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出版者:中国电力出版社

作者:张永飞 编

出品人:

页数:253

译者:

出版时间:2004-1

价格:23.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508315348

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 电气控制
• 技术
• 应用
• 编程
• 传感器
• 执行器
• 控制系统

《现代工业控制系统集成与优化》 书籍概述 本书旨在系统阐述现代工业控制系统的架构、关键技术、集成方法以及优化策略。它深入探讨了从底层传感器、执行器到中层控制器（PLC、DCS）和上层制造执行系统（MES）的完整技术链条，并重点关注如何实现这些异构系统的无缝集成与高效协同，以应对当前智能制造对控制系统提出的更高要求。本书不仅涵盖了传统控制理论在工业实践中的应用，更引入了工业物联网（IIoT）、云计算、大数据分析在过程控制与优化中的前沿实践。 第一部分：工业控制系统基础架构与元件解析 本部分从构建现代工业控制系统的基石出发，对构成系统的核心硬件和软件进行了详尽的剖析。 第一章：工业网络与通信协议的演进 本章首先回顾了工业通信的历史脉络，从早期的串行通信到现场总线技术（如Profibus、DeviceNet）的广泛应用。随后，重点解析了现代工业以太网协议的兴起，如Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP等，分析其在实时性、带宽和互操作性方面的优势与挑战。特别地，本书深入探讨了TSN（时间敏感网络）技术在确保确定性通信、满足高精度同步控制需求中的关键作用，以及OPC UA作为跨平台、面向服务的架构在数据采集与信息模型构建中的核心地位。本章强调了不同通信层级（控制层、监控层、信息层）间的协议转换与数据映射技术。 第二章：传感器、执行器与现场数据采集 本章详细介绍了各类工业传感器和执行器的选型、工作原理及其在恶劣工业环境中的可靠性考量。内容涵盖了从基础的温度、压力、流量测量技术，到先进的视觉检测、激光测距、力矩传感器的应用案例。关于数据采集，本书侧重于智能传感器的发展，即集成边缘计算能力的传感器如何直接进行初步数据预处理和诊断，减少主控制器的数据负担。执行器部分则聚焦于伺服驱动技术、变频器的高级控制算法（如矢量控制、无传感器控制），以及关键安全仪表系统的选型与验证标准（SIL等级）。 第三章：分布式控制系统（DCS）与监督控制（SCADA）的深入理解 DCS部分不再停留在基础结构介绍，而是聚焦于现代DCS平台在大型、复杂流程工业（如化工、电力）中的优化策略。内容包括其多级容错机制、基于模型的先进控制（MPC）模块集成，以及系统生命周期管理中的配置维护与升级。对于SCADA系统，本章阐述了其在区域监控、数据集中和操作员指导中的核心价值，探讨如何利用地理信息系统（GIS）和可视化技术，提升对大规模、分散式资产（如管网、电力系统）的管理效率和应急响应能力。 第二部分：系统集成与互操作性技术 成功的工业控制依赖于不同层级、不同厂商设备间的数据无缝流通。本部分聚焦于实现这一目标的具体技术路径。 第四章：数据模型与信息语义化 本章认为，系统集成的核心障碍在于语义的鸿沟。因此，本书深入讲解了信息建模的重要性，包括使用ECLASS、IEC 61360/61366等标准来定义设备的功能和参数。重点引入了工业语义互操作性框架，分析了Asset Administration Shell (AAS) 作为数字孪生体信息载体的潜力，以及如何利用本体论（Ontology）技术来描述复杂设备的功能关系，从而实现机器对机器的真正理解，而非仅仅是数据的传输。 第五章：中中层信息集成：MES与控制系统的桥接 本章聚焦于制造执行系统（MES）与底层控制系统（SCADA/PLC）的集成挑战与解决方案。内容涵盖了ISA-95 标准在集成架构中的应用，特别是如何有效地映射生产订单、批次数据、质量追溯信息与实时控制变量。本书详细介绍了基于微服务架构的集成中间件开发，用以解耦上层业务逻辑与底层控制逻辑，实现快速、柔性的数据交换和业务流程调整。 第六章：基于云平台与边缘计算的控制架构 本章探讨了工业控制的云边协同趋势。边缘侧的重点在于低延迟的本地控制、数据预处理与模型推理。本书剖析了如何使用Docker/Kubernetes等容器技术在边缘设备上部署轻量级控制应用和诊断工具。云平台部分则侧重于大规模数据存储、离线模型训练、远程资产健康监控与诊断。关键在于讨论如何在确保控制实时性的前提下，实现安全、合规的数据上云策略。 第三部分：高级控制策略与系统优化 本部分将焦点从系统架构转向提升控制性能和系统效率的先进方法论。 第七章：面向过程优化的先进控制技术 本书超越了传统的PID控制，深入讲解了模型预测控制（MPC） 在多变量、强耦合系统中的应用案例与在线辨识技术。针对间歇（批次）过程，本书详细介绍了批次过程控制（Batch Control） 的标准（如ISA-88）及其在软件实现中的模块化策略。此外，还讨论了如何将模糊逻辑和神经网络技术融入到传统控制回路中，以应对非线性和参数时变的工况。 第八章：工业系统可靠性、安全与冗余设计 本章系统性地阐述了工业控制系统的可靠性工程。内容包括故障树分析（FTA） 和事件树分析（ETA） 在系统设计阶段的应用。冗余策略的讨论涵盖了硬件冗余（CPU、网络、电源）的配置、热备份（Hot Standby）机制的实现与切换时间评估。在信息安全方面，本书依据IEC 62443 标准框架，从网络分段（Zoning & Conduiting）、资产分类、安全策略实施到事件响应流程，提供了全面的安全加固指南，特别强调了OT网络与IT网络的隔离与深度防御策略。 第九章：数字化运维与预测性维护 本章将控制系统与运营维护（O&M）相结合。首先介绍了工业大数据的采集、清洗与特征工程方法。其次，详细阐述了基于机器学习的设备健康监测（PHM）技术，包括振动分析、电流指纹识别在电机、泵类设备上的应用。本书的核心在于构建状态基线，设计合理的阈值预警模型，以及将预测性维护的输出（如剩余使用寿命RUL）如何反馈到控制系统，实现动态调度和预防性停机，从而最大化设备综合效率（OEE）。 总结与展望 本书最后总结了当前工业控制技术面临的挑战，特别是面向更高灵活度、更高能效比和更强网络安全韧性的需求。展望部分探讨了量子计算、AI驱动的自主优化控制系统（Self-Optimizing Control）的潜在影响，为读者指明了未来工业控制技术的发展方向。本书适合于控制工程、自动化、电气工程、软件工程专业的高年级本科生、研究生以及致力于工业系统集成、项目实施和运维优化的工程技术人员参考阅读。

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初次接触这本书时，我主要被它**逻辑清晰的结构**所吸引。它不像市面上很多技术书籍那样堆砌概念，而是采用了一种循序渐进的教学方法。开篇对不同品牌PLC（如西门子、三菱、AB等）的**硬件选型和架构差异**进行了概述，帮助读者建立宏观概念。随后，它将重点放在了**编程语言的多样性**上，详细比较了梯形图（LD）、指令表（STL）、功能块图（FBD）和结构化文本（ST）的优缺点及适用场景。我特别欣赏作者在讲解**复杂程序结构设计**时所采用的模块化思维。书中倡导将大型项目拆分成独立、可测试的功能模块，这对于维护和未来扩展至关重要。我尝试按照书中的建议重构了一个遗留项目中的冗余程序，结果发现不仅调试效率提高了三成，后续新增功能时的代码冲突也大大减少了。此外，书中关于**安全PLC（Safety PLC）**基础概念的介绍也十分到位，尽管没有深入到特定厂商的安全认证细节，但为初学者构建了必要的安全概念框架，避免了未来在涉及安全等级要求时走弯路。这本书更像是一位经验丰富的老工程师在手把手教你如何写出“健壮”和“可维护”的程序。

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这本书在我工具箱里扮演了一个**故障诊断“百科全书”**的角色。在实际维护工作中，我们经常会遇到一些“幽灵般”的故障——时有时无，难以重现。这本书在**故障排查方法论**方面的论述极具条理。它提供了一套系统化的诊断流程，从最基础的电源检查、I/O状态验证，到复杂的程序逻辑交叉验证，再到通信层面的时序分析，都有详细的步骤指导。特别是书中关于**模拟量信号漂移**和**瞬时干扰对数字量输入影响**的分析章节，提供了很多教科书中不会涉及的实战技巧，例如如何通过特定的程序结构来过滤掉这些噪声。我曾利用书中的方法，成功诊断了一起因接地不良导致的周期性设备停机问题。此外，书中还包含了对**软件版本兼容性**和**固件升级风险**的讨论，这在项目维护和生命周期管理中是至关重要的安全提醒。总而言之，这本书不仅仅是教你如何“写”程序，更重要的是教你如何“保护”和“修复”正在运行的系统，是真正的生产力工具。

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这本关于可编程控制器应用技术的书籍，对我这个刚入门的工程师来说，简直是打开了一扇新世界的大门。我原本对PLC的了解仅限于教科书上的基础理论，对于实际项目中的复杂逻辑和故障排查更是束手无策。这本书的**实战性**远超我的预期。它不仅仅罗列了指令集，更是深入剖析了不同行业（比如化工、机械制造、水处理）中PLC的典型应用案例。最让我惊喜的是，书中对**Modbus、Profibus等现场总线通信协议**的讲解，图文并茂，配有大量的接线图和通信配置步骤截图，这比我之前看的任何资料都要直观易懂。我记得有一次项目调试遇到设备间数据无法正确交换的问题，翻阅此书后，对照书中的诊断流程，我很快定位到了报文格式错误的关键点，成功解决了困扰团队好几天的难题。书中的代码示例都非常精炼且贴合实际，特别是关于**PID算法在温度控制回路中**的应用章节，作者用了非常清晰的流程图来解释参数整定和自整定的原理，让我对这种经典控制算法有了更深刻的理解。这本书的价值在于，它将理论知识与工程实践完美地结合在了一起，是每一个想从“会编程”迈向“会应用”的自动化从业者的案头必备参考书。

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作为一名资深系统集成商，我最看重技术手册的**深度和前沿性**。这本书在基础介绍上做得不错，但真正让我眼前一亮的是它对**工业物联网（IIoT）与PLC集成**这一新兴领域的探讨。书中专门辟出章节详细介绍了如何利用OPC UA协议将PLC数据安全地上传至云端服务器进行数据分析和远程监控。虽然技术发展日新月异，但这本书提供的**基础通信架构和数据结构定义**仍具有极强的指导意义。作者没有停留在基础的串行通信层面，而是直接切入了现代工业数据交换的核心技术。另外，书中对**运动控制**的讲解也相当深入，特别是对于**多轴同步控制和电子凸轮**的编程实现，提供了详尽的数学模型和实际代码段。这部分内容对于从事精密设备制造领域的工程师来说，价值难以估量。阅读完这部分内容，我立刻组织团队对正在开发的一条高速包装线进行了技术升级，显著提升了产品定位的精度和运行的平稳性。这本书无疑是为那些期望将自动化系统升级换代的工程师准备的“进阶指南”。

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坦白说，我一直觉得很多技术书籍读起来枯燥乏味，充满了晦涩难懂的术语，让人提不起兴趣。然而，这本关于可编程控制器的应用技术书籍，在**易读性和趣味性**上做到了很好的平衡。作者似乎很了解读者的痛点，总能在关键知识点穿插一些**业界流传的小技巧和“坑点”**。比如，书中提到在某些老式PLC中，如果不注意扫描周期和中断程序的优先级，可能导致关键时间事件丢失的现象，这种“过来人”的经验分享，比单纯的理论陈述要生动得多。它的排版也十分友好，大量的**伪代码注释**和**关键概念的高亮**设计，使得即使在疲劳状态下翻阅，也能迅速抓住重点。我发现自己不再需要反复查阅网络论坛来验证一些操作的最佳实践，因为书中已经汇总了大量的工程经验。对于自学爱好者而言，这本书无疑降低了PLC学习曲线的陡峭程度，让人感觉学习过程是可控且充满乐趣的，而不是一场与复杂文档的搏斗。

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