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页数:550

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出版时间:2009-9

价格:48.00元

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isbn号码:9787307072480

丛书系列:

图书标签:

• 电子技术
• 实验指导
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《现代工业控制系统设计与应用》 图书简介 本书全面、深入地介绍了现代工业控制系统的基本原理、核心技术、主流架构以及实际应用案例。面向对象是控制工程、自动化、机电一体化等相关专业的本科高年级学生、研究生以及从事工业自动化系统设计、调试与维护的工程师。 第一部分：控制系统基础理论回顾与强化 本部分着重于为读者构建坚实的理论基础，既是对传统控制理论的系统性回顾，也是向现代数字控制与网络化控制过渡的关键桥梁。 第一章：工业控制系统的演进与总体架构 本章首先梳理了从继电器控制、模拟控制到现代数字控制的发展脉络，强调了信息技术（IT）与运营技术（OT）深度融合的趋势。详细阐述了典型的分层分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）为主导的现场控制层（Field Level）、监控与操作层（Supervisory and Operator Level）以及制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）之间的关系。重点解析了ISA-95参考模型在现代工厂集成中的指导作用。 第二章：传感器、变送器与执行机构原理 本章深入探讨了工业现场数据采集的关键技术。涵盖了电阻式、电容式、电感式、光电式、超声波及磁致伸缩等各类传感器的物理原理、精度指标、动态特性及抗干扰措施。特别关注了智能传感器的发展，如带有现场总线接口的传感器。在执行机构方面，详细分析了各类电机（步进、伺服、交流异步电机）的驱动原理、PID调节器（或更高级的模糊、自适应调节器）与执行机构的匹配、以及电磁阀、调节阀的特性曲线与选型标准。 第三章：经典控制理论在工业中的应用深化 本章聚焦于经典控制理论在实际工业过程控制中的具体应用和局限性。内容包括：传递函数、状态空间法的推导与应用；频率响应分析（波德图、奈奎斯特图）在系统稳定性和性能评估中的实用技巧；以及PID控制器的工程化设计——包括参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、Cohen-Coon法）的优缺点对比，以及增量式PID、位置式PID在不同场景下的适用性。同时，引入了死区、饱和、摩擦等非线性环节对控制性能的影响及补偿策略。 第二部分：现代分布式控制核心技术 本部分是本书的核心，详细介绍了构成现代工业控制系统的关键硬件和软件平台。 第四章：可编程逻辑控制器（PLC）深度解析 本章系统介绍主流PLC（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix等）的硬件结构（CPU、I/O模块、通信模块）与工作原理。重点讲解了指令集的分类与应用：逻辑控制指令（LD、FBD、SCL/ST）、数据处理指令、定时器/计数器、以及中断控制技术。此外，详细阐述了PLC程序的组织结构、故障诊断流程和冗余配置技术，旨在培养读者编写高效、健壮的控制程序的能力。 第五章：工业网络与现场总线技术 随着控制系统的网络化，本章对工业通信协议进行了详尽的比较和分析。内容覆盖了传统的串行通信（如RS-232/485）到现代现场总线的演进。深入讲解了工业以太网的核心技术，包括EtherNet/IP, PROFINET IO, EtherCAT的工作原理、时间同步机制（如IEEE 1588 PTP）和实时性保障方法。此外，对Modbus TCP/RTU作为通用数据交换协议的应用边界和安全性问题进行了探讨。 第六章：人机界面（HMI）与监控系统（SCADA） 本章侧重于操作员与控制系统之间的交互界面设计与实现。HMI的设计原则强调了信息的可视化、操作的直观性和报警的有效性。SCADA系统的架构包括数据采集、历史趋势记录、报警管理和远程通信。详细介绍了面向对象的可视化组态软件（如WinCC, FactoryTalk View）的工程化实践，包括变量绑定、画面跳转逻辑、以及如何构建高效的报警事件管理器。 第七章：运动控制系统与伺服驱动技术 针对高速、高精度制造的需求，本章专门探讨了现代运动控制。详细分析了位置环、速度环、电流环的嵌套控制结构。重点讲解了伺服系统的选型、调试流程，以及在单轴、多轴联动、电子凸轮、飞锯等复杂运动轨迹生成与跟踪中的应用。对基于总线的运动控制解决方案（如EtherCAT的CiA 402规范）进行了深入剖析。 第三部分：高级控制策略与系统集成 本部分将理论与工程实践相结合，介绍超越PID的先进控制方法以及系统集成与安全规范。 第八章：现代先进控制算法 本章介绍了弥补经典PID不足的现代控制方法。内容包括：模型预测控制（MPC）的基本原理、约束处理和在多变量过程中的应用优势；自适应控制（如切换控制、基于模型的自整定技术）在过程参数时变环境下的应用；以及模糊逻辑控制在难以建立精确数学模型的系统中的实用性。强调了辨识技术在获取精确模型数据方面的作用。 第九章：安全仪表系统（SIS）与功能安全 功能安全是现代工业的生命线。本章详细解读了IEC 61508和IEC 61511标准，阐述了安全仪表系统的架构（感知层、逻辑求解层、最终控制元件）。重点讲解了安全完整性等级（SIL）的概念、风险评估方法（如HAZOP分析）、以及如何设计和验证达到特定SIL等级的控制回路。 第十章：系统集成、诊断与维护 本章关注大型自动化项目的实施与生命周期管理。讨论了不同品牌设备间的互操作性（Interoperability）挑战及解决方案。详细阐述了如何利用系统内置的诊断功能（如硬件健康监测、通信冗余检查）进行预测性维护（Predictive Maintenance）。最后，讨论了网络安全在OT环境中的重要性，包括网络分段、访问控制和安全补丁管理策略。 总结 本书旨在提供一个全面、实用的知识框架，使读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而能够独立完成复杂工业控制系统的设计、编程、调试与优化工作，适应新一代智能制造对复合型人才的需求。

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翻开内页，首先感受到的是排版布局的匠心独运。章节之间的层级划分非常清晰，无论是大标题、小标题还是关键术语的标注，都采用了不同的字重和字号，使得读者能够迅速定位到所需信息，大大降低了阅读疲劳感。图表的质量更是令人称赞，那些电路原理图和实验流程图，线条清晰锐利，即便是复杂的拓扑结构也能一目了然，并且图例的标注详尽而准确，完全没有那种为了节省篇幅而含糊其辞的感觉。更难能可贵的是，作者在关键步骤的说明中，采用了大量的侧边栏和注解框，用不同颜色的字体突出显示了“注意事项”、“常见错误”和“理论联系”，这种细致入微的引导方式，对于初学者来说简直是救星般的存在，它不仅仅是告诉我们“做什么”，更深入地解释了“为什么这么做”，培养了深层次的理解力。

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这本书在内容组织上的逻辑推进非常自然流畅，它不像某些教材那样上来就堆砌晦涩难懂的理论公式，而是采取了一种“学以致用”的循序渐进方式。开篇的理论回顾简明扼要，恰到好处地为接下来的动手操作打下基础，既不会冗长到让人失去兴趣，也不会短浅到让人抓不住重点。实验的设计明显经过了精心打磨，每一个实验单元都不是孤立的知识点灌输，而是彼此关联，逐步构建起一个完整的知识体系，这对于构建全局观至关重要。例如，从基础元件的特性测试，过渡到简单的放大电路搭建，再到复杂的信号处理模块集成，每一步的难度提升都恰如其分，如同攀登一座精心规划的阶梯，让人每登上一级，都能感受到自己能力的实际增强，而不是盲目地被推向高处。

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从整体的使用体验来看，这本书的价值远远超出了其作为一本“指导书”的范畴。它更像是一本融合了理论精粹、操作规范和实战智慧的“电子工程入门圣经”。文字的表达精准到位，没有模棱两可的说法，每一个术语的运用都符合行业标准，这对于未来我们进入专业领域进行规范化操作至关重要。此外，书中的附录部分也考虑得非常周到，收录了一些常用元件参数速查表和基础安全规范，这些看似次要的信息，在实际操作中却能起到关键性的辅助作用。它不仅教会了我如何完成实验，更重要的是，它培养了我对待科学实验应有的严谨态度和独立思考解决问题的能力，这种潜移默化的影响，才是它最宝贵的财富。

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我个人非常欣赏作者在描述实验操作步骤时所采用的那种沉稳而富有经验的口吻。这不是那种冷冰冰的机械指令集合，而是像一位经验丰富的前辈，在手把手地指导你完成任务。他对设备的使用要求、仪表的设置参数，乃至连接导线的颜色选择，都有着明确且务实的建议。尤其是在故障排除的部分，简直是神来之笔。书中列举了许多在实际搭建中极易发生的“陷阱”，并给出了系统性的诊断思路，而不是简单地说“检查连接”。这种基于真实实验场景的反思和总结，极大地提高了实验的成功率，也让我在遇到问题时，不再感到手足无措，而是能够带着工具书，像个小侦探一样去追溯问题的根源。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了哑光处理，手感非常细腻，那种沉甸甸的质感一看就知道是用料讲究。设计风格简洁而不失专业感，主色调的选用也十分考究，搭配醒目的书名字体，整体视觉效果非常舒服。我尤其喜欢封面上那个抽象的电路图纹样，它没有过度渲染技术细节，反而以一种艺术化的手法概括了电子工程的精髓，让人在拿起书本时就对即将接触的知识充满了期待。书脊的处理也很到位，即便只是平放在书架上，那种专业的气场也自然流露出来。内页纸张的厚度适中，不是那种过于光滑反光的纸，即使用长久进行笔记和标记，也不易洇墨，这对于一本需要频繁翻阅和操作的实验指导书来说，简直是太重要了。装订工艺看起来相当扎实，即便是经常翻到某一固定章节进行参考，也不担心会出现散页的窘境，这无疑是提升使用体验的一个关键细节，体现了出版方对专业工具书品质的重视。

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