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出版者:中国劳动

作者:人力资源和社会保障部教材办公室 编

出品人:

页数:179

译者:

出版时间:2009-5

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787504576323

丛书系列:

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• 模拟电路
• 电路分析
• 电子技术
• 基础电子学
• 模拟电子
• 电路设计
• 元器件
• 线性电路
• 信号处理
• 高等教育

工业自动化系统设计与实践 本书旨在为读者提供一套全面、深入的工业自动化系统设计、实施与维护的实战指南。 随着“工业4.0”和智能制造的浪潮席卷全球，掌握先进的自动化技术已成为现代工程师和技术人员的核心竞争力。本书聚焦于当前工业现场应用最广泛、最主流的技术体系，涵盖了从底层传感器、执行器到上层控制系统（PLC、SCADA、DCS）的完整链条，并特别强调了系统集成、网络安全与数据处理的实际操作层面。 --- 第一部分：自动化系统基础架构与元件 本部分是构建任何可靠自动化系统的基石。我们首先详细解析了现代工业环境对测量和控制信号的严苛要求，并系统介绍了各类关键硬件元件的选型、原理与安装规范。 第一章：工业现场信号与数据采集 本章深入探讨了工业信号的物理特性、标准规范（如4-20mA、0-10V、HART协议）及其抗干扰措施。内容细致到如何正确进行电缆屏蔽、接地设计，以及在强电磁干扰环境下保证信号完整性的工程技巧。我们对各类传感器的物理原理进行了深入剖析，包括但不限于： 温度测量技术： 热电偶、热电阻（RTD）的选型依据、冷端补偿的精确实现方法，以及红外测温在非接触式应用中的校准难题。 压力与流量传感： 差压变送器的毛细管连接技术、动/静压点选择的工程考量，以及科里奥利质量流量计与涡街流量计的适用性对比。 接近与光电开关的逻辑选型： 区分电感式、电容式、霍尔效应开关的应用场景，重点讲解了光电传感器在高速检测中的时序延迟控制。 第二章：执行机构与运动控制接口 执行机构是系统将控制指令转化为物理动作的终点。本章详述了各类驱动设备的工作原理、选型标准以及与上位控制器的接口技术。 调节阀的精确控制： 详细介绍了直动式、角行程阀的选型，关键在于阀门特性曲线（线性、等百分比、快开）与工艺需求的匹配。着重讲解了气动与电动执行器的维护要点，特别是气源干燥与执行器定位精度的校准流程。 变频驱动器（VFD）的应用与谐波抑制： 深入探讨了三相异步电机的矢量控制与V/f控制的区别，重点在于启动转矩计算、过载保护参数的设定，以及如何通过滤波器或多脉冲整流器来管理输出谐波对电网的影响。 伺服系统与步进电机基础： 比较了两者在精度、响应速度和成本上的权衡。对于伺服系统，详细解析了编码器（绝对值与增量式）的反馈机制和零点对刀的标准化操作。 --- 第二部分：过程控制与分布式系统 本部分是自动化系统的“大脑”，着重于可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）的编程逻辑、网络通信和系统集成方法。 第三章：可编程逻辑控制器（PLC）编程与诊断 本书以当前主流的工业PLC平台为例，不仅讲解了指令集的用法，更侧重于构建健壮、易于维护的控制程序结构。 结构化编程方法论： 强调使用功能块（Function Blocks）和结构化文本（ST）来替代传统的梯形图（LAD）主导的编程方式，以提升程序的可读性和模块化程度。 顺序控制与状态机设计： 详细阐述了使用SFC（顺序功能图）来管理复杂批次或启动/停机流程的优势，通过实例展示如何有效避免死锁和竞态条件。 故障诊断与程序调试： 教授现场工程师如何利用PLC的在线监控工具，结合I/O状态表和在线数据监视，快速定位硬件故障与逻辑错误，特别是时间延迟（Timer）和计数器（Counter）的非预期触发分析。 第四章：过程控制回路的原理与优化 过程控制是实现精确稳定运行的核心。本章完全脱离基础的开关量控制，专注于模拟量回路的设计。 PID控制器深入解析： 详细区分了串级控制、前馈控制和比值控制的适用场景。我们提供了大量关于PID参数整定的实战技巧，包括Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法及其在非线性系统中的修正方法。 控制回路的稳定性分析： 引入了滞环（Dead Time）对控制性能的影响模型，并讲解了如何通过先进的预测控制算法（如Smith预测器）来弥补长延迟带来的控制难题。 回路测试与验证： 描述了如何使用脉冲测试或正弦波扰动法，在不中断生产的情况下，安全地获取系统的动态特性数据，从而验证和微调控制参数。 第五章：工业网络与数据通信 现代自动化系统依赖于可靠的高速通信网络。本章聚焦于现场总线和工业以太网技术。 现场总线技术对比： 深入比较了Profibus DP/PA、Foundation Fieldbus、CANopen等不同总线的物理层、数据链路层和应用层特性，明确了每种网络在本质安全区域（如化工）和高速运动控制区域的选择依据。 工业以太网（Ethernet/IP, PROFINET）： 重点讲解了时间确定性（Time Determinism）的实现机制，如PROFINET的RT（实时）和IRT（等时实时）模式的区别，以及如何规划网络拓扑结构以确保最小的抖动（Jitter）。 OPC UA在数据集成中的角色： 阐述了OPC UA作为平台无关的通信标准，如何在控制层和信息层（MES/ERP）之间建立安全、结构化的数据桥梁，并强调了数据模型的定义规范。 --- 第三部分：系统集成、安全与维护 本部分将视角从单一设备提升到整个工厂级别的集成管理，关注系统的可靠性、操作的可视化和长期的生命周期管理。 第六章：人机界面（HMI）与监控系统（SCADA） 有效的操作界面是人与机器交互的关键。本章侧重于提升操作员的效率和安全性。 HMI/SCADA的设计原则： 遵循人因工程学，讲解了色彩、布局和报警信息分级的最佳实践，避免信息过载导致的误操作。强调了高对比度、简洁动画和关键信息突出显示的重要性。 报警管理系统设计： 详细介绍了基于ISA 18.2标准的报警哲学，如何区分“状态信息”、“操作指导”和“真正需要立即关注的异常”。重点讨论了报警抑制、报警频率分析及“报警泛滥”的系统性解决策略。 趋势分析与数据记录： 讲解了如何配置历史数据库（Historian）以高效存储高频数据，并利用这些数据进行性能基准测试和根本原因分析。 第七章：系统安全与冗余设计 在网络化的今天，自动化系统的物理安全与信息安全同等重要。 冗余架构的实现： 详细对比了PLC热备份、I/O卡冗余以及控制网络冗余的配置方法，并计算了不同冗余方案下的平均故障间隔时间（MTBF）的提升效果。 信息安全基础： 介绍了IEC 62443标准在工业控制系统（ICS）中的应用框架。讲解了物理隔离、网络分段（使用防火墙和DMZ）、访问控制列表（ACL）的配置，以及对USB存储设备和远程访问的策略管理。 固件与补丁管理： 制定了针对工业控制设备的定周期安全审计和固件升级流程，以应对新型威胁。 第八章：系统调试、维护与生命周期管理 自动化系统的价值在于其长期的稳定运行。本章提供了一套系统的维护哲学。 系统性调试流程： 提出了从I/O通断测试、逻辑单元测试到全流程联调的标准化SOP（标准操作程序）。强调了在调试阶段记录所有实际运行参数的重要性。 预防性与预测性维护： 讲解了如何利用现有系统中的振动、功耗或温度数据，构建简单的预测模型，以便在设备发生故障前进行计划性维护，最小化非计划停机时间。 文档管理与知识传承： 强调了维护手册、接线图、源程序版本控制的规范化，确保操作和维护知识能够有效传递，保障系统生命周期的可持续性。 --- 本书特点： 强烈的工程实践导向： 内容来源于多个行业（化工、电力、汽车装配线）的实际项目经验，避免了纯理论的空泛。 跨平台兼容性视角： 虽然涉及具体品牌产品，但核心概念和设计哲学适用于绝大多数主流自动化平台。 专注于解决“痛点”： 针对现场工程师在信号漂移、网络延迟、参数整定困难等实际问题提供详尽的解决方案和排障思路。 本书是自动化工程师、系统集成商、生产管理人员以及相关专业高年级学生深入理解和掌握现代工业自动化技术的必备参考资料。

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最近我开始涉足微控制器（MCU）的底层开发，发现对寄存器级别的操作和中断管理感到非常吃力，市面上很多参考手册写得晦涩难懂。偶然间翻阅了这本《嵌入式系统接口与驱动开发》，简直是点亮了我对MCU内部架构的理解。这本书没有将重点放在某个特定的芯片系列上，而是用一个通用的、概念化的MCU模型来讲解。它对系统时钟树的划分和讲解非常到位，让我明白了PLL、分频器和外设时钟之间的层级关系，这对于精确控制功耗和运行速度至关重要。关于中断控制器（NVIC）的讲解尤其出色，它不仅解释了中断的优先级配置，还深入分析了抢占和非抢占中断之间的区别以及向量表的工作原理，这对于编写健壮的实时操作系统（RTOS）至关重要。书中关于定时器和PWM模块的章节，也提供了多种模式的实现案例，我通过书中的例子，很快就掌握了如何生成精确的方波和不同占空比的控制信号。这本书的风格非常偏向于“黑盒到白盒”的转变，它让你从一个外部使用者的角度，逐步深入到硬件核心运作的层面，是真正想深入掌握嵌入式底层逻辑的开发者的必备读物。

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我最近在研究数字逻辑设计，手里翻了好几本教材，感觉要么过于偏学术，要么就是太注重应用而忽略了底层原理的推导。直到我拿到了这本《数字系统导论》，简直相见恨晚。这本书最让我赞叹的是它对布尔代数和逻辑门电路的深入剖析。它不只是告诉你“与非门”如何工作，而是详细解释了晶体管层面是如何实现逻辑功能的，这种从微观到宏观的视角，极大地拓宽了我的理解深度。书中对卡诺图的讲解简直是艺术品级别的，从二维到高维的化简过程，配上清晰的色块和步骤分解，让我以前困扰已久的组合逻辑化简问题迎刃而解。更难得的是，它没有止步于基础的组合电路，而是花了相当大的篇幅来介绍时序逻辑，特别是对触发器的建立保持时间、保持时间延迟等时序参数的分析，非常严谨和细致。通过书中的一个复杂的异步时序电路设计案例，我清晰地理解了毛刺和竞争冒险的处理方法，这在其他教材中往往是一笔带过。这本书的写作风格非常严谨、专业，充满了对电子学本质的敬畏感，适合那些希望真正掌握数字电路“灵魂”的读者。

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这本《电子工程原理》简直是我的救星！我之前对电路理论一直感到头大，感觉那些复杂的公式和抽象的概念根本不是人能理解的。但是这本书，完全不一样。它用一种非常直观、循序渐进的方式来讲解，仿佛是有一位耐心十足的老师在你身边手把手地教你。比如说，讲到基尔霍夫定律的时候，它不是直接扔给你一堆数学表达式，而是先用一个生活中的水流比喻来解释，让我瞬间茅塞顿开。书中的插图设计得极其精妙，每一个电路图的标注都清晰明了，而且还配有大量的实例分析，让我可以立刻将理论知识应用到实际问题中去。特别是关于网络分析的那一章，我以前总是搞不懂节点电压法和网孔电流法之间的区别，这本书通过对比和大量的例题，把这两种方法的适用场景和解题步骤讲得透彻无比。读完这一部分，我感觉我对整个电路的“脉络”都清晰了，不再是零散的知识点了。这本书的逻辑组织非常出色，知识点的衔接自然流畅，读起来一点也不觉得枯燥乏味，反而有一种抽丝剥茧的快感。对于初学者来说，这本书绝对是建立坚实基础的绝佳选择。

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我一直对信号完整性这个话题感到很神秘，觉得它属于射频和高速PCB设计的范畴，离我这个做一般嵌入式系统的人很远。但是这本《高速信号传输与PCB设计》让我彻底改变了看法。这本书的论述角度非常巧妙，它没有一开始就深陷于复杂的麦克斯韦方程组，而是从一个最简单的、大家都熟悉的信号上升沿模型开始入手，一步步引出反射、串扰和终端匹配的概念。它把信号线看作一个传输线，这种类比非常有效。书中对传输线特性阻抗的讲解细致入微，教你如何通过改变走线宽度、介电常数甚至参考平面来精确控制阻抗，这对于我设计高速接口电路至关重要。更让我印象深刻的是关于串扰的部分，它详细分析了近端串扰和远端串扰的波形表现，并且给出了非常实用的抑制方法，比如优化相邻走线的间距和采用屏蔽层。这本书的排版也极具现代感，大量的截图来自专业的仿真软件（如HyperLynx），让人能直接对号入座，明白理论知识在实际设计工具中是如何体现的。它不仅仅是一本书，更像是一本高速设计领域的“操作手册”。

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说实话，我对电源管理这块一直比较头疼，总觉得DC-DC变换器里的反馈控制环路复杂得像一团乱麻。直到我借了这本《高效电源设计与实践》来研读，我的认知才被彻底颠覆。这本书最厉害的地方在于，它把复杂的控制理论（比如PID控制）与实际的开关电源拓扑（如Buck、Boost）完美地结合起来了。作者并没有回避数学的严谨性，但他们总是能找到最优雅的方式来解释这些数学模型的物理意义。比如，书中讲解环路补偿时，用了波特图来直观展示相位裕度和增益穿越频率的影响，那种“看图说话”的感觉，比单纯的公式推导要直观太多了。而且，这本书非常“接地气”，大量的章节都集中在实际设计中的陷阱和优化技巧上，比如如何选择合适的电感值、如何处理PCB布局带来的噪声耦合问题，甚至是不同MOSFET开关损耗的精确计算模型，都有详尽的论述。读完后，我感觉自己不仅仅是学会了如何“搭”一个电源，而是真正理解了如何“设计”一个高性能、高可靠性的电源系统。对于想从事电源研发的工程师来说，这本书绝对是案头必备的“武功秘籍”。

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