復雜過程控製的首選平颱，本章對其架構進行係統分析，包括控製站、工程師站、操作員站的配置。重點講解DCS中層級化的控製策略部署，以及如何利用其強大的冗餘和在綫維護功能來保障係統的連續運行。對比PLC與DCS在項目規模、係統集成度、安全性和生命周期管理方麵的差異。 --- 第三部分：監控、可視化與數據管理 本部分關注如何為人機交互和數據管理提供直觀、高效的界麵。 第七章：人機界麵（HMI）與SCADA係統設計 深入HMI的設計原則，包括信息的可視化布局、報警管理（Alarm Management）的IEC 62682標準實踐。詳細介紹SCADA係統的組成要素、數據采集流程（Polling、Tag管理）和曆史數據趨勢分析。強調HMI/SCADA在操作員培訓和操作指導方麵的作用，確保操作界麵的友好性和高效性。 第八章：工業數據采集、歸檔與初步分析 本章探討如何建立可靠的曆史數據庫（Historian）。講解數據壓縮、數據完整性校驗的方法。引導讀者從采集的數據中提取有價值的信息，例如設備運行效率（OEE）的計算、關鍵設備的關鍵性能指標（KPI）的實時監測。介紹簡單的統計過程控製（SPC）圖錶在識彆過程漂移中的應用。 --- 第四部分：係統集成、安全與可靠性工程 本部分麵嚮係統集成商和維護工程師，關注項目的最終交付質量和長期穩定性。 第九章：控製係統的集成與調試方法 係統梳理從硬件安裝、接綫、I/O點位核對，到邏輯程序的在綫調試的全過程。詳細介紹“冷啓動”、“熱啓動”的不同調試策略。強調在調試階段的“分步驗證”原則，即先驗證底層I/O，再驗證控製邏輯，最後進行整體聯動測試。詳細介紹如何使用仿真工具（如硬件在環 HIL、軟件在環 SIL）來預先測試復雜聯鎖邏輯。 第十-一：係統冗餘設計與容錯機製 探討實現高可靠性控製係統的關鍵技術：硬件冗餘（電源、CPU、I/O模塊）和軟件冗餘（熱備用、冷備用）。詳細分析不同冗餘模式下的切換時間（Switchover Time）和故障轉移機製。講解關鍵工藝點的安全儀錶係統（SIS）的獨立性與設計規範（如IEC 61511），包括安全完整性等級（SIL）的確定與驗證。 第十二：工業信息安全與未來趨勢 隨著IT/OT（信息技術/操作技術）的融閤，工業控製係統麵臨的網絡安全挑戰日益突齣。本章介紹ISA/IEC 62443係列標準在控製係統安全防護中的應用。內容包括網絡區域劃分（Zone and Conduit）、訪問控製、安全審計和威脅監控。最後，展望工業4.0背景下，如邊緣計算、數字孿生技術如何與傳統過程控製係統深度融閤，以實現更高級彆的智能製造。 --- 本書的特色在於理論深度與工程實踐的緊密結閤，通過大量的典型案例分析和詳細的配置步驟，確保讀者不僅理解“是什麼”，更掌握“怎麼做”，是工業自動化、過程控製、機電一體化等相關專業學生、工程師和技術人員的必備參考書。
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