具体描述
《现代工业控制系统设计与应用》 本书聚焦于现代工业控制系统的核心技术、架构设计、软硬件选型及实际工程应用，旨在为读者提供一个全面、深入且贴合产业需求的知识体系。 本书内容不涉及计算机软件技术基础教程中的任何理论或实践内容，而是完全专注于工业自动化领域的前沿技术与实践。 --- 第一部分：工业控制系统基础理论与发展脉络 第一章：工业控制系统的演进与未来趋势 本章首先回顾了工业控制系统的发展历程，从早期的继电器控制、PLC（可编程逻辑控制器）的引入，到分布式控制系统（DCS）的成熟，再到目前以信息物理系统（CPS）和工业互联网（IIoT）为核心的新一代控制范式。重点分析了工业4.0和智能制造对控制系统提出的新要求，如实时性、柔性、互联互通性和数据驱动决策能力。阐述了控制系统在能源、化工、汽车制造、高端装备等关键行业中的战略地位。 第二章：控制系统架构的层次化模型 详细剖析了国际标准（如ISA-95/IEC 62264）定义的工业控制架构模型，包括现场层（感知与执行）、控制层（PLC/PAC）、监控层（SCADA/HMI）以及信息集成层（MES/ERP接口）。深入探讨了各层次的功能边界、数据流向和接口标准。对比分析了集中式、分散式、网络化和模块化控制架构的优缺点及其适用场景。本章将通过多个典型的工厂布局图，直观展示控制系统的物理和逻辑分布。 第三章：关键硬件组件的选型与性能指标 本章专注于构成现代控制系统的核心物理设备。详细介绍各类PLC（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix等）的CPU性能、I/O点数、扫描周期和冗余设计。深入探讨了工业现场总线技术（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus, Profinet, EtherCAT）的通信协议、带宽、实时性保证机制和抗干扰能力。对工业电源、机柜设计、散热与EMC（电磁兼容性）标准进行了严格规范。 --- 第二部分：核心控制技术与算法实现 第四章：高级过程控制（APC）理论与实践 本章摒弃了基础控制（如PID）的讲解，直接深入到高级控制领域。详细讲解了模型预测控制（MPC）的原理，包括系统辨识、状态估计、优化求解器（如二次规划QP）的嵌入。分析了如何处理多变量耦合、约束条件（输入与输出约束）的复杂控制问题。辅以实际化工反应器或大型热交换网络的案例，演示MPC在提高经济效益和保证操作平稳性方面的应用。 第五章：运动控制与伺服系统集成 专门针对高速、高精度运动控制进行深入研究。讲解了伺服驱动器的工作原理（磁场定向控制FOC）、电流环、速度环和位置环的解耦设计。重点分析了同步控制技术，如电子凸轮、虚拟主轴和多轴插补（CNC基础）。阐述了如何利用专用运动控制器（Motion Controller）实现复杂轨迹规划（如样条插值、多段曲线加速/减速规划）和实时误差补偿机制。 第六章：安全仪表系统（SIS）的独立性与可靠性 本章完全侧重于功能安全标准IEC 61508/IEC 61511。详细解析了安全完整性等级（SIL）的确定流程、风险评估方法（如HAZOP、LOPA）。深入探讨了安全相关系统的架构设计，包括冗余度（1oo1、1oo2、2oo3）的选择、故障模式与影响分析（FMEA）。讲解了安全PLC的硬件认证、软件开发规范以及在紧急停车（ESD）和火气检测（F&G）系统中的具体部署案例。 --- 第三部分：人机交互与数据管理 第七章：SCADA系统集成与可视化设计 本章关注的是操作层面的监控与管理。讲解了SCADA（数据采集与监视控制系统）的系统结构，包括数据服务器、历史数据库、客户端应用的设计。重点放在HMI（人机界面）的工程设计规范，强调人因工程学在报警管理、图形符号标准和操作流程设计中的应用，确保操作员能在紧急情况下快速、准确地响应。 第八章：工业数据采集与实时数据库技术 深入探讨工业环境下的数据采集策略，如OPC UA（统一架构）在异构系统互联中的作用。详细阐述了实时数据库（Historian）的架构，包括数据压缩算法（如步进压缩、时间戳同步）和高效检索机制。讨论了如何处理海量时序数据，并建立数据清洗、校验和归档的标准流程，为上层分析奠定数据基础。 第九章：制造执行系统（MES）与控制层的集成 本章探讨如何将实时控制数据转化为生产管理信息。分析MES系统的核心功能模块（如工单管理、物料跟踪、质量管理）。详细阐述了ISA-95模型中，控制层（L3）与制造执行层（L2）之间的数据交换标准和接口协议，例如如何将PLC的设备状态信息准确映射到MES的生产批次追踪中。 --- 第四部分：工业网络、诊断与维护 第十章：工业以太网与网络安全防护 本章全面覆盖了基于以太网的工业通信协议（如Profinet/IP）。重点分析了实时以太网的确定性传输机制（如时间同步IEEE 1588 PTP）。更重要的是，本章深入探讨了操作技术（OT）环境下的网络安全挑战，包括边界防护（DMZ）、零信任架构在控制系统中的初步应用、入侵检测系统（IDS）在工业网络中的部署，以及如何进行安全基线配置和补丁管理，以应对日益严峻的工业网络攻击。 第十一章：系统诊断、远程维护与预测性维护（PdM） 讲解了如何利用控制系统内置的诊断工具和第三方监测设备，对I/O模块、CPU负载、通信错误进行实时健康状态评估。详述了预测性维护的实现框架，包括振动分析、油液分析数据如何通过传感器接入控制层，并通过算法模型（基于机器学习的异常检测）预测设备故障时间。讨论了安全可靠的远程访问和维护技术在保障生产连续性中的作用。 第十二章：控制系统的生命周期管理与升级策略 本章侧重于大型工业设施的长期资产管理。涵盖了系统文档的标准化、版本控制和配置备份的规范。详细分析了控制系统“热更换”和“不停机升级”的工程策略，特别是涉及关键基础设施（如电站、水处理厂）的硬件或软件升级时，如何最小化风险和停机时间，确保合规性和操作连续性。 --- 本书特色： 本书以工程实践为导向，所有理论分析都紧密结合工业现场的实际问题和主流厂商的解决方案。内容高度专业化，专注于自动化、控制理论、实时通信和工业信息安全的交叉领域，是控制工程师、系统集成商、自动化专业高年级学生进阶学习的理想参考资料。全书力求以严谨的工程语言，阐述先进控制理论在复杂工业环境中的落地方法。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.wenda123.org All Rights Reserved. 图书目录大全 版权所有