具体描述
本书全面地介绍了冶金工业自动化的基本知识、体系结构、检测仪表、控制系统及安装调试等。主要内容包括：生产工艺和系统结构，冶金工业自动控制系统和生产过程自动化、专用仪表、管理自动化和大规模计算机系统安装与调试以及自动控制系统的整定等。
本书内容丰富，覆盖面广，重点突出，联系实际，叙述深入浅出，可读性强。不仅是自动化系统工程师资格认证培训和考试的指定参考书，也可供冶金行业的其他工程技术和管理人员自学或作为大专院校有关专业的教学参考资料。
《现代工业流程控制系统集成与优化》 一、 引言：工业自动化浪潮中的新篇章 在信息技术飞速发展和全球制造业深度转型的时代背景下，工业自动化已不再是简单的设备替代，而是演进为涵盖设计、生产、管理、服务全链条的智能化、集成化、网络化系统工程。本书《现代工业流程控制系统集成与优化》正是顺应这一时代潮流，深入探讨了当前工业自动化领域最前沿、最核心的技术理念与实践方法。它不仅仅是理论的梳理，更是对复杂工业场景下，如何构建高效、柔性、经济的自动化控制系统，并对其进行持续优化以实现卓越运营的深度解析。 本书的目标读者涵盖了工业自动化工程师、系统集成商、生产管理者、研发人员，以及对现代工业技术感兴趣的在校学生和技术爱好者。我们力求以一种清晰、系统、深入浅出的方式，引导读者全面理解工业自动化控制系统的构成要素、集成策略、优化途径以及未来发展趋势。 二、 第一部分：工业流程控制系统的基石——理论与架构 第一章：工业自动化控制理论回顾与发展 本章将对工业自动化控制的基础理论进行回顾，包括反馈控制、前馈控制、级联控制、串级控制等经典控制策略的原理与应用场景。在此基础上，重点阐述现代控制理论的发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、模型预测控制（MPC）等先进控制技术在复杂工业过程中的优势。我们将深入分析这些控制算法如何处理非线性、时变、耦合性强的工业过程，以及它们在提高产品质量、降低能耗、保障安全生产方面的巨大潜力。 第二章：分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）的演进 详细介绍当前工业自动化领域两大核心硬件平台——DCS和PLC的发展历程、技术特点、架构设计及其在不同应用场景下的优势互补。我们将对比分析DCS在大型复杂流程控制中的集中管理与集成能力，以及PLC在离散制造、设备自动化方面的灵活性和成本效益。重点会放在新一代DCS和PLC在网络化、智能化、数据融合方面的革新，例如冗余设计、通信协议（如OPC UA、EtherNet/IP）的应用、集成开发环境（IDE）的优化等，为读者构建对现代工业控制硬件的全面认知。 第三章：工业现场总线与通信技术 本章深入探讨支撑工业自动化系统运行的“神经系统”——现场总线和工业以太网技术。我们将详细介绍CAN总线、PROFIBUS、Foundation Fieldbus、EtherCAT、Profinet等主流工业通信协议的原理、特点、适用范围以及优劣势。重点关注工业以太网在数据传输带宽、实时性、可靠性以及网络安全方面的提升，以及 TSN（时间敏感网络）等新技术如何进一步满足高精度、低延迟的工业应用需求。理解这些通信技术是实现系统互联互通、数据高效采集与传输的关键。 第四章：传感器与执行器技术在自动化中的应用 传感器是工业自动化的“眼睛”和“耳朵”，执行器则是“手脚”。本章将对各类先进传感器（如激光、视觉、超声波、力觉、温度、压力、流量等）和执行器（如伺服电机、步进电机、液压、气动元件等）在工业自动化中的应用进行详尽阐述。我们将关注传感器的精度、响应速度、抗干扰能力以及智能传感器的发展，例如集成数据处理和通信功能的传感器。同时，也将探讨执行器的性能提升，如高精度、高响应速度、低能耗伺服系统，以及它们如何与控制系统协同工作，实现精准的物理过程调控。 三、 第二部分：系统集成——构建高效协同的自动化蓝图 第五章：工业信息模型与标准化 本章强调构建统一的工业信息模型对于系统集成的基础性作用。我们将探讨如何利用OPC UA、ISA-95等工业信息标准，建立不同设备、不同系统之间共享和交换数据的通用语言。重点分析信息模型在跨厂商设备互联、数据集成、系统升级和维护中的重要性，以及如何通过标准化实现工业数据的有序化和可追溯性，为上层应用提供高质量的数据基础。 第六章：MES（制造执行系统）与ERP（企业资源计划）的集成策略 深入剖析MES和ERP系统在现代工业自动化架构中的关键地位，以及它们之间高效集成的必要性。我们将详细探讨MES在生产过程执行、物料追踪、质量管理、设备维护等方面的功能，以及ERP在订单管理、库存控制、财务管理等宏观层面的作用。重点在于如何通过无缝集成，实现从企业管理层到车间执行层的端到端信息流，打通生产与管理的“信息孤岛”，实现生产计划的精准执行和资源的最优配置。 第七章：SCADA（监控与数据采集）系统的高级应用 本章将聚焦SCADA系统在工业自动化中的深化应用。我们将探讨SCADA系统如何通过强大的数据采集、实时监控、报警管理、历史数据存储和可视化展示功能，为操作人员提供清晰直观的生产全景视图。重点将放在SCADA系统的可视化设计、人机交互（HMI）的优化、与MES/ERP系统的联动，以及其在远程监控、诊断与维护方面的能力拓展。 第八章：工业物联网（IIoT）与云平台在系统集成中的角色 随着物联网技术的成熟，IIoT正深刻改变着工业自动化系统的集成方式。本章将详细介绍IIoT的核心概念，包括连接性、数据采集、边缘计算和云平台。重点阐述如何利用IIoT技术将海量生产设备互联，实现数据的实时采集与传输，并通过云平台进行集中存储、分析与管理。我们将探讨云平台如何赋能设备远程监控、预测性维护、性能优化以及开发新的工业应用，为工业4.0和智能制造奠定坚实基础。 四、 第三部分：系统优化——追求卓越运营的永恒主题 第九章：生产过程的建模与仿真 本章强调通过建立精确的生产过程模型，并借助仿真技术进行系统性能评估与优化。我们将介绍数学建模、离散事件仿真、连续系统仿真等方法，以及如何利用仿真软件（如MATLAB/Simulink, Arena, AnyLogic等）对生产流程、控制策略、设备布局等进行虚拟验证。通过仿真，可以在不影响实际生产的情况下，提前发现潜在问题，测试优化方案，从而降低试错成本，提高系统设计和改造的成功率。 第十章：数据分析与智能决策支持 海量生产数据是优化系统的宝贵资源。本章将深入探讨如何利用数据分析技术，从采集到的生产数据中挖掘有价值的信息。我们将介绍统计分析、机器学习、人工智能等方法在异常检测、故障诊断、性能预测、工艺参数优化等方面的应用。重点将放在如何构建智能决策支持系统，将数据分析结果转化为可操作的建议，辅助管理者做出更科学、更及时的决策。 第十一章：预测性维护与设备健康管理 传统的“坏了再修”的维护模式已无法满足现代工业对生产连续性和可靠性的要求。本章将重点介绍预测性维护（PdM）的理念与技术。我们将探讨如何通过传感器数据、运行状态监测和智能算法，提前预测设备可能发生的故障，并据此制定主动的维护计划。这将显著减少意外停机时间，降低维护成本，并延长设备使用寿命，实现设备的健康管理。 第十二章：能源效率优化与可持续制造 在当前能源紧缺和环保压力增大的背景下，工业过程的能源效率优化成为系统优化的重要方向。本章将探讨如何在自动化控制系统中融入能源管理策略。我们将介绍如何通过实时监测能源消耗，识别能源浪费环节，并应用先进的控制技术和优化算法，实现生产过程的节能降耗。同时，也将关注如何通过自动化技术提升资源利用率，推动绿色制造和可持续发展。 五、 第四部分：前沿探索与未来展望 第十三章：数字孪生在工业自动化中的应用 数字孪生作为物理世界在数字空间的映射，为工业自动化带来了革命性的变革。本章将深入探讨数字孪生的构建原理、技术要素以及在工业自动化中的应用。我们将阐述数字孪生如何实现对物理系统的实时监测、模拟、预测和优化，以及它在虚拟调试、远程操作、故障诊断、产品生命周期管理等方面的巨大潜力。 第十四章：人工智能与机器学习在控制系统中的融合 人工智能（AI）与机器学习（ML）正在以前所未有的速度渗透到工业自动化领域。本章将聚焦AI/ML技术如何进一步提升工业自动化控制系统的智能化水平。我们将探讨机器学习在自主学习、自适应调整、复杂模式识别、智能调度等方面的应用，以及如何构建能够自我优化、自我修复的智能控制系统。 第十五章：网络安全与工业控制系统保护 随着工业系统的高度互联化，网络安全已成为工业自动化的关键挑战。本章将详细阐述工业控制系统（ICS）面临的网络安全威胁，并介绍相应的防护策略和技术。我们将关注网络隔离、访问控制、加密技术、入侵检测与防御系统（IDPS）等，以及如何建立健全的网络安全管理体系，保障工业生产的安全稳定运行。 第十六章：未来工业自动化发展趋势展望 本章将对未来工业自动化的发展趋势进行前瞻性展望。我们将探讨柔性制造、协同机器人、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）在工业场景的应用、基于模型的系统工程（MBSE）等新兴技术如何进一步推动工业自动化向更智能、更灵活、更可持续的方向发展。 六、 结语 《现代工业流程控制系统集成与优化》旨在为读者提供一个全面、深入、前瞻性的视角，帮助您理解和掌握现代工业自动化控制系统的核心技术和实践方法。我们相信，通过本书的学习，您将能够更有效地设计、实施、维护和优化工业自动化系统，为企业提升竞争力、实现卓越运营贡献力量。
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