高溫控製係統開發(改造咖啡豆烘烤機為例) (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹永忠

圖書標籤:

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現代工業自動化與過程控製技術 本書深入探討瞭現代工業自動化領域的核心概念、關鍵技術及其在復雜過程控製中的實際應用。全書內容聚焦於構建高效、穩定、可追溯的自動化控製係統，旨在為工程師和技術人員提供一套係統的理論框架和實用的工程實踐指導。 第一部分：自動化係統基礎架構與元件選型 本部分詳細介紹瞭構成現代工業自動化係統的基本要素。首先，對可編程邏輯控製器（PLC）的架構、指令集、編程語言（如梯形圖、指令錶、結構化文本、順序功能圖）進行瞭全麵闡述。重點分析瞭不同品牌和係列的PLC（如西門子S7係列、羅剋韋爾ControlLogix、三菱FX係列）在處理速度、I/O點數、網絡通信能力上的差異及其適用場景。 其次，工業現場總綫技術是本部分的核心內容之一。我們詳細比較瞭Profibus、Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP/IP等主流通信協議的特點、拓撲結構和實時性錶現。通過實例分析，指導讀者如何根據實際的設備分布和控製需求，選擇最閤適的通信網絡架構，確保數據傳輸的可靠性和低延遲。 此外，傳感器與執行器的選型和集成技術被放在重要位置。從溫度、壓力、流量、液位等關鍵過程變量的測量原理齣發，深入剖析瞭各類傳感器的技術規格（如精度等級、響應時間、防護等級）。在執行器方麵，重點講解瞭伺服驅動器、變頻器（VFD）的工作原理、參數設置，以及如何通過它們精確控製電機速度和轉矩，實現對物理過程的有效乾預。 第二部分：過程控製理論與算法實現 本部分轉嚮自動化係統的“大腦”——控製算法的理論基礎與工程實現。我們首先迴顧瞭經典控製理論，如經典的PID控製（比例、積分、微分）的數學模型、參數整定方法（如Ziegler-Nichols法、IMC法）及其在單迴路控製中的應用。重點探討瞭PID控製器在處理大延遲、強耦閤係統時可能遇到的問題，並給齣瞭軟件層麵和硬件層麵的優化策略。 隨後，內容深入到先進過程控製（APC）領域。詳細介紹瞭模型預測控製（MPC）的理論基礎，包括係統辨識、狀態空間模型建立、預測模型、優化目標函數設計以及約束處理。通過詳實的案例（如復雜多變量係統的解耦控製），展示MPC如何超越傳統PID，實現對性能指標（如能耗、産品質量一緻性）的全局優化。 模糊控製與神經網絡控製作為非綫性控製的代錶，也在本章中進行瞭探討。闡述瞭模糊邏輯推理係統的構建步驟，以及如何利用神經網絡強大的自學習能力來適應係統參數的動態變化，尤其適用於那些數學模型難以精確建立的復雜工況。 第三部分：人機交互界麵（HMI）與數據管理 一個成功的自動化係統離不開直觀、高效的人機交互界麵。本部分專注於HMI/SCADA係統的開發與集成。內容涵蓋瞭界麵設計原則（如信息密度、報警管理、操作邏輯的清晰性），圖形元素的運用，以及如何通過曆史趨勢圖、實時數據窗口有效地嚮操作員傳遞係統狀態。 在數據管理與追溯方麵，本書強調瞭工業物聯網（IIoT）時代的趨勢。詳細講解瞭如何利用OPC UA等標準協議，安全、高效地將PLC數據上傳至製造執行係統（MES）或雲端數據庫。並探討瞭數據清洗、存儲結構設計（如時間序列數據庫的應用），以及如何通過數據分析來輔助故障診斷和生産優化。 第四部分：係統集成、調試與安全運維 自動化項目的成功不僅在於理論的先進性，更在於工程實施的嚴謹性。本部分側重於係統集成與工程實踐。內容包括： 1. 控製櫃設計與布綫規範：遵循IEC/UL標準，從電磁兼容性（EMC）、接地和屏蔽角度，指導讀者進行閤理的元器件布局和綫纜管理，確保係統長期穩定運行。 2. 係統調試方法論：從單元測試、集成測試到係統聯調，分階段、係統性地驗證硬件和軟件的邏輯正確性。尤其強調瞭“離綫仿真/在綫硬件在環（HIL）測試”在減少現場調試風險中的作用。 3. 工業網絡安全：鑒於工業控製係統（ICS）日益麵臨的網絡威脅，本章專門設立章節講解瞭ISA/IEC 62443標準框架，包括網絡分段、訪問控製策略、安全審計和入侵檢測技術的應用，以保障生産過程的安全性和連續性。 4. 可靠性與冗餘設計：針對關鍵生産環節，詳細分析瞭熱備（Hot Standby）PLC冗餘、環形冗餘網絡（如MRP/DLR）的配置與切換機製，確保係統的高可用性。 本書內容結構嚴謹，理論深度與工程實用性並重，力求為讀者構建一個全麵、深入的現代工業過程控製知識體係。