热工控制系统及设备 (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

现代工业自动化与过程控制：前沿技术与应用实践 本书聚焦于当前工业领域中占据核心地位的自动化与过程控制技术，深入剖析了从底层传感器到顶层决策系统的完整技术链条。旨在为工程师、技术人员以及相关专业学生提供一本全面、深入且具有实践指导意义的参考手册。 --- 第一部分：过程控制基础与理论深化 本部分奠定了现代工业控制的理论基石，着重于从经典控制理论向现代控制理论的过渡与融合。 1. 工业过程特性分析与建模： 详细探讨了化工、冶金、能源等典型工业过程的物理特性、动态行为及数学描述方法。内容涵盖了一阶、二阶、高阶系统的时域与频域响应分析，重点讲解了传递函数、状态空间模型的建立与简化，并引入了非线性系统辨识的前沿技术，如基于神经网络和模糊逻辑的辨识方法。特别关注了过程惯性、纯延迟、放大系数等关键参数在实际系统中的精确获取与应用。 2. 经典PID控制器的深入应用与优化： 超越传统的参数整定方法，本章系统阐述了Ziegler-Nichols、累积误差积分法（IAE）、最小平方误差法等多种经典整定算法的原理与局限性。核心内容在于新型抗干扰PID控制器的设计，包括串级控制、前馈控制的结构设计与参数优化，以及如何应对死区、饱和、摩擦等常见非线性环节对PID性能的影响。同时，详细介绍了IMC（内部模型控制）在精确控制系统设计中的应用。 3. 现代控制理论在工业中的实践： 系统介绍了极点配置、状态观测器（Luenberger观测器）的设计与应用，特别是卡尔曼滤波在存在随机噪声的工业测量系统中的降噪与状态估计作用。探讨了先进的鲁棒控制（如$H_infty$控制）在保证系统稳定性与性能裕度方面的优势，并结合实例说明了其在高速、高精度运动控制中的部署。 --- 第二部分：分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）架构 本部分深入剖析了现代工业控制系统的两大支柱——DCS与PLC的工作原理、硬件选型、网络通信及系统集成。 4. 分布式控制系统（DCS）的体系结构与功能： 全面解析了新一代DCS平台的多层级架构（操作层、控制层、管理层），重点讲解了控制站、I/O站、操作员站的配置原则。详细对比了不同厂商（如Honeywell Experion PKS, Emerson DeltaV等）的冗余架构设计，包括电源、CPU、通信总线和I/O模块的冗余切换机制。特别强调了系统集成与数据库管理在大型复杂流程控制中的核心地位。 5. 可编程逻辑控制器（PLC）的高级应用： 不仅仅停留在基本的逻辑控制层面，本章深入探讨了高速计数、运动控制指令集的应用，以及PLC的诊断、故障处理与安全机制。详细对比了主流PLC系列（如西门子S7-1500, 罗克韦尔ControlLogix）的程序结构、数据类型和在线维护技术。阐述了如何利用PLC实现批处理控制（ISA-88标准）的高效管理。 6. 工业通信网络与现场总线技术： 详细对比了Modbus, HART, PROFIBUS DP/PA, Foundation Fieldbus, EtherNet/IP等主流工业通信协议的物理层、数据链路层和应用层特性。重点分析了工业以太网在提高实时性、带宽和互操作性方面的技术优势，并讲解了时间敏感网络（TSN）在未来高精度同步控制中的潜力。 --- 第三部分：先进过程控制（APC）与优化策略 本部分是全书的技术高点，聚焦于如何利用高级算法提升过程的经济效益和运行稳定性。 7. 模型预测控制（MPC）的原理与实现： MPC作为当前最主流的APC技术，本书给予了深入的篇幅。详细讲解了在线优化问题（Quadratic Programming, QP）的求解方法，约束条件的有效处理（包括输入软/硬约束、状态约束），以及模型失配对MPC性能的影响与补偿策略。通过详细的化工案例（如精馏塔控制），演示了MPC如何实现多变量的协同控制与优化。 8. 智能控制与自适应技术： 探讨了如何将人工智能技术引入过程控制。详细介绍了模糊逻辑控制（FLC）的设计流程，尤其是在控制规则难以量化时的应用。深入分析了自整定与自适应控制的原理，如基于梯度的自适应控制和基于模型参考的自适应控制（MRAC），确保控制器性能能随过程参数的变化而动态调整。 9. 过程监测、故障诊断与安全仪表系统（SIS）： 阐述了如何利用软测量技术（Soft Sensing）估计难以直接测量的关键变量（如产品质量）。详细介绍了基于统计过程控制（SPC）的实时过程偏离检测方法。最后，严格按照IEC 61508/61511标准，讲解了安全仪表系统（SIS）的风险评估、完整性等级（SIL）确定、硬件选型与功能安全设计，区分了SIS与基本过程控制系统（BPCS）的界限和相互关系。 --- 第四部分：系统集成、数据管理与工业物联网（IIoT） 本部分展望了控制系统在数字化转型中的发展方向，强调了数据价值的挖掘。 10. 制造执行系统（MES）与企业资源规划（ERP）的集成： 讲解了MES在连接DCS/PLC与上层管理系统中的桥梁作用。重点分析了ISA-95模型在信息集成中的应用，包括生产调度、质量管理、设备管理等功能模块如何与实时控制数据进行有效交互，实现车间到企业的透明化管理。 11. 工业物联网（IIoT）与边缘计算： 探讨了如何将传统控制系统与云计算、大数据技术结合。介绍了OPC UA作为现代工业数据交换标准的优势。着重分析了边缘计算在工业现场的应用场景，如数据预处理、快速本地决策以及对海量传感器数据的实时分析能力，以支持预测性维护（PdM）和设备健康管理（PHM）的实施。 12. 控制系统网络安全（Cybersecurity）： 在工业网络日益开放的背景下，本章对控制系统的网络安全进行了专项论述。内容包括威胁模型分析、DCS/PLC的网络加固技术、入侵检测系统（IDS）在工业网络中的部署，以及如何建立符合NIST网络安全框架的工业控制系统安全策略。 --- 本书特色： 理论与工程实践紧密结合： 每章节均配有大量来自实际工程案例的截图、参数设置示例和仿真结果分析。 面向复杂系统的设计思路： 强调多变量、强耦合、高约束条件下控制系统的设计与集成方法。 覆盖全生命周期： 从需求分析、系统选型、编程实现到运行优化和网络安全防护，提供一站式解决方案。