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出版者:

作者:田孝文，朱强

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-1

价格:20.20

装帧:

isbn号码:9787505869141

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• 信息处理
• 综合实践
• 编程
• 算法
• 数据结构
• 操作系统
• 数据库
• 网络
• 办公软件

《现代工业控制系统原理与实践》 图书简介 本书深入探讨了现代工业控制系统的核心原理、关键技术以及实际应用。在当今高度自动化和智能化的工业生产环境中，高效、可靠、灵活的控制系统是保障生产质量、提升运营效率和实现可持续发展的基石。《现代工业控制系统原理与实践》旨在为读者提供一个全面且深入的知识框架，涵盖从基础理论到前沿技术的多个维度，使读者能够系统地理解、设计、实施和维护复杂的工业控制解决方案。 第一部分：工业控制系统的基础架构与理论 本书开篇即对工业控制系统的基本构成进行了详尽的阐述，将其分解为现场层、控制层和管理层三个相互协作的层级。 1.1 工业控制系统的演进与分类： 追溯了从继电器控制到分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）以及现代基于PC的控制系统的发展历程。详细比较了DCS、PLC、SCADA（数据采集与监视控制系统）各自的适用场景、优势与局限性，为读者在具体项目中选择合适的架构奠定理论基础。 1.2 信号采集与处理： 重点分析了传感器和执行器的原理与选型。对各类工业传感器（如温度、压力、流量、液位传感器）的工作原理、精度、量程和环境适应性进行了深入剖析。同时，阐述了信号的调理过程，包括隔离、滤波、放大以及模数/数模转换（A/D与D/A）的技术细节，确保数据采集的准确性和实时性。 1.3 控制理论基础回顾： 虽然本书侧重实践，但对经典控制理论进行了必要的复习和深化。着重讲解了PID（比例-积分-微分）控制算法的数学模型、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、模糊自整定等），并引入了现代控制理论中的状态空间法和最优控制的基本概念，强调其在复杂系统中的应用潜力。 第二部分：核心控制单元——PLC与工业网络 第二部分聚焦于工业控制的“大脑”——可编程逻辑控制器，及其赖以运行的通信基础——工业网络。 2.1 可编程逻辑控制器（PLC）的结构与编程： 详细介绍了PLC的硬件架构（CPU、I/O模块、电源、通信接口）和软件工作流程（扫描周期、逻辑执行顺序）。本书以主流PLC厂商的硬件平台为例，系统讲解了IEC 61131-3标准下的五种编程语言：指令表（IL）、梯形图（LD）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）和顺序功能图（SFC）。特别强调了如何使用SFC来描述复杂、多步骤的批处理流程，以及如何利用ST实现复杂的数学运算和算法。 2.2 过程控制与批处理控制： 区别于传统的顺序控制，本书深入阐述了过程控制（如连续加热炉、反应釜）中的关键技术，如级联控制、前馈控制和比值控制的应用。对于化工、制药行业，批处理控制是核心，书中详细介绍了ISA-88标准在描述和控制批次生产过程中的结构化方法。 2.3 工业通信网络技术： 工业网络是实现信息高效流动的神经系统。本书全面对比了现场总线技术（如Profibus DP/PA, Foundation Fieldbus, DeviceNet）的特点和应用领域。同时，对基于以太网的工业通信协议（如Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP/IP）进行了深入的协议栈分析和网络拓扑设计指导，重点讲解了时间敏感网络（TSN）在未来高实时性应用中的作用。 第三部分：先进的分布式控制系统（DCS）与集成 本书随后转向大型、复杂过程控制领域的主导者——DCS，探讨其系统集成能力和高可靠性设计。 3.1 DCS的系统架构与特点： 阐述了DCS区别于PLC的集中管理、高度冗余和模块化设计的优势。剖析了DCS中控制站、操作员站、工程师站、以及中央服务器的协同工作机制。 3.2 高可用性与容错设计： 深入讲解了DCS实现“五年无故障运行”的关键技术，包括硬件冗余（CPU热备份、电源冗余、网络冗余）和软件冗余（数据同步、故障切换逻辑）。通过实际案例分析，展示了如何进行故障注入测试以验证系统的健壮性。 3.3 人机界面（HMI）与操作员工程： 强调了HMI的设计应遵循人机工程学原理。内容涵盖了报警管理（依据ISA 18.2标准）、趋势图表的设计、操作指导系统的构建，以及如何通过直观的图形化界面有效降低操作员的认知负荷，提高响应速度。 第四部分：工业信息集成与数字化转型 本部分着眼于控制系统与企业信息系统的融合，即工业4.0和智能制造的基础。 4.1 制造执行系统（MES）与控制层的交互： 阐述了MES在生产调度、质量追溯、设备健康管理中的核心作用。详细介绍了如何通过OPC UA（统一架构）等标准协议，实现控制层数据与MES之间安全、高效的数据交换。 4.2 过程数据管理与分析： 探讨了如何利用工业大数据技术对海量的历史过程数据进行存储、清洗和分析。引入了先进过程控制（APC）的概念，特别是基于模型预测控制（MPC）的方法，用于优化复杂系统的能耗和产品质量。 4.3 网络安全在控制系统中的应用： 鉴于OT（运营技术）网络面临的日益增加的网络威胁，本书用一整章的篇幅讨论了工业控制系统的网络安全防护策略。内容包括：基于IEC 62443标准的风险评估方法、网络分段（DMZ设计）、访问控制策略的实施，以及对工控系统特有漏洞的防范措施。 第五部分：系统实施、调试与维护 本书最后落脚于工程实践，提供了一套系统化的项目实施流程。 5.1 项目生命周期管理： 从需求规格说明书的编制（URS/FS）、系统设计、硬件采购、软件开发到工厂验收测试（FAT）和现场验收测试（SAT），详细指导读者完成一个完整的自动化项目。 5.2 调试与优化技术： 提供了针对I/O联调、回路功能测试、逻辑验证的标准化测试用例。强调了离线仿真和在线调试的有效结合，以及在系统投入运行后，如何通过长期数据监测进行性能漂移的诊断和控制回路的再优化。 5.3 维护与故障诊断： 讲解了预防性维护（如备件管理、软件版本控制）和故障诊断的系统方法。通过故障树分析（FTA）和根本原因分析（RCA），帮助工程师快速定位并解决从传感器故障到软件逻辑错误的各种问题。 本书结构严谨，理论与实践紧密结合，配有大量的工程图例、流程图和代码片段，是控制工程师、自动化专业学生以及从事工业信息化集成人员的实用参考手册。

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我发现这本书的叙述逻辑简直是教科书级别的典范，它没有一开始就抛出那些令人望而生畏的专业术语，而是采取了一种由浅入深、层层递进的讲解方式。作者似乎深谙“授人以渔”的道理，在介绍每一个核心概念时，都会先从现实生活中的具体案例入手，将抽象的理论具象化。比如，在阐述某一数据结构时，作者没有停留在枯燥的定义上，而是用了一个生动的类比，让我瞬间明白了其在内存分配和查找效率上的优势。后续的章节更是将这种逻辑贯彻到底，无论是算法的推导过程，还是系统架构的剖析，都辅以清晰的流程图和简洁的伪代码，让读者能够轻松跟上思路，不会因为某个环节的卡壳而全盘放弃。这种严谨又不失灵活的写作风格，使得即便是初学者也能在其中找到方向感，而资深人士也能从中发现新的理解角度，足见作者在内容组织上的功力。

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与其他技术类书籍相比，这本书在“深度”和“广度”的平衡上处理得极其巧妙，给人一种既全面又不失个性的感觉。它覆盖的技术领域非常广泛，从基础的硬件原理到复杂的网络协议，再到新兴的云计算概念，几乎没有遗漏任何关键环节。然而，这种广博并没有让内容显得零散或肤浅。相反，作者总能找到一条清晰的线索，将这些看似不相关的技术点串联起来，形成一个宏大的知识体系。我尤其欣赏作者在探讨不同技术族群间的相互影响时所展现出的洞察力，比如如何理解软件定义网络（SDN）对传统路由协议的颠覆性影响，以及这种变革如何反作用于底层硬件的创新。这种“大局观”的培养，让读者在掌握具体技能的同时，也能够建立起对整个信息处理生态系统的系统性认知。

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这本书的实用价值超乎我的预期，它并非停留在纯粹的理论探讨，而是紧密结合了当前行业的前沿动态和实际应用场景。我特别欣赏其中关于“数据治理”那一章的论述，作者没有简单地罗列标准和框架，而是深入剖析了不同规模企业在实施数据治理过程中可能遇到的“坑”，并提供了切实可行的规避策略。书中的许多实操性建议，比如如何优化查询性能的“秘籍”，或者在特定环境下部署新系统的“最佳实践”，都让我感觉像是获得了一份来自行业专家的内部备忘录。我尝试运用其中提到的几个优化技巧，在我的一个小项目中进行了验证，结果令人惊喜，效率提升了近三成。这种“学以致用，即时见效”的阅读体验，对于需要快速解决实际问题的技术人员来说，无疑具有极高的吸引力。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉的盛宴，初拿到手就被它那沉稳中透着科技感的封面吸引住了。那种深邃的蓝色调，仿佛将我们带入了数据的海洋，而封面上的几何图形和电路板纹理，则巧妙地暗示了其内容的深度与广度。内页的纸张质感也无可挑剔，细腻而有韧性，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是，排版布局极为考究，字体大小和行距的把握恰到好处，使得原本可能枯燥的技术名词和复杂流程图，都变得清晰易读，仿佛一位经验丰富的导师在耐心地为你梳理知识脉络。翻阅起来，那种油墨的淡淡清香混合着纸张的微涩感，构筑了一种沉浸式的阅读体验，让人不由自主地想要沉下心来，探索其中蕴藏的奥秘。对于注重阅读仪式感和书籍设计美学的读者而言，这本书无疑是案头陈列和实际阅读价值的完美结合，它不仅仅是一本工具书，更像是一件值得收藏的艺术品，每一次拿起都像是对知识的尊重与致敬。

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阅读这本书的过程，与其说是在学习知识，不如说是在进行一场深刻的思维重塑。作者在行文中穿插的那些富有哲理性的思考，总能在不经意间触动我的神经。例如，当讨论到信息安全问题时，作者提出了一个发人深省的观点：任何技术解决方案的最终瓶颈，往往不是技术本身，而是人性的弱点和管理的疏漏。这种超越技术层面的反思，极大地拓宽了我的视野，让我开始以一种更批判、更全面的视角去审视我所接触到的每一个信息系统。这不仅仅是一本关于“如何做”的书，更是一本关于“为何如此”和“应该如何思考”的指南。它激发了我对技术伦理和社会责任的关注，让我在追求技术精进的道路上，多了一份人文关怀和审慎态度，这对于任何希望成为行业领航者的人来说，都是至关重要的财富。

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