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出版者:电子工业出版社

作者:伍旦初 编

出品人:

页数:241

译者:

出版时间:2004-1

价格:20.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787505399822

丛书系列:

图书标签:

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工业控制系统设计与应用实务 第一章 绪论：现代工业的神经中枢 本章旨在为读者勾勒出工业控制系统的宏大图景及其在现代制造业中的核心地位。我们将从工业自动化的发展历程入手，梳理从继电器控制到可编程逻辑控制器（PLC）的演变脉络，再到当前以分布式控制系统（DCS）和现场总线技术为代表的集成化、智能化控制架构。 1.1 工业自动化的时代背景与发展趋势：探讨全球制造业对效率、精度和柔性化生产的迫切需求，分析工业4.0、信息物理系统（CPS）对传统控制理念带来的冲击与机遇。重点阐述智能制造中“数据驱动决策”的核心理念。 1.2 工业控制系统的基本构成与层次划分：系统性地介绍控制系统的金字塔结构，包括现场级（传感器、执行器）、控制级（PLC、RTU）、监控级（HMI、SCADA）以及管理级（MES、ERP）之间的信息流和控制流关系。明确各层级的功能定位与相互协作机制。 1.3 控制系统在关键行业中的应用概览：通过案例分析，展示控制系统在石油化工、电力能源、冶金、汽车制造及制药等不同行业中的特定需求和解决方案的差异性。例如，化工过程控制对安全联锁和连续精度的要求，与离散制造对快速响应和柔性切换的侧重。 第二章 可编程逻辑控制器（PLC）核心原理与选型 本章深入探讨工业控制系统的“心脏”——PLC的技术细节，为其后续的编程与应用打下坚实基础。 2.1 PLC的硬件结构与工作原理：详细解析CPU模块、输入/输出（I/O）模块、电源模块和通信模块的内部架构。重点讲解扫描周期、指令的读取、执行、刷新I/O的过程，以及中断处理机制。 2.2 常用PLC系列产品的特性对比与选型策略：对比西门子S7系列、罗克韦尔Logix系列、三菱FX系列等主流PLC的特点，从点数需求、处理速度、通信能力、可靠性要求等方面，指导读者制定科学的选型方案。 2.3 基础I/O配置与信号调优：讲解如何正确接入数字量（DI/DO）和模拟量（AI/AO）信号，包括隔离、滤波、限流等硬件保护措施。深入探讨模拟量信号的量程设定、线性化处理和死区补偿技术。 第三章 结构化控制语言与编程实践 本章聚焦于PLC的程序设计方法论，从基础逻辑到复杂功能实现的具体步骤。 3.1 IEC 61131-3标准与编程语言：全面介绍五种标准编程语言——梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）。分析每种语言的适用场景和编程风格。 3.2 顺序控制的设计与实现（SFC的应用）：重点讲解如何利用SFC对复杂的批次生产或启动/停止流程进行模块化、结构化的描述，确保流程的清晰性和可追溯性。 3.3 模拟量PID控制回路的设计与整定：详细阐述比例（P）、积分（I）、微分（D）三个控制环节的作用机理。教授Ziegler-Nichols法、接触法等经典PID整定方法，并介绍基于软件的自整定功能的使用。 3.4 故障诊断与程序调试技巧：传授高效的程序调试流程，包括在线监控、强制输入输出、断点设置等，以及如何利用PLC的诊断缓冲区快速定位硬件和软件错误。 第四章 工业通信网络与现场总线技术 现代控制系统的高度集成依赖于稳定可靠的工业通信网络。本章将系统介绍主流的工业通信协议。 4.1 工业以太网技术基础：讲解工业以太网与传统办公网络的区别，侧重于实时性（Determinism）和确定性（Predictability）的实现，如时间敏感网络（TSN）的初步概念。 4.2 经典现场总线协议剖析（Profibus/DeviceNet/CAN）：对比分析不同现场总线的物理层、数据链路层特点，及其在不同拓扑结构中的优势与局限。 4.3 工业以太网协议的深入研究（Profinet/EtherNet/IP）：重点解析基于TCP/IP或UDP/IP的实时工业协议，讲解如何配置设备、设置报文周期以及实现跨平台的数据交换。 4.4 OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture）在信息集成中的作用：阐述OPC UA作为信息模型和数据安全传输的桥梁，如何在控制层和信息层（MES/ERP）之间建立统一的通信标准。 第五章 人机界面（HMI）与数据可视化 本章关注如何通过直观的界面实现人与控制系统的有效交互。 5.1 HMI的设计原则与用户体验（UX）：探讨“少即是多”的设计理念，讲解色彩管理、报警信息的层次化设计，以及如何降低操作员的认知负荷。 5.2 常用HMI软件的功能模块应用：以主流HMI软件为例，演示如何进行变量绑定、图形对象创建、趋势图绘制和配方管理功能的设计。 5.3 报警管理系统（AMS）的设计与规范：依据ISA 18.2等国际标准，指导读者设计一套高效的报警管理系统，包括报警优先级划分、报警抑制逻辑和报警事件记录的有效策略。 第六章 监控与数据采集系统（SCADA）架构 SCADA系统是实现对多站点、大范围生产过程集中监控和管理的关键技术。 6.1 SCADA系统的结构组成与功能划分：解析SCADA系统中的主站（服务器/历史数据库）与远程终端单元（RTU/PLC）之间的通信架构。 6.2 历史数据管理与趋势分析：讲解数据库的选择（SQL Server/InfluxDB），数据采集的策略（轮询、事件驱动），以及如何利用历史数据进行性能分析和能耗优化。 6.3 远程监控与网络安全基础：探讨通过VPN或安全网关实现远程访问控制的必要性。初步引入工业控制系统网络安全（ICS Security）的基本概念，如访问控制列表（ACL）和纵深防御策略。 第七章 安全仪表系统（SIS）与功能安全 本章专门探讨保障工业生产安全的关键技术——功能安全。 7.1 功能安全标准概述（IEC 61508/61511）：详细解释功能安全的概念、风险评估流程（HAZOP/LOPA）以及如何确定安全完整性等级（SIL）。 7.2 安全仪表系统的架构与组件：区分基本过程控制系统（BPCS）与SIS的独立性要求。介绍安全栅、安全PLC（SIL-rated PLC）和安全I/O模块的选型和安装要求。 7.3 故障容错设计与验证：讲解冗余架构（1oo2, 2oo3）在SIS中的应用，以及如何进行定期的功能安全验证和生命周期管理。 第八章 工业物联网（IIoT）与边缘计算在控制中的应用 面向未来的控制系统，本章探讨如何利用新兴技术提升系统的智能化水平。 8.1 边缘计算在控制现场的优势：分析边缘计算（Edge Computing）如何解决云端通信的延迟问题，实现数据的预处理、本地分析和快速响应。 8.2 MQTT协议在轻量级数据传输中的应用：介绍MQTT协议的发布/订阅模式，以及它如何高效地将PLC数据安全地传输至云端或中间件平台。 8.3 预测性维护（PdM）的控制基础：结合传感器数据和历史运行数据，探讨如何构建初步的设备健康监测模型，并将预警信号反馈给控制系统，实现从定期维护向预测性维护的转变。

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关于软件和系统维护的部分，内容陈旧得让我感到非常困惑。这本书似乎停留在Windows 7甚至更早的时代，对Windows 10和Windows 11的系统特性、权限管理以及现代安全机制的介绍完全缺失。例如，如何利用系统自带的资源监视器进行深入的性能分析，如何处理现代U盘启动盘的UEFI和Legacy模式的兼容性问题，这些都是当下装机维护中绕不开的话题，但在这本书里几乎找不到详细的指导。我尝试寻找关于固件更新（如主板BIOS升级）的安全步骤，结果发现描述的方式非常老套，完全没有提及现在流行的Q-Flash Plus等无CPU操作更新方式。维护章节更像是对过去十几年常见故障的罗列，缺乏对新兴软件冲突、驱动程序版本兼容性问题的针对性分析。对于一个想跟上时代步伐的读者来说，这本书提供的维护知识点，实操价值已经大打折扣了。

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这本书的语言风格自始至终都保持着一种极度的学术化和疏离感，完全没有尝试去拉近与读者的距离。它更像是在向同行介绍知识体系，而不是教导一个需要逐步引导的门外汉。比如，书中对“超频”这个话题的讨论，仅仅停留在理论上介绍倍频器和电压调节的参数意义，却几乎没有提及现代主板BIOS中对应的图形化操作界面是如何实现的，更别提如何设置安全的内存XMP/EXPO配置文件了。对于一个希望通过阅读来提升自己动手能力和理解硬件潜能的爱好者来说，这种干巴巴的描述性文字是无法带来成就感的。整本书的阅读体验是“被动吸收”，而不是“主动探索”。我希望教程能带有强烈的互动性和引导性，多用比喻和类比来解释复杂的概念，但这本书在这方面做得极其保守和单调，读完后只留下了一堆术语，而没有形成一个融会贯通的知识体系框架。

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我买这本书的初衷是想系统学习一下如何从零开始搭建一台电脑，包括挑选合适的配件、理线技巧以及最关键的BIOS设置和驱动安装流程。然而，这本书在“组装”这个环节的处理上显得过于概念化了。它花了大量的篇幅去阐述计算机历史和冯·诺依曼结构这些基础理论，这些内容我通过网络上的科普文章早已了解得八九不离十，而且那些理论的深度也远不如我预期中的“实操教程”所需要的。真正到了动手操作的部分，比如如何正确安装CPU的保护盖、如何分辨内存条的插槽顺序（双通道配置）等关键细节，作者处理得非常轻描淡写，几句话就带过去了。图文配合极其不力，我对着书上的文字，心里直犯嘀咕：这到底应该先装风扇还是先插内存条？书里没有给出明确的、带有警告提示的步骤序列。购买一本教程，我最看重的是它的“可操作性”，这本书在这方面表现得相当欠缺，更像是一本理论参考书，而不是一本能让你撸起袖子干活的实战指南。

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我对其中关于故障排查的部分感到尤为失望。一篇好的维护教程应该提供一个清晰的“树状图”结构来引导读者定位问题，比如“开机黑屏”→“检查电源指示灯”→“主板是否点亮”等等。然而，这本书的排查章节更像是一个散乱的知识点集合，把各种可能的原因并列罗列，没有明确的优先级和诊断流程。比如，当遇到蓝屏错误代码时，这本书提供的解决方法通常是“重装系统”或“检查内存”，这是一种非常粗暴且低效的解决思路。真正有用的信息应该是如何通过分析Dump文件、检查事件查看器日志来精确定位导致崩溃的驱动或服务。这本书在这方面的深度挖掘完全不够，感觉作者对现代操作系统底层日志的利用是持保留态度的，导致整个故障排除部分流于表面，无法真正帮助读者解决那些非显而易见的疑难杂症。读完后，我感觉自己只是多了一些理论知识，但在面对实际硬件故障时，依然束手无策。

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这本书的封面设计，怎么说呢，一股浓浓的工业风扑面而来，厚实得像一本工具手册，而不是我期待的那种能激发学习热情的“教程”。我原本指望能看到一些更直观的图示，比如现代主板的布局和接口高清特写，或者至少是不同代CPU和内存条的并列对比。结果呢？大量偏灰的文字描述，像是直接从技术文档里抠出来的，读起来相当吃力。特别是讲解芯片组和南桥北桥功能划分的那几页，简直是灾难，没有一个像样的流程图或者架构示意图来辅助理解，全靠想象力去拼凑那个复杂的内部联系。对于初学者来说，这简直是劝退。我翻阅的时候，感觉就像是拿着一份过时的维修手册在研究，里面关于固态硬盘的介绍也显得非常滞后，对NVMe协议的提及寥寥无几，更别提什么PCIe通道的实际应用场景了。如果作者能花点心思在视觉呈现上，哪怕只是用更现代的排版和色彩，可能体验都会好上不少。现在的样子，实话说，非常枯燥，让人提不起劲去深究那些晦涩的技术名词。

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