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《工业流程自动化与控制系统设计》 图书简介 本书聚焦于现代工业生产线上广泛应用的自动化控制系统，深入剖析了从基础理论到复杂系统集成的全过程。全书旨在为读者提供一个全面、系统且具有高度实践指导意义的知识框架，涵盖了现代工业自动化领域的核心概念、关键技术以及最新的发展趋势。 第一部分：自动化基础理论与元件 本部分首先奠定了读者理解工业控制系统的理论基础。我们从经典的控制理论出发，详细阐述了自动控制系统的基本组成、工作原理、性能指标，并引入了现代控制理论中的状态空间分析方法。这部分内容强调了理论与实际工程应用的紧密结合。 紧接着，本书深入讲解了工业现场的“神经末梢”——传感器和执行器。涵盖了温度、压力、流量、液位等关键过程参数的测量技术，包括电阻式、电容式、超声波式等多种传感器的工作原理、选型原则和误差分析。在执行器方面，详细介绍了各种调节阀、电机驱动器（如变频器VFD和伺服驱动系统）的控制特性、选型标准和故障诊断方法。特别地，我们对智能传感器的发展和应用进行了探讨，强调了数据采集的准确性和可靠性对于控制系统优至关重要。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）编程与应用 PLC是现代工业控制的绝对核心。本部分投入了大量篇幅，系统地介绍了主流PLC的硬件结构、指令集和编程规范。我们采用了结构化编程的视角，详细讲解了梯形图（LD）、指令表（STL）、功能块图（FBD）和结构化文本（ST）等标准编程语言的应用场景。 内容覆盖了基本的逻辑运算、定时器、计数器、数据处理指令，并重点解析了复杂的运动控制指令和网络通信协议的配置。本书不仅仅停留在编程语法层面，更深入到实际工程案例的分析，例如：如何使用PLC实现复杂的启停逻辑、故障连锁保护机制，以及如何通过程序设计优化生产节拍和能源效率。我们通过多个完整的工厂自动化案例（如搅拌反应釜控制、输送带系统同步控制），展示了从需求分析、系统设计、程序编写到现场调试的完整生命周期管理。 第三部分：分布式控制系统（DCS）与现场总线技术 随着过程工业对控制精度和系统冗余性要求的不断提高，DCS已成为大型、复杂流程控制的首选方案。本部分详细介绍了DCS的系统架构，包括控制站、操作员站、工程师站和监控服务器之间的协同工作方式。我们着重分析了DCS在大型石化、电力和冶金行业中的应用优势，特别是其强大的系统集成能力和高可靠性设计。 在数据传输方面，本书全面覆盖了工业通信网络，特别是现场总线技术（Fieldbus Technology）。深入讲解了Profibus DP/PA、Foundation Fieldbus、CANopen以及现代工业以太网（如Profinet、EtherNet/IP）的协议栈、物理层特性、数据帧结构和网络拓扑设计。内容强调了如何根据不同的应用环境（如本质安全区域、高速数据交换需求）选择最合适的现场总线技术，并提供了网络故障排除的实用指南。 第四部分：人机界面（HMI）与上位监控（SCADA） 有效的操作和监控是确保生产安全和高效运行的关键。本部分探讨了HMI的设计原则和SCADA系统的构建。我们遵循人机工程学原理，讲解了有效HMI屏幕布局的设计要素，包括信息层次结构、报警管理策略和趋势显示的最佳实践。内容强调了如何设计出直观、易懂且能快速响应操作员指令的界面。 在SCADA层面，本书分析了数据采集、历史趋势分析、报警管理和操作员权限控制等核心功能模块的实现方式。我们结合实际项目经验，讨论了如何利用SCADA系统进行生产调度、能耗监控和报表生成，从而实现从“控制”到“管理”的跨越。 第五部分：系统集成、安全与未来趋势 最后一部分，本书将视角提升至系统工程层面。我们详细阐述了如何进行多品牌、多层级控制系统的集成，包括如何确保PLC、DCS、MES（制造执行系统）之间的数据无缝连接。重点分析了系统集成过程中的接口定义、数据映射和同步机制。 在工业信息安全日益重要的今天，本书专门设立章节讨论了工控系统的网络安全防护。内容涵盖了ISA/IEC 62443标准框架下的风险评估方法、网络分段策略、访问控制和安全审计实践，旨在帮助读者构建抵御网络威胁的纵深防御体系。 展望未来，本书对工业4.0、物联网（IIoT）和边缘计算在过程控制中的应用进行了前瞻性探讨，分析了如何利用大数据分析和机器学习技术提升预测性维护和过程优化能力。 本书内容详实，理论与实践并重，配有大量的原理图、接线图和程序流程图，是自动化工程师、系统集成商、自动化专业学生及相关领域研究人员的理想参考资料。它不仅仅是一本教材，更是一部指导工业控制系统从概念设计到实际运行的实用手册。
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