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出版者:电子科技大学出版社

作者:王辉

出品人:

页数:241

译者:

出版时间:1999-5-1

价格:20.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810651417

丛书系列:

图书标签:

• 计算机控制
• 自动化
• 嵌入式系统
• 单片机
• PLC
• 控制理论
• 传感器
• 电机控制
• 工业控制
• 智能控制

《工业自动化系统设计与实现》 图书简介 导言：面向智能制造时代的工业脉络 在当今以工业4.0和智能制造为核心驱动力的时代背景下，对高效、可靠、灵活的自动化系统的需求达到了前所未有的高度。本书《工业自动化系统设计与实现》并非一本聚焦于单一控制理论或特定硬件平台的教材，而是一部全面、深入、强调实践操作的综合性工程手册。它旨在为工业控制领域的工程师、系统集成商以及高年级工科学生提供一套完整的、从需求分析到系统投运的知识框架和方法论，以应对现代复杂工业流程对自动化提出的严苛挑战。 本书的编写哲学是“理论指导实践，实践反哺理论”。我们深知，脱离实际工程场景的理论知识如同空中楼阁，而缺乏坚实理论支撑的工程实践则充满了不确定性。因此，全书结构紧密围绕一个典型的中大型工业自动化项目生命周期展开，确保每一章节的内容都具有清晰的工程应用指向性。 第一篇：自动化系统规划与需求工程 (奠定基石) 本篇是整个自动化项目成功的起点。成功的系统设计始于对用户需求的精准捕获和理解。 第一章：工业过程分析与建模： 深入探讨如何对一个待自动化的物理过程进行系统性的解构。内容包括但不限于：对生产流程的SOP（标准操作规程）进行详尽的流程图（如泳道图、UML活动图）绘制；识别关键的输入变量（传感器信号、操作员指令）和输出变量（执行器控制、显示反馈）；建立基础的物理模型，如质量、能量守恒方程在控制系统设计中的初步应用。重点讲解如何区分关键控制点（Critical Control Points, CCPs）和辅助监控点。 第二章：自动化级别划分与系统架构选择： 详细阐述ISA-95标准所定义的自动化金字塔结构（从现场设备层到企业管理层）。本书着重分析了层次间的数据流、控制逻辑的划分原则，以及如何根据项目预算、系统复杂度和可靠性要求，选择合适的分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）或基于PC的控制架构（PAC）。探讨了集中式与分散式控制策略的优劣对比及其在不同行业（如连续流程、离散制造）中的适用性。 第三章：信息安全与可靠性设计基础： 在万物互联的背景下，工业控制系统的安全防护至关重要。本章引入了基础的网络安全概念（CIA三元组），讲解了如何设计纵深防御体系，包括物理隔离、网络分段（DMZ设置）、访问控制列表（ACL）的配置原则。同时，对系统冗余设计进行了探讨，包括热备用、冷备用、I/O模块冗余、网络冗余（如环网拓扑）的选择与校验方法。 第二篇：核心控制技术与软硬件选型 (构建骨架) 本篇聚焦于实现自动化控制所依赖的核心技术平台与算法实现。 第四章：传感器与执行器技术深度剖析： 并非简单罗列传感器种类，而是深入探讨各种测量原理（如电磁感应、光电效应、超声波原理）在实际工况下的局限性。重点分析了变送器信号的调校、噪声抑制技术（滤波器的选择与应用），以及执行器（如调节阀、变频器、伺服电机）的动态特性对控制性能的影响。特别辟出一节讲解智能传感器（如基于现场总线的设备）的数据接口和配置流程。 第五章：工业现场总线与网络通信： 详尽对比了主流现场总线技术，如Profibus DP/PA、DeviceNet、CANopen、EtherCAT和Profinet IO。重点不在于语法描述，而在于其在实时性、数据带宽、抗干扰能力方面的工程权衡。提供了一套基于实际案例的现场总线选型决策矩阵，指导工程师如何根据控制周期和数据量选择最优通信介质和协议。 第六章：经典控制算法的工程实现： 系统回顾了PID控制，但侧重点在于参数的精确整定（Ziegler-Nichols法、接触法、基于模型的自整定）。此外，深入讲解了前馈控制、级联控制、比值控制等复杂控制策略在水处理、化工反应釜等典型场景中的应用模型构建与参数优化。通过对算法的数值稳定性分析，确保其在有限精度处理器上的可靠运行。 第三篇：人机界面与上位机集成 (交互窗口) 本篇关注人与机器的有效交互，以及数据的高效管理。 第七章：SCADA系统架构与HMI设计规范： 阐述了SCADA（数据采集与监视控制系统）的核心功能模块（数据采集、报警管理、历史趋势、配方管理）。在HMI（人机界面）设计上，严格遵循人机工程学原理，强调“少即是多”的原则，避免信息过载。内容涵盖了报警分级、颜色标准、图形符号的统一性设计，确保操作员在紧急情况下能快速做出正确判断。 第八章：数据库管理与历史数据分析： 工业过程数据的管理远超标准关系型数据库的应用。本章详细介绍了时间序列数据库（Time-Series DB）在工业数据存储中的优势。讲解如何设计高效的历史数据记录策略（事件触发、周期记录、趋势预测记录），以及如何利用这些数据进行OEE（设备综合效率）计算、能耗分析和性能基准测试。 第四篇：系统集成、调试与生命周期管理 (落地与维护) 本篇是连接设计蓝图与实际运行的桥梁，强调系统的完整性和长期维护性。 第九章：系统集成与调试方法论： 提出了一套结构化的系统调试流程：从单元测试（UUT）到单机测试（SIT），再到集成联调测试（FAT/SAT）。详细介绍了“自下而上”的调试顺序，包括I/O点表的核对、I/O回路的带载测试、控制逻辑的“冻结”测试以及异常情况下的故障注入测试。特别强调了模拟系统（Simulation Environment）在调试中的重要性。 第十-十章：文档编制与工程维护： 强调高质量的工程文档是系统维护的基础。本书提供了详尽的文档清单，包括设计规范说明书、硬件选型清单（BOM）、I/O点表、接线图、PLC程序结构图和详细的维护手册。最后，讨论了系统的远程诊断、预防性维护计划（基于磨损率和运行小时数）的制定，以及如何进行控制系统的版本迭代与升级管理。 结语 《工业自动化系统设计与实现》力求成为工程师案头的常备工具书，通过严谨的工程逻辑和丰富的实践案例，引导读者从“会编程”跨越到“会设计”，真正掌握现代工业自动化系统的全景视野和核心设计能力。全书内容覆盖广度与深度兼具，是理解和实践先进自动化技术的必备读物。

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这本书的封面设计简直是一场视觉的灾难，那种老式的、灰蒙蒙的蓝色背景配上硬邦邦的衬线字体，让我想起上世纪八十年代那种充斥着过时理论的教材。我原本对“控制技术”这个主题抱有很高的期待，希望看到一些关于现代系统集成、物联网传感器应用或者至少是面向对象编程在控制算法中的新颖实践。然而，翻开目录，映入眼帘的却是大篇幅的拉普拉斯变换、传递函数和频域分析，这些内容固然是基础，但编排得极其枯燥乏味，仿佛是直接从一本几十年前的教科书上扫描下来，连排版都没有做任何优化。更令人沮丧的是，书中对实际工程案例的介绍少得可怜，即便有，也都是些对普通直流电机或简单的液位控制系统的描述，完全无法激发起一个渴望了解前沿自动化技术的读者的兴趣。我甚至怀疑作者是否接触过现代的PLC编程环境，或者对嵌入式系统的实时性要求有所了解。这本书更像是一份博物馆展品，而非指导当代工程师的实用手册。它沉浸在经典的、理论的象牙塔中，与正在飞速发展的工业4.0时代脱节得太远了。对于初学者来说，它可能提供了一些基础的数学工具，但对于任何想将理论付诸实践的人而言，它提供的指导几乎是零。

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这本书的价值，如果非要找一个的话，或许只能作为历史文献来审视。它详尽地描述了上世纪中叶到末期控制理论的“经典范式”，对于想要追溯控制理论发展脉络的研究者来说，或许具有一定的参考意义。然而，作为一本面向当前或未来工程师的教材或参考书，它的时效性和实用性几乎为零。书中对现代计算工具的依赖程度几乎为负数，这在今天这个一切皆数字化的时代是不可想象的。任何试图通过这本书来掌握现代控制系统设计，比如自适应控制、模糊逻辑控制或者基于模型预测控制（MPC）的读者，都将发现自己处于信息茧房之中，被困在了过于简化的数学模型和过时的分析工具里。我花了时间和金钱购买它，期望能获得前沿知识的输入，但最终收获的却是一次对过去理论的缓慢且痛苦的重温，这种体验对于追求效率和实用性的现代技术人员来说，是难以接受的。我强烈建议，如果目标是掌握现代工业自动化和智能控制，应该寻找那些紧密结合现代计算平台和新兴应用场景的著作。

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我花了整整一个下午的时间，试图从中找到一些关于现代数字信号处理在反馈回路设计中的应用，结果除了几个极其简化的离散时间模型推导外，几乎找不到任何有价值的篇幅。作者似乎对非线性控制和鲁棒控制等现代控制理论的突破性进展视而不见，通篇充斥着对线性时不变系统的过度迷恋。阅读体验极其碎片化，作者的叙述逻辑像是一系列散落的知识点堆砌而成，缺乏一个清晰、有机的知识脉络来串联这些复杂的数学工具。举个例子，当讲到系统辨识时，它只是简单地提及了最小二乘法，却完全没有深入探讨在存在大量噪声和模型不确定性时，如何选择合适的辨识算法，或者如何评估模型的泛化能力。这让我不禁怀疑，作者是否真的理解，在真实的工业环境中，模型的不确定性和外部干扰才是最大的挑战。这本书在介绍PID控制器时，也仅仅停留在“调参”的层面，对于如何利用现代软件工具（比如MATLAB/Simulink的高级功能或者Python的控制库）进行系统仿真和优化，只是一笔带过，深度远不如网上那些免费的博客文章。它让人感觉像是在阅读一份过时的工程规范，而不是一本启发思考的技术专著。

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这本书的习题设计水平，只能用“敷衍了事”来形容。它们大多是直接套用课本例题的数字变形，要求读者进行机械性的计算，几乎不包含任何需要创新性思维或系统级集成的设计任务。我期望能看到一些需要结合传感器数据处理、通信协议约束或者多输入多输出（MIMO）系统协调控制的综合性问题，但这些在这本书里完全是稀缺资源。例如，书中没有一个关于如何设计一个能够实时补偿通信延迟的预测控制器的案例分析，这在如今的分布式控制系统中是至关重要的。更严重的是，书中对于如何使用现代仿真软件进行建模和验证的指导缺失，使得读者即便通过了习题的计算，也缺乏将这些数学模型转化为实际可运行代码或硬件配置的能力。学习控制技术，最终目的在于实现对物理世界的精确干预，而这本书似乎只关注了纸面上的代数推导，完全忽略了工程实现中至关重要的软硬件接口和软件实现细节。读完一个章节，除了脑子里塞满了复杂的公式外，手上却没有任何可以实际操作的蓝图或代码片段，这种失落感非常强烈。

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从排版和印刷质量来看，这本书似乎也经受不起现代出版标准的检验。字体大小不一，公式的行间距处理得非常糟糕，很多复杂的矩阵运算看起来拥挤不堪，极大地增加了阅读的难度和出错的概率。更令人困惑的是，一些关键定义和定理的表述显得含糊不清，仿佛作者在撰写时，自身的理解就存在一定的模糊地带。例如，在介绍状态空间表示法时，对可控性和可观测性的定义只是机械地罗列了判据，却未能提供直观的物理意义解释，这使得初学者很难建立起对系统内在结构和设计自由度的深刻理解。对于一本号称是“技术”的书籍来说，清晰、准确的表达是最低要求，而这本书在这方面表现得非常不尽人意。我不得不频繁地在其他更权威的资料中交叉验证那些模糊不清的表述，这无疑大大降低了我的学习效率。这本书的物理呈现，与它试图传达的“精确”和“严谨”的控制科学精神形成了巨大的反差。

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