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出版者:Industrial Text Co

作者:L. A. Bryan

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-01

价格:USD 88.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780944107324

丛书系列:

图书标签:

• 设计手册
• 控制科学与技术
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工业自动化系统：从原理到实践的深度解析 图书简介 本册著作《工业自动化系统：从原理到实践的深度解析》，并非着眼于特定品牌的控制器或某一特定环节的编程，而是旨在为读者构建一个全面、系统的工业自动化知识体系。本书深度剖析了现代工业自动化领域的核心理念、关键技术以及它们如何有机地结合，形成一个高效、可靠的生产控制网络。全书内容严谨、逻辑清晰，适合于电气工程、自动化、机械工程等相关专业的学生、初入工业现场的技术人员，以及寻求系统性提升的资深工程师参考。 第一部分：自动化系统的基石与架构 本部分首先奠定了理解复杂自动化系统的理论基础。我们详细阐述了从经典的开环、闭环控制理论到现代先进过程控制（APC）的发展脉络。重点解析了反馈、前馈、比拟控制等基本控制策略的数学模型与工程实现。 随后，本书深入探讨了工业自动化系统的经典三层架构——现场层、控制层与信息层。在现场层，我们详尽介绍了各类传感器和执行器的技术原理、选型标准及其在苛刻工业环境中的可靠性考量。例如，压力、温度、流量、液位等测量技术的物理基础、精度限制与信号调理技术。在执行器部分，则对不同类型的伺服驱动器、变频器（VFD）以及电动/气动/液压执行机构的工作机制进行了深入对比分析。 控制层是本部分的重点，但我们关注的是其功能层面的抽象和通用性，而非针对某一具体硬件平台的功能描述。本书着重分析了分布式控制系统（DCS）和监控与数据采集系统（SCADA）的架构特点、通信协议栈以及系统集成挑战。我们探讨了冗余设计、故障诊断机制在这些高级控制系统中的关键作用，确保系统在面对突发事件时仍能保持基础运行能力。 第二部分：传感器、信号处理与数据采集 本章聚焦于如何精确、可靠地获取物理世界的信号并将其转化为可用于控制的数字信息。我们系统梳理了各类工业传感器的测量原理，例如基于电涡流、霍尔效应、光电效应和超声波技术的应用场景与局限性。特别地，我们为读者详细解读了智能传感器的发展趋势，包括内置微处理器、自校准和数字通信能力的提升。 在信号调理方面，本书提供了大量关于噪声抑制、滤波技术（如数字滤波器设计）和信号隔离的工程实践指导。针对工业现场普遍存在的电磁干扰（EMI/RFI）问题，我们从接地设计、屏蔽层选择到共模抑制等方面，提供了预防性维护和故障排查的实用方法。 数据采集（DAQ）是连接物理世界与数字大脑的关键。我们对比了高速数据采集与低速周期性采样的需求，并详细分析了模数转换器（ADC）的关键参数，如分辨率、采样率和量化误差对控制精度的影响。同时，本章也涵盖了工业网络中常见的数据打包、帧结构以及时间同步技术，为后续的通信章节做好铺垫。 第三部分：工业网络与通信协议栈 现代自动化系统高度依赖于稳定、实时的通信网络。本部分深入剖析了工业通信的历史演进及其当前的主流技术。我们详细讲解了现场总线技术（如Profibus、CANopen）的拓扑结构、数据帧结构和时间确定性机制。 对于更为现代化的工业以太网技术，本书并未停留在概念层面，而是深入探究了如EtherNet/IP、PROFINET的协议栈差异、实时性保障机制（如时分复用或时间戳技术）以及它们如何解决传统以太网的冲突问题。更进一步，我们探讨了工业物联网（IIoT）背景下的网络安全挑战，包括数据加密、身份验证和访问控制在OT（操作技术）环境中的特殊要求。 本章特别强调了协议的互操作性问题，以及网关设备在实现异构系统通信中所扮演的关键角色。读者将学会如何根据应用的需求（如实时性、数据量、拓扑结构）来选择最合适的通信标准。 第四部分：系统集成、建模与仿真 在掌握了基础组件和通信机制后，本书转向更高层级的系统集成与性能优化。系统集成不再仅仅是硬件的物理连接，更是软件、数据和逻辑的协同工作。我们详细阐述了集成环境下的数据模型构建、信息映射和语义一致性维护。 在控制算法的开发阶段，建模与仿真工具至关重要。本书详细介绍了基于物理建模（如Bond Graph）和基于数据驱动（如系统辨识）的建模方法。我们强调了建立高保真度的数字孪生（Digital Twin）模型在虚拟调试和性能预测中的价值。通过详细的案例分析，读者将了解如何利用仿真环境对复杂的控制逻辑进行压力测试和边界条件验证，从而大幅降低现场调试的风险和时间。 第五部分：安全、可靠性与维护策略 自动化系统的运行稳定性和安全性是工业生产的生命线。本部分专注于如何构建一个高可靠性的控制系统。我们探讨了故障容错设计，包括硬件冗余（如双处理器、热备份）、软件冗余以及数据冗余（如环形备份）。故障诊断和隔离机制的实现细节被详细讲解，旨在帮助工程师快速定位问题并最小化停机时间。 在系统安全方面，本书从功能安全的角度出发，系统介绍了IEC 61508/61511标准，解释了安全完整性等级（SIL）的确定过程、安全仪表系统的设计原则和验证流程。同时，也涵盖了信息安全在OT网络中的应用，如网络分段、IDS/IPS在工业环境中的部署考量，以应对日益增长的网络威胁。 最后，本书还涵盖了基于状态的预测性维护（PdM）的引入，如何利用历史运行数据、振动分析、热成像等技术，从被动维护转向主动预防，从而最大化设备综合效率（OEE）。 通过对这些核心领域的全面覆盖，《工业自动化系统：从原理到实践的深度解析》致力于为读者提供一套完整、可操作的知识框架，使其能够从容应对和设计现代复杂工业控制系统的挑战。

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我对技术书籍的挑选一直秉持着“重在深度而非广度”的原则，而这本《可编程控制器》显然深谙此道。它没有试图去涵盖市面上所有的小众品牌或过时的技术，而是将笔墨集中在了当前工业界的主流技术栈上，特别是对于现代工业4.0背景下的安全性和网络化控制给予了极大的关注。我特别欣赏作者在描述“功能安全”部分时，那种严谨且不失人情味的笔调。他不仅讲解了IEC 61508/61511标准的基本概念，还结合实际的SIL等级划分案例，阐述了FBD（功能块图）在安全回路设计中的应用优势与陷阱。书中对于诊断和故障排除的章节更是写得出神入化，提供了大量的“经验之谈”，比如如何通过监测I/O卡件的硬件指示灯模式快速定位总线错误，或者在程序扫描周期内如何利用watchdog timer来预警潜在的死锁问题。读起来的感觉就像是有一位经验丰富的老技师坐在你旁边，手把手地教你如何像专业人士一样思考和排故。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种职业素养的熏陶，让我开始审视自己代码中的“可维护性”和“健壮性”。

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这本书的排版和插图质量令人印象深刻，这对于一本技术手册来说至关重要。很多技术书籍的截图模糊不清，或者电路图画得像“意大利面条”，让人看了就头疼。但这本《可编程控制器》的图文配合堪称典范。所有的程序代码片段都采用了清晰的等宽字体，注释清晰，逻辑流程一目了然。在讲解HMI（人机界面）集成部分时，作者提供的触摸屏设计指南非常实用，它不仅限于PLC的编程，还深入探讨了操作员界面设计的人机工程学原则，比如颜色对比度、报警优先级显示的重要性。我尤其喜欢它在网络安全章节中，对PLC系统作为物联网（IoT）边缘节点的安全加固措施的详细介绍，包括防火墙配置、端口映射和数据加密的应用，这在当前网络攻击日益频繁的背景下，显得尤为前瞻和重要。这本书的实用性，已经超越了单纯的“如何编程”，它开始教你如何构建一个“安全、高效、易于维护”的工业控制系统。

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这本关于可编程控制器的书，简直是一本现代工业自动化领域的百科全书！我作为一名初入行的新手，原本对西门子S7系列和罗克韦尔的ControlLogix感到无从下手，这本书简直是雪中送炭。它不是那种干巴巴的理论堆砌，而是用一种非常贴近实践的语言，把复杂的梯形图、指令表、功能块图讲得透彻明白。特别是书中对不同品牌PLC在数据结构处理上的差异进行了细致的对比，这一点对于我这种需要跨平台集成的工程师来说，简直是如获至宝。我记得有一次在调试一个高速运动控制系统时遇到了棘手的时间同步问题，翻开这本书的实时操作系统章节，里面关于中断服务程序（ISR）的优化策略和时钟漂移的解决方案，立刻给了我灵感，最终完美解决了问题。书中对工业以太网协议，比如Profinet和EtherNet/IP的底层封装和报文结构分析得极其深入，这在很多同类书籍中是看不到的。作者似乎非常了解一线工程师的痛点，每一个章节的案例都选得恰到好处，既有基础的开关量逻辑控制，也有复杂的PID回路整定和模糊控制算法在PLC上的实现。读完这本书，我感觉自己对“自动化”的理解从点状的设备操作上升到了系统级的架构设计能力。

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说实话，当我第一次拿到这本厚厚的书时，有点担心它会像很多教材一样，充满了抽象的数学模型和晦涩难懂的术语。但出乎意料的是，这本书的叙事节奏把握得非常精准。它在讲解高级概念时，总能巧妙地穿插一些历史背景或者技术演进的小故事，让人在学习枯燥的编程逻辑时也能保持兴趣。例如，书中对早期继电器逻辑向固态逻辑转换的历史回顾，让我对现有指令集的产生有了更深的理解。更值得称道的是其对高级编程技巧的探讨，比如如何在PLC环境中实现面向对象的设计思想，以及如何利用宏指令和自定义函数块来封装复杂的控制逻辑，从而提高代码的复用率。我个人最感兴趣的是它对高级运动控制中插补算法的剖析，作者用了一种非常直观的图形化方式解释了直线插补和圆弧插补的核心计算过程，这比我之前在其他地方看到的纯数学推导要容易理解一万倍。它成功地弥补了理论书籍与工程实践之间的鸿沟，让复杂的算法不再是高不可攀的“黑箱”。

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从一个资深系统集成商的角度来看，这本书的价值在于它提供了一个坚实的、跨越代际的技术基石。它没有追逐每一个转瞬即逝的新技术热点，而是专注于那些经过时间检验、并且在未来很长一段时间内仍将是核心的控制原理。书中对模拟量信号处理的章节，特别是噪声抑制技术和Sigma-Delta调制的深入讨论，对我优化高精度称重和流量控制系统起到了决定性的作用。此外，作者在讨论冗余系统设计时，所采用的故障树分析（FTA）方法论，为我们在设计关键基础设施（如电力调度系统）时提供了严谨的逻辑框架。这本书的结构组织得极其合理，从硬件选型到软件设计，再到最终的调试和文档归档，形成了一个完整的闭环管理流程。它教会我的，不只是写出能跑的程序，更是要写出能被别人理解、能够长期稳定运行，并且符合行业规范的“工程代码”。对于任何想在自动化领域深耕的人来说，这本书都应该放在工作台触手可及的地方。

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