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出版者:Mcgraw-Hill

作者:Joseph Di Giacomo

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:0

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isbn号码:9780070169234

丛书系列:

图书标签:

• Digital Bus
• Communication Protocol
• Embedded Systems
• Data Transmission
• Electronics
• Computer Engineering
• Digital Design
• Networking
• Hardware
• Interface

工业自动化与控制系统：迈向智能制造的基石 本书聚焦于现代工业自动化和控制系统的核心原理、设计、实施与维护，全面阐述了从传统机电控制到基于信息物理系统（CPS）的智能制造转型中的关键技术和工程实践。 第一部分：工业控制系统基础与架构 本部分将奠定读者对现代工业控制系统的整体认知框架。首先，深入剖析了工业控制的演进历史，对比了继电器控制、可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）和现场总线技术之间的技术差异与应用场景。重点讲解了控制系统的基本组成要素，包括传感器/执行器、人机界面（HMI）、控制器以及监督控制与数据采集（SCADA）系统。 详细介绍了传感器和变送器的选型、安装与校准，涵盖了温度、压力、流量、液位等过程变量的测量技术，并探讨了先进传感器如智能传感器和基于MEMS技术的微型传感器的应用潜力。执行器部分，深入分析了各类电机驱动（如步进电机、伺服电机、变频器）的工作原理、选型标准及其在精确运动控制中的作用。 控制理论基础部分，虽然不深入复杂的数学推导，但着重于工程应用。阐述了PID（比例-积分-微分）控制器的设计、整定（如Ziegler-Nichols法、增量法）及其在过程控制中的优化策略。此外，还介绍了先进控制方法在复杂系统中的应用，如级联控制、前馈控制和模糊控制的基本概念，旨在帮助工程师理解何时需要超越基础PID控制。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）的深度应用与编程实践 PLC作为现代工业自动化的中坚力量，在本部分占据核心地位。我们从PLC的硬件选型开始，详细比较了不同厂商（如西门子、罗克韦尔、三菱等）的主流产品系列，包括其I/O模块的配置、通信接口和冗余设计。 编程方面，本书严格遵循IEC 61131-3国际标准，系统讲解了五种主要编程语言的应用。梯形图（LD）的逻辑构建与故障排除；指令表（IL）在特定条件下的高效应用；结构化文本（ST）在复杂算法实现中的优势；功能块图（FBD）在模块化设计中的作用；以及顺序功能图（SFC）在批处理和状态机控制中的应用。重点强调了如何编写高效、可读性强且易于维护的控制程序，包括变量命名规范、程序结构化和错误处理机制的植入。 针对实时性和可靠性要求，深入探讨了PLC的安全冗余设计（硬件冗余与软件冗余），以及故障诊断和排除（Troubleshooting）的系统化方法，包括使用在线调试工具和逻辑分析仪的技巧。 第三部分：工业网络与现场总线技术 工业通信是连接所有自动化组件的神经系统。本部分详尽剖析了各类工业通信协议及其在不同层级中的部署策略。 首先，详细阐述了传统的串行通信协议（如RS-232/485）及其在点对点通信中的局限性。随后，重点分析了主流的现场总线技术，包括PROFIBUS（DP/PA）、CANopen、DeviceNet和Modbus系列（RTU/TCP）。讨论了它们在实时性、数据量和拓扑结构上的权衡。 进入现代高速工业以太网时代，本书对PROFINET、EtherNet/IP和EtherCAT进行了深入对比。特别关注了时间敏感网络（TSN）技术在实现确定性工业通信方面的突破，及其对未来工业物联网（IIoT）的影响。网络安全在工业控制系统（ICS）中的重要性被提升到前所未有的高度，因此，本部分专门辟出一章，讲解了IEC 62443标准框架下的ICS安全策略、网络分段、入侵检测和安全审计的最佳实践。 第四部分：过程控制与DCS系统 本部分面向化工、石油、电力等流程工业。详细介绍了过程控制的特性，如大惯量、长纯时间延迟和非线性等对控制系统提出的特殊挑战。 分布式控制系统（DCS）的架构被全面解析，包括其分层结构（现场层、控制层、监视层和操作层）、数据库管理和高级过程控制（APC）的应用。强调了DCS在处理大规模、高可靠性需求项目中的集成优势。 批处理控制是流程工业的重要组成部分，本书依据ISA-88标准，详细讲解了配方管理、过程命令和操作阶段的编程逻辑，指导工程师如何构建灵活且可重用的批处理控制解决方案。 第五部分：工业物联网（IIoT）与智能制造的前沿技术 展望未来，本部分探讨了新兴技术如何重塑自动化领域。工业物联网（IIoT）的架构、边缘计算（Edge Computing）在数据预处理和实时决策中的作用，以及云计算在数据存储和大数据分析中的应用被系统阐述。 数据采集与分析是实现智能化的关键。本书介绍了OPC UA协议作为跨平台、安全数据交换的标准所扮演的关键角色。此外，还探讨了如何利用历史数据库（Historian）和先进的工业分析工具，从海量的操作数据中提取洞察力，实现预测性维护（PdM）、设备健康管理（PHM）和能源优化。 虚拟化和数字孪生（Digital Twin）的概念在本部分被清晰界定，并阐述了如何利用这些技术进行离线仿真、系统验证和操作员培训，从而大幅缩短工程周期并降低现场调试风险。 本书特色： 本书旨在成为一本结合理论深度与工程实践的综合性手册。它不依赖于任何单一供应商的特定软件或硬件环境，而是聚焦于跨平台的通用工程原理和标准。通过大量的实际案例分析（脱离具体产品线的案例），帮助读者建立起坚实的自动化知识体系，为应对未来工业4.0和智能制造的挑战做好准备。内容组织逻辑清晰，从底层元件到顶层架构，层层递进，确保读者能够全面掌握现代工业控制系统的设计、实施与优化所需的全部关键知识。

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