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页数:303

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出版时间:2008-7

价格:33.00元

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isbn号码:9787122026125

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• 流程工业
• 过程控制
• 工业自动化
• 控制工程
• 化工工程
• 系统工程
• 仪表控制
• 自动化控制
• 工业测量
• 优化控制

《工业自动化系统设计与实施》 内容梗概： 本书系统阐述了现代工业自动化系统的设计理念、关键技术、实施流程以及在实际应用中的挑战与解决方案。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解并掌握如何构建高效、可靠、智能化的工业自动化体系，以应对日益复杂的生产制造需求和快速的技术变革。 第一章：工业自动化的发展历程与未来趋势 本章首先回顾了工业自动化的起源和发展脉络，从早期的机械化、电气化到如今的信息化、智能化，梳理了各个阶段的关键技术突破和应用特点。我们将探讨自动化技术如何从简单的重复性任务解放人力，逐步演进到能够进行复杂决策和自主学习的智能系统。 随后，本章将聚焦当前工业自动化的前沿发展趋势。重点分析物联网（IoT）、大数据分析、人工智能（AI）、边缘计算等新兴技术如何深刻影响自动化系统的设计与应用。我们将深入探讨数字孪生（Digital Twin）的概念及其在系统仿真、优化和预测性维护中的潜力。此外，工业5.0（Industry 5.0）的理念，强调人机协同、可持续性和个性化生产，也将作为重要的讨论内容，预示着未来工业自动化的发展方向。 第二章：工业自动化系统架构与层次模型 本章详细介绍了工业自动化系统的典型架构，并重点阐述了通用的自动化层次模型。我们将从现场层（Sensors and Actuators）开始，介绍各类传感器和执行器的作用、选型原则以及如何进行现场数据采集。接着，转向控制层（PLCs and DCSs），深入解析可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的核心功能、编程方式以及它们在不同规模自动化场景下的适用性。 然后，我们将深入到监控与操作层（SCADA and HMI），讲解监控与数据采集系统（SCADA）如何实现对生产过程的远程监控、数据管理和报警处理。同时，人机界面（HMI）的设计原则、功能实现以及如何通过直观的操作界面提升人机交互效率也将得到详尽的论述。 最后，本章将探讨信息管理层（MES and ERP）与自动化系统的集成。制造执行系统（MES）在生产计划、调度、质量控制、物料跟踪等方面的作用，以及企业资源计划（ERP）系统如何与MES协同，实现企业级的资源优化和信息流转，将是本章的重点。我们将强调各层级之间的信息交互和数据流动的关键性。 第三章：核心自动化技术解析 本章将深入剖析构成工业自动化系统的关键技术。首先，我们将详细介绍工业通信技术，包括现场总线（Fieldbus）如PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP等，以及工业以太网（Industrial Ethernet）的应用。了解不同通信协议的特点、优势以及在实际应用中的选择标准至关重要。 其次，我们将重点讲解工业控制算法。包括PID控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制策略。针对不同工艺过程的特点，如何选择和优化控制算法以达到最佳的控制效果，我们将通过实例进行说明。 此外，本章还将涵盖数据采集与处理技术。从原始数据的清洗、校验到特征提取，再到利用统计学和机器学习方法进行数据分析，都将是重要的讨论内容。安全可靠的数据采集是构建智能化系统的基础。 第四章：传感器与执行器选型与应用 本章专注于工业自动化系统的“触角”——传感器和执行器。我们将详细介绍各类常用传感器，包括温度传感器（RTD、热电偶）、压力传感器、流量传感器、液位传感器、位置传感器（编码器、接近开关）、视觉传感器等。对于每种传感器，我们将深入分析其工作原理、技术参数、选型依据（精度、量程、响应时间、环境适应性等）以及在特定工业场景下的典型应用。 在执行器方面，本章将重点介绍电机（交流电机、直流电机、步进电机、伺服电机）的类型、特点和选型，以及相关的驱动技术。同时，气动和液压执行器（气缸、液压缸、比例阀、伺服阀）的原理、优缺点及应用场景也将得到详细讲解。 本章还将讨论传感器和执行器的集成与安装要点，包括接口标准、电气连接、屏蔽要求、防爆与防护等级选择等，确保系统的稳定可靠运行。 第五章：PLC与DCS系统设计与编程 本章将深入探讨可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的设计与编程实践。我们将首先介绍PLC的硬件结构、I/O模块类型、CPU性能以及网络通信能力，并详细阐述IEC 61131-3国际标准下的五种编程语言（梯形图、指令表、结构化文本、功能块图、顺序功能图）的特点和应用。通过丰富的实例，我们将演示如何使用这些编程语言实现逻辑控制、顺序控制、数据处理和运动控制。 对于DCS系统，我们将重点讲解其系统架构、控制器类型、冗余配置、工程师站、操作员站以及历史数据库等组成部分。DCS在大型、复杂生产过程中的优势，如集中管理、高可靠性、易于扩展和集成，将得到充分论述。本章还将涉及DCS组态软件的使用，包括I/O配置、控制回路组态、报警管理和趋势显示等。 第六章：SCADA与HMI界面设计与集成 本章专注于监控与数据采集系统（SCADA）和人机界面（HMI）的设计与集成。我们将详细讲解SCADA系统的功能，包括实时数据采集、数据存储、报警处理、事件记录、报表生成以及远程控制等。我们将介绍主流SCADA软件的特点和应用，并讨论如何构建高效、可靠的SCADA架构。 在HMI设计方面，本章将强调用户体验和操作效率。我们将深入探讨图形化界面设计原则，包括色彩运用、图标选择、信息布局、报警显示方式等，以确保操作人员能够快速准确地理解生产状态并做出响应。本章还将讨论HMI与PLC/DCS的数据通信，以及如何通过HMI实现对生产设备的参数设置、手动操作和故障诊断。 第七章：制造执行系统（MES）与企业资源计划（ERP）集成 本章将聚焦于制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）系统在工业自动化中的作用与集成。我们将详细阐述MES的核心功能，包括生产计划与调度、车间作业管理、质量管理、设备管理、物料跟踪、追溯性以及数据采集与分析。MES如何连接企业上层的ERP系统和底层的自动化控制系统，实现生产信息的实时流动和双向交互，将是本章的重点。 接着，本章将探讨ERP系统在生产制造领域的应用。我们将介绍ERP系统中与生产相关的模块，如主生产计划（MPS）、物料需求计划（MRP）、产能规划、成本核算等，以及它们如何为MES提供计划指令和获取生产绩效数据。 最后，本章将深入分析MES与ERP之间的集成策略和技术挑战。包括数据接口设计、数据映射、实时同步、异构系统集成等，以及如何通过成功的集成，实现企业级的生产运营优化和决策支持。 第八章：工业网络安全 随着工业系统日益互联互通，网络安全已成为工业自动化领域不可忽视的挑战。本章将重点关注工业网络安全威胁，包括恶意软件攻击、拒绝服务攻击、数据窃取、内部威胁等，以及它们可能对生产运营造成的严重后果。 我们将详细介绍工业控制系统（ICS）和OT（Operational Technology）网络的安全防护措施。包括网络隔离（如防火墙、DMZ）、访问控制（如身份验证、权限管理）、安全审计、入侵检测与防御系统（IDS/IPS）、端点安全以及安全漏洞管理。 此外，本章还将讨论安全策略的制定与实施，包括安全培训、应急响应计划、补丁管理以及安全合规性要求。如何构建一个纵深防御的安全体系，保障工业生产过程的安全、稳定和可靠运行，将是本章的最终目标。 第九章：系统集成与项目实施 本章将指导读者如何将前述的各项技术和系统有效地整合起来，并成功实施一个工业自动化项目。我们将系统性地介绍项目启动、需求分析、方案设计、设备选型、系统集成、现场调试、人员培训和项目交付的完整流程。 在方案设计阶段，我们将强调根据具体的工艺需求、生产目标和预算限制，进行最优的技术路线选择和系统架构设计。设备选型时，不仅要考虑性能指标，还要关注供应商的可靠性、售后服务以及长期维护成本。 系统集成是项目成功的关键。我们将讨论如何处理不同厂商的设备、不同协议的通信以及不同软件平台之间的兼容性问题。现场调试过程中，我们将指导读者如何进行系统联调、参数优化、性能测试和故障排除。 人员培训的重要性也不容忽视。我们将强调对操作人员、维护人员和工程师进行全面的技能培训，使其能够熟练掌握新系统的操作和维护，保障项目的长期效益。 第十章：工业自动化系统维护与优化 本章将着眼于工业自动化系统投入运行后的长期运营。我们将详细介绍系统的维护策略，包括预防性维护（定期检查、保养、润滑）、预测性维护（利用传感器数据和分析工具预测设备故障）和纠正性维护（故障排除和修复）。 我们将讨论如何建立有效的设备管理和备品备件管理体系，以降低停机时间和维护成本。同时，本章还将深入探讨系统优化。通过对生产数据的深入分析，识别生产过程中的瓶颈、效率低下的环节，并提出改进建议。这包括优化控制参数、改进工艺流程、引入新的自动化技术或升级现有系统。 本章还将讨论如何通过持续的监控和评估，不断提升自动化系统的性能、可靠性和经济效益，实现绿色制造和可持续发展。 结论 本书通过对工业自动化系统设计、实施与运维全过程的详细阐述，旨在帮助读者建立起系统性的知识体系，掌握解决实际工程问题的能力。无论是初学者还是有经验的工程师，都能从中获得有益的启示，为构建更智能、更高效、更具竞争力的工业生产体系提供坚实的基础。

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这本书的结构安排极具匠心，它巧妙地平衡了理论的精确性和工程应用的灵活性。从宏观上看，它构建了一个从“感知”到“决策”再到“执行”的完整闭环控制架构。微观上看，每一个子系统（如精馏塔的控制、炉膛的燃烧优化等）都被单独拎出来进行了深入的剖析，但同时又通过统一的控制语言和数学描述保持了整体的连贯性。让我印象深刻的是关于先进过程控制（APC）的介绍，书中用大量的篇幅详细阐述了如何构建准确的流程模拟模型，这通常是实现APC成功部署的最大障碍。作者不仅谈了如何使用频率响应法，还详细讲解了利用历史操作数据进行模型辨识的步骤和注意事项，包括如何有效去除操作扰动带来的干扰，确保辨识出的模型是真正反映过程特性的。这种对工程实施细节的关注，使得这本书从“纸上谈兵”的理论书，成功转型为一本可以指导实际项目落地的参考典籍。它所倡导的控制理念，强调的是在满足安全和质量前提下的能耗与效率的最优化，这与当前流程工业绿色、可持续发展的趋势高度契合。

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这本书的深度和广度令人赞叹，它不仅仅是一本“怎么做”的指南，更是一本关于“为什么”的深刻剖析。作者在介绍控制器的设计准则时，不仅仅罗列了各种设计公式，而是深入挖掘了背后热力学、流体力学等基础原理对控制性能的制约。例如，在讲解先进的解耦控制策略时，书中详细分析了物料衡算和能量衡算在系统特性矩阵构建中的作用，这使得控制工程师能够从更底层的物理规律去理解和改进控制效果。我印象最深的是关于安全仪表系统（SIS）与基础过程控制系统（BPCS）的集成与划分，书中详细阐述了SIL等级的确定原则和其对控制器设计的影响，这对于负责新装置设计或旧装置升级的工程师来说，是极其关键的安全知识点。这种跨学科、多维度的视角，让这本书的价值超越了一般的控制工程范畴，更像是一部流程工业的综合性技术手册。即便是资深的工程师，翻阅此书，也极有可能在某些细节或全新的应用案例中找到启发。

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坦率地说，对于初学者而言，这本书的入门门槛可能略高，但对于有一定基础的读者来说，它的价值无可替代。书中在处理复杂模型降阶和复杂耦合系统的稳定性分析时，所采用的数学工具和分析方法非常严谨，体现了作者深厚的学术功底。我特别喜欢书中对“状态估计”的论述，卡尔曼滤波及其扩展形式在流程工业中的应用，书中不仅给出了理论推导，还重点讨论了工业实际中如何处理噪声模型的准确性问题，以及在传感器冗余配置下的最优估计方案。这部分内容对于提升过程监控和故障诊断的水平至关重要。此外，全书在各个章节末尾都附带了大量的思考题和项目案例分析，这些案例往往是现实工业中经常遇到的“疑难杂症”，需要读者综合运用前面学到的所有知识来求解，极大地锻炼了解决实际问题的能力。总而言之，这本书更像是一位经验丰富的导师，在你需要帮助时，提供了一个既有深度又足够实用的解决方案框架。

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阅读体验方面，这本书的排版和图表质量着实让人眼前一亮，这在许多同类技术书籍中是少见的。很多流程控制的书籍，图示往往模糊不清，或者关键的信号流图被简化得难以辨认，但《流程工业工程控制》在这方面做得非常出色。每一个流程图、每一个波特图、每一个根轨迹图都清晰锐利，注释详尽。特别是关于过程动态辨识的部分，书中用大量的篇幅详细介绍了时域和频域辨识方法的适用条件和局限性，并配有详细的软件仿真结果对比图，这对于理解模型获取的困难性非常有帮助。我个人对模糊控制和神经网络在控制系统中的应用一直抱有浓厚兴趣，这本书对此也有相当深入的探讨，它没有将这些技术“神化”，而是客观地分析了它们在处理非线性、时变系统时的优势与挑战，强调了在实际工业部署中需要考虑的计算资源和鲁棒性问题。读完这部分内容，我感觉对如何“恰当”地选择和设计控制算法有了更务实的认识，不再盲目追求最新颖的技术，而是更注重其在特定流程中的实际效果和经济性。

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这本《流程工业工程控制》的封面设计相当朴实，带着一种理工科特有的严谨感，但内容深度却远超我的预期。初翻阅时，我以为这会是一本枯燥的教科书，充斥着大量抽象的数学模型和晦涩的控制理论术语。然而，随着阅读的深入，我发现作者在讲解复杂概念时，总能巧妙地结合实际工业场景进行阐述。比如，在讨论PID控制器的整定方法时，书中并未停留在理论公式的推导上，而是通过一个典型的化工反应釜温度控制案例，清晰地展示了不同参数设置对系统稳定性和响应速度的影响。这种理论与实践紧密结合的叙述方式，极大地降低了学习门槛。我特别欣赏其中对于先进控制策略的介绍，如模型预测控制（MPC）在大型连续过程优化中的应用，书中不仅介绍了其核心思想，还深入剖析了在线优化问题的求解过程，这对于我这种希望将前沿技术应用于实际生产线的人来说，无疑是一份宝贵的参考资料。全书的逻辑脉络清晰，从基础的传感器与执行器原理，到单回路控制，再到复杂的多变量系统控制，层层递进，构建了一个完整的知识体系。尽管涉及的内容很广，但没有给人一种贪多嚼不烂的感觉，反而让人觉得知识体系构建得非常扎实，为深入研究打下了坚实的基础。

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