工业自动化仪表与系统手册（下册） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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《工业自动化仪表与系统手册》编辑委员会 编

图书标签:

• 工业自动化
• 仪表
• 系统
• 控制系统
• 传感器
• 执行器
• PLC
• DCS
• 过程控制
• 自动化技术

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787508371184

版次：1

商品编码：10561619

包装：精装

开本：大16开

出版时间：2008-08-01

用纸：胶版纸

页数：1643

正文语种：中文

编辑推荐

本手册主要由基础和产品两部分构成，基础部分由总论和七篇组成，重点介绍了工业自动化仪表与系统的共性技术和常用资料，产品部分由十六篇组成，涵盖检测、显示、控制、执行等各类仪表与系统，可供工业自动化仪表与系统行业的科研、设计、制造、应用方面的工程技术人员参考使用，也可供大专院校有关师生参考。

内容简介

《工业自动化仪表与系统手册》分为基础理论与产品两部分。基础理论部分着重介绍工业自动化仪表与系统常用术语和资料、检测与控制技术、可靠性工程、环境适应性试验与防爆安全技术；产品部分介绍各种检测（含热工量、机械量、成分量）、显示、控制、执行仪表与系统。手册共有24篇，包括总论1篇、基础部分7篇、产品部分16篇，分上下两册出版。
本手册内容完整、门类齐全、产品丰富、专业覆盖面广，基本上反映了工业自动化仪表与系统技术和产品的全貌，是一部较完整的工业自动化仪表与系统专业手册。
本手册在表达方式上力求做到深入浅出、简明扼要、直观易懂、归类便查。读者在了解工业自动化仪表与系统技术和产品的同时，可起备查、提示、启发的作用。
本手册可供工业自动化仪表与系统行业的科研、设计、制造、应用方面的工程技术人员参考使用，也可供大专院校有关专业师生参阅。

内页插图

目录

序
编辑说明
第13篇 物性分析仪表
第1章 概论
1 物性分析仪表的分类
2 物性分析仪表的发展趋势

第2章 湿度计
1 湿度的表示方法
1.1 混合比
1.2 比湿q
1.3 绝对湿度pv
1.4 相对湿度
1.5 体积比
1.6 摩尔分数
1.7 饱和度
1.8 露点（霜点）
1.9 热力学湿球温度
1.10 饱和水汽压

2 伸缩式湿度计
2.1 毛发湿度计
2.2 便携式毛发湿度计
2.3 记录式毛发湿度计

3 干湿球湿度计
3.1 手摇式干湿球湿度计
3.2 阿斯曼湿度计
3.3 旋转式通风干湿表
3.4 冲击射流式干湿球湿度计
3.5 平衡温度干湿计

4 露点湿度计
4.1 简易式露点杯
4.2 简易式露点计
4.3 通气式露点计
4.4 高压式露点计
4.5 光电冷凝式露点计
4.6 普通冷镜露点计
4.7 循环式冷凝湿度计
4.8 低霜点冷镜露点计
4.9 绝热膨胀式露点计
4.10 氯化锂露点计
4.11 光纤式露点计
4.12 阻栅式露点计

5 电容式湿度计
5.1 工作原理
5.2 测量电路
5.3 高分子聚合物电容湿度计
5.4 基于电容充放电的湿度计
5.5 容栅式湿度计
5.6 氧化铝电容湿度计

6 电阻式湿度计
6.1 氯化锂电阻式湿度计
6.2 陶瓷湿度传感器
6.3 电解型电阻湿度计
6.4 吸着型电阻湿度计
6.5 热电阻式湿度计
7 限界电流型湿度传感器
8 电解式湿度计

9 电磁波湿度计
9.1 表面声波湿度计
9.2 压电晶体振荡式湿度计
9.3 微波湿度计

10 光谱吸收式湿度计
10.1 红外吸收式湿度计
10.2 紫外吸收式湿度计
11 光纤湿度计

第3章 水分计
1 概述
2 重量法水分计
2.1 烘箱法
2.2 热天平法
2.3 干燥剂法
2.4 蒸馏式水分计

3 化学反应式水分计
3.1 卡尔费修水分计
3.2 滴定法
3.3 碳化钙水分计

4 电阻式水分计
4.1 电阻式水分计的原理
4.2 电阻式水分计的结构

5 电容式水分计
5.1 测量电极
5.2 测量电路

6 中子式水分计
6.1 探测式中子水分计
6.2 固定式插入型中子水分计
6.3 表面型中子水分计
6.4 快中子透射式湿度计
6.5 取样式透射型快中子水分计
6.6 取样式透射型热中子水分计
6.7 取样式散射型热中子水分计
6.8 移动式插入型中子水分计
6.9 移动式表面型水分密度计

7 红外水分计
7.1 红外透射式水分计
7.2 红外反射式水分计
7.3 红外吸收式水分计
7.4 红外散射式水分计

8 微波式水分计
8.1 工作原理
8.2 反射式微波水分计
8.3 透射式微波水分计
9 核磁共振式水分计
10 等温吸附法测水仪

11 热吸收式微量水分仪
11.1 检测池工作原理
11.2 仪器测量系统
12 晶体振荡式微量水分仪
12.1 工作原理
12.2 晶体检测器和测量电路
12.3 流程系统
……
第14篇 工业分析仪表
第15篇 视频监控系统
第16篇 显示调节仪表
第17篇 执行机构与控制阀
第18篇 可编程序控制器及系统
第19篇 集散型控制系统
第20篇 工业计算机控制系统
第21篇 现场总线控制系统与工业以太网
第22篇 工业自动化软件
第23篇 管控一体化
参考文献
工业自动化仪表与系统常用英文缩写

精彩书摘

1 工业分析仪表的组成
工业分析仪表一般由四部分组成：
1．取样及预处理系统
取样及预处理系统是确保分析仪表正常工作不可缺少的部分。它的功能是从对象中取出有代表性的分析介质样品并作必要的预处理。
取样装置应包括取样探头及其他一些与探头有直接关系的部件，如冷却与冷凝收集器、反吹清洗器、抽吸器及取样泵等。这些部件的主要作用是取样，同时也对样品作初步预处理。例如，取样有正压取样和负压取样，对负压取样，应有抽吸器。另外在取样时，对烟尘量很大的样品往往采用水洗的方法进行机械杂质与腐蚀性气体的过滤，初步过滤掉样品中颗粒较大的机械杂质。由于取样装置直接安装在现场，工作条件恶劣，容易损坏，因此要用良好的材料制造，同时又要便于修理或更换。
样品经取样探头后再通入预处理系统，这一部分包括：过滤器、干燥器、精密压力调节阀、稳压阀、稳流阀、各种切换系统（如样品与标准样品的切换、多点取样切换）、分流器、流量指示仪与流量调节器、各种启闭阀与回收系统。
这些部件的作用是对样品作进一步预处理，其中主要是过滤掉细小的灰尘，对油污、腐蚀性的物质与水分进行化学过滤或吸收，以及除去某些干扰组分。同时还要对样品的压力、流量、温度进行控制，使之能满足分析仪表的要求。
2．检测器
检测器（也称发送器、传感器）是仪器的心脏部分。它的功能是把被分析物质的成分或物质性质变换为电信号。不同分析仪表，有不同的检测形式，也就有不同的检测器。
3．测量及信号处理系统
这部分的作用是进一步处理检测器提供的信息，如电信号的转换、放大、线性化、变换为统一信号（如4～20mA，1～10mA电流等）和数字信号等，并将信号不失真地送给显示装置。
4．显示装置
用来显示分析结果。一般有模拟显示和数字显示两种。模拟式显示仪表一般采用通用的显示仪表，如动圈式显示仪表或带记录的电子电位差计算，这些显示仪表要按被测物质成分重新分度标尺。现在在分析仪表中也逐渐用数字显示，并且与计算机联用的分析仪表中开始应用图像显示。
2 工业分析仪表的分类
分析仪表按使用场所可分为：实验室用分析仪表和工业用分析仪表两种基本形式。前者用于实验室的定性和定量分析，它一般给出比较准确的结果，通常是人工取样，间断分析。而后者用于工业流程上，完全能自动分析，即自动取样，连续分析，并随时指示或记录出分析的结果。工业分析仪又称为在线分析仪表或过程分析仪表。按被测对象分类有：氢分析仪、氧分析仪、工业PH仪、盐量表等；按其工作原理，又可分为以下几种：
（1）电化学式分析仪表。包括电导式分析仪、电位式分析仪、电量式分析仪、离子浓度计、原电池式分析仪、电解式分析仪、极谱仪等。
（2）热学式分析仪表。包括各种热分析仪、热导式分析仪、热化学式分析仪等。
（3）磁学式分析仪表。包括加热磁式分析仪、磁力机械式分析仪、磁式气体分析仪、核磁及顺磁共振波谱仪等。
（4）光学式分析仪表。包括发射光谱仪、红外线吸收式、红外及紫外分析仪、红外分光光度计、紫外及可见光光度计、分光光度计、原子吸收分光光度计、光干涉式分析仪、散射式分析仪、旋光仪、折光仪、光电比色式分析仪、偏振分析仪等。
（5）射线式分析仪表。包括X射线衍射仪、X射线吸收式分析仪、X射线荧光分析仪及γ射线分析仪。
（6）色谱仪。包括气相色谱仪、液相色谱仪、薄层色谱仪等。
（7）电子和离子式光学分析仪表。包括电子探针、离子探针、电子能潜仪及各种质谱仪等。
（8）其他分析仪。凡不属于上述类别的分析仪器，以及涉及两类或两类以上分析原理的分析仪器。
……

前言/序言

　　工业自动化仪表与系统是实现生产过程信息的获取、传递、转换、处理的自动化技术工具，广泛用于冶金、电力、石油化工、化学、机械、医药、轻工、纺织、建材等工业企业中，在农业生产、科学技术、国防建设以及人民日常生活中都有应用。
　　在现代化建设中，工业自动化仪表与系统产业是带动国民经济各部门技术进步、新老企业技术改造、提高劳动生产率、改善经济效益、开发和节约能源与材料、发展科学技术的先导性产业。工业自动化仪表与系统的装备水平在很大程度上反映出一个国家的生产力发展和观代化科学技术水平。
　　随着信息技术、控制技术、计算机技术和网络技术的高速发展，工业自动化仪表与系统的新技术、新产品、新系统不断涌现，为了认真总结我国工业自动化仪表与系统的科学技术成就和吸收国外的先进经验，提高广大工程技术人员的研发和应用水平，促进我国工_业自动化仪表与系统的技术进步，中国仪器仪表学会、上海工业自动化仪表研究所、中国电力出版社共同组织编写了《工业自动化仪表与系统手册》。
　　本手册包括基础理论和产品两大部分。基础理论部分由总论和1～7篇组成，重点介绍工业自动化仪表与系统的共性技术和常用资料。产品部分有16篇，涵盖各种检测（热工量、机械量、成分量）、显示、控制、执行仪表与系统。
　　本手册具有如下特点：
　　1.内容完整。能较全面地反映近期业自动化仪表与系统国内外水平，门类齐全，产品丰富，覆盖专业面广。
　　2.技术先进。根据近年来国内外科技、生产的发展，侧重编写先进的基础理论与产品’对工业自动化仪表与系统产业有一定的指导作用。例如，在基础理论中，编写了新型检测与控制技术、可靠性工程、环境适应性试验技术、防爆安全技术等内容；在产品中’编写了视频监控系统、可编程序控制器、集散控制系统、计算机控制系统、现场总线与以太网、　自动化软件和管控一体化等新内容。
　　3.科学论证。本手册具有科学性，原理正确，结构合理，图表、公式、数据经得起论证和推敲。
　　4.突出实用。在基础篇中，着重推介各类产品在研究、设计、制造等方面的知识；在产品篇中，重点介绍应用技术方面的内容，如产品的安装、使用、维护、修理、校验与测试等。
　　《工业自动化仪表与系统手册》是一部专业手册，主要供国民经济各部门中从事工业自动化仪表与系统的工程技术人员查阅，也可供相关专业及教学、管理和其他有关人员参考。

现代工程控制与先进制造技术概览 本书聚焦于驱动当代工业变革的核心技术——精确测量、智能控制与集成化制造系统，旨在为工程技术人员、科研人员及相关专业学生提供一套全面且深入的理论框架与实践指导。 本书摒弃了对传统仪表硬件的冗余描述，转而深入探讨支撑现代工业流程优化的关键技术范式、算法实现及其在复杂系统中的集成应用。全书内容围绕过程优化、信息物理系统（CPS）、工业物联网（IIoT）的构建与实施展开，结构上力求逻辑严密、内容前沿。 --- 第一部分：高级过程控制理论与模型化方法 本部分深入剖析了超越经典PID控制的先进控制策略，重点关注如何利用数学模型精确描述和预测工业过程的动态行为，从而实现更稳定、高效的运行。 第一章 过程系统辨识与建模技术 本章首先确立了从实际工业数据中提取有效模型的基础。内容涵盖： 非线性系统建模方法： 侧重于如何处理具有滞后、饱和、死区等复杂特性的物理过程。详细介绍奇异值分解（SVD）在模型阶次约简中的应用，以及非线性回归模型（如NARMAX）的构建流程。 基于第一性原理的建模（White-Box Modeling）： 重点讨论如何结合流体力学、热力学和化学动力学原理，构建偏微分方程组（PDEs）模型，并利用有限元分析（FEA）或有限体积法（FVM）对模型进行数值求解和验证。 数据驱动模型的选择与评估： 对比支持向量机（SVM）、高斯过程回归（GPR）在小样本学习中的优势，以及长短期记忆网络（LSTM）在处理时间序列依赖性方面的性能指标（如均方根误差RMSE、可解释性度量）。 第二章 预测控制（MPC）的深度应用 预测控制是实现约束优化控制的核心工具。本章详述了从理论推导到工程实现的各个环节。 线性与非线性MPC（LMPC/NMPC）： 详细阐述了滚动时域优化、约束处理（软约束与硬约束）的数学公式。特别是对于NMPC，着重分析了实时优化算法（如序列二次规划SQP、内点法）在线控制器的计算负载管理。 模型预测控制器的鲁棒性设计： 讨论了如何通过不确定性集（Uncertainty Sets）和鲁棒优化（Robust Optimization）框架来应对模型失配和外部扰动，确保控制性能的稳定性。 MPC在大型集成系统中的应用案例： 案例分析涵盖了乙烯裂解炉的温度控制与能耗优化、大型水处理系统的污染物浓度调控等，强调多变量耦合系统的解耦策略。 第三章 智能与自适应控制策略 本章聚焦于在过程特性随时间漂移或未知变化的情况下，如何使控制器具备自动调整能力。 自整定技术与参数估计： 深入探讨最小二乘法（Least Squares）及其改进算法（如递推最小二乘 RLS）在线辨识过程参数，并将其实时反馈至控制器增益计算中。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 比较T-S模糊模型在近似复杂非线性函数上的优势，以及基于反向传播（BP）和深度强化学习（DRL）的控制策略在应对极端工况下的潜力。 --- 第二部分：信息物理系统（CPS）与工业网络架构 本部分将视角从单个控制回路扩展到整个生产信息流与物理设备之间的深度融合，探讨构建高可靠、高安全性的工业互联环境所需的技术栈。 第四章 工业通信协议与确定性网络 本章侧重于现代工业通信标准，强调数据传输的低延迟、高同步性需求。 基于以太网的控制网络： 详述时间敏感网络（TSN）的关键技术，包括时间敏感数据包整形（TS-Shaping）、硬件时间戳（IEEE 1588 PTP）的实现机制，以及其在跨地域分布式控制系统中的可靠性保障。 无线工业通信的安全与时效性： 分析ISA100.11a和WirelessHART在功耗管理、自组织网格路由和频谱共享方面的技术特性。 第五章 工业物联网（IIoT）的数据采集与边缘计算 本章关注海量异构数据在工厂层面的汇聚、预处理和实时决策。 边缘计算架构设计： 探讨从云端卸载到边缘节点的计算任务划分原则，包括数据预过滤、实时异常检测（基于单类SVM）的部署策略。 OPC UA与数据语义化： 深入解析OPC统一架构（OPC UA）的信息模型构建方法，重点讨论如何通过标签化（Tagging）和命名空间（Namespaces）确保跨平台、跨供应商数据的互操作性和业务上下文理解能力。 第六章 工业控制系统的网络安全与功能安全 随着系统互联的加深，安全和可靠性成为核心挑战。 工控网络（ICS）的纵深防御策略： 介绍Purdue模型在网络分段隔离中的应用，以及入侵检测系统（IDS）在SCADA/DCS网络中的流量基线建立与异常行为分析。 功能安全与网络安全融合： 讨论IEC 61508/61511标准对安全仪表系统（SIS）的设计要求，以及在引入以太网通信后，如何确保SIS的随机失效概率（PFDavg）指标不受网络安全漏洞的影响。 --- 第三部分：制造执行系统（MES）与流程集成优化 本部分将生产控制提升至企业运营层面，关注如何利用信息化手段优化资源调度与质量追溯。 第七章 制造执行系统（MES）的功能架构与数据集成 本章探讨MES在企业资源规划（ERP）与底层控制系统（PLC/DCS）之间承上启下的作用。 OEE（设备综合效率）的精确计量模型： 详细构建OEE六大损失（停机、空转、速度下降、质量损失等）的实时数据采集与计算模型，并阐述如何利用这些数据指导生产瓶颈分析。 批次过程管理（BPM）与ISA-88标准： 深入解析基于ISA-88模型的配方管理（Recipe Management）和单元操作（Unit Operations）的抽象化，实现生产指令的通用化与灵活部署。 第八章 过程数据分析与质量预测 本章关注如何利用大数据技术挖掘生产过程数据中的潜在价值，实现从反应式控制到预测性维护的转变。 基于机器学习的故障预测与健康管理（PHM）： 探讨生存分析（Survival Analysis）模型在预测设备剩余使用寿命（RUL）中的应用，以及如何利用主成分分析（PCA）进行多变量过程的早期异常漂移检测。 数字孪生（Digital Twin）在流程优化中的构建： 阐述数字孪生体如何整合实时运行数据、历史模型和仿真环境，用于“What-if”情景分析和控制策略的离线验证。 --- 本书特色： 强调理论与工程的结合： 每章均配有详细的数学推导和工程实现的关键技术点说明。 内容聚焦前沿： 覆盖了TSN、MPC、IIoT安全等当前工业界热点和难点。 面向复杂系统设计： 特别关注多变量、强耦合、高动态要求的流程工业应用场景。 本书是控制工程、化学工程、机械工程、电气工程及其自动化等专业高年级学生、研究生，以及从事过程控制系统设计、系统集成、工厂数字化转型的高级工程师的理想参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深维护工程师，我购买这本书的主要诉求之一是希望它能成为我处理突发故障时的“救命稻草”。尤其是在面对诸如高精度流量计的在线标定方法，或是针对特定总线协议（比如ISA100.11a或HART的复杂命令集）的诊断技巧时，我需要的是快速定位问题的步骤和可验证的解决方案。然而，在查阅了关于智能仪表诊断章节后，我发现其中的内容更多是停留在仪表制造商提供的通用故障代码说明，缺少了现场经验丰富的老手们总结出来的、针对特定环境干扰（如强电磁场、温度剧烈波动）导致的间歇性故障的排查思路。这种“说明书式”的描述，与我期望的“实战宝典”之间存在明显的落差。如果手册能够在故障排除部分加入更多的“If-Then”的逻辑树，或者引用一些成功或失败的维修案例作为反面教材，那么它的实用价值将得到质的飞跃，而不仅仅是知识的复述。

评分☆☆☆☆☆

翻开内页，这份手册的排版布局着实让人眼前一亮，清晰的章节划分和大量图表的运用，极大地提高了阅读效率。那种将抽象的理论知识通过精密的流程图和实物照片直观展示出来的能力，是衡量一本专业技术书籍水平的重要标尺。不过，在阅读到关于高级过程控制（APC）模块的部分时，我产生了一些困惑。书中对模型预测控制（MPC）的数学基础描述得相当详尽，这固然体现了作者的扎实功底，但对于我们这些需要快速在车间落地应用的工程师来说，如何在现有的主流DCS/PLC平台上快速配置和调参，以及如何处理模型失配问题，这些“手艺活”的篇幅却显得有些单薄。我希望能看到更多针对特定行业（比如精细化工或制药行业）的定制化控制策略的介绍，而不是停留在通用的控制理论层面。一本优秀的下册，应该承接上册的基础，深入到解决“疑难杂症”的实操层面，而这部分内容似乎还停留在理论的“象牙塔”中徘徊，缺乏那种“干货满满”的实战气息。

评分☆☆☆☆☆

我一直对工业系统中的冗余设计和高可用性架构抱有浓厚的兴趣，毕竟在连续生产行业，停机成本是天文数字。我对这本手册的期望值非常高，希望能看到关于热备用、故障转移机制在不同品牌PLC/DCS平台上的具体实现细节和性能差异。然而，在相关章节中，我主要找到了关于冗余配置的理论定义和标准描述，缺乏实际部署中常见的“坑”——比如，在进行主备切换时，由于软件版本不同步或数据链延迟导致的“短暂失控”现象的规避策略。我想知道，当系统在不同的负载和环境压力下运行时，冗余切换的响应时间究竟如何量化和保证？遗憾的是，手册在这方面显得相对谨慎，没有提供足够多的、经得起考验的经验数据来支撑这些关键环节的决策。这使得它更像是一本“正确”的参考书，而非一本能帮助我们“避免犯错”的“经验之书”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度无疑是毋庸置疑的，它涵盖的范围之广，从基础的传感器原理延伸到复杂的系统集成架构，显示了编纂者在工业自动化领域深厚的积累。但这种“大而全”的特点，有时也带来了知识点之间的跳跃性过大，导致阅读体验不够连贯。特别是当内容从传统的模拟量控制过渡到基于机器视觉或物联网（IIoT）的数据采集和分析时，我感觉像是从一本经典教材突然被拉进了一个最新的研讨会现场，上下文的衔接略显生硬。对于一个想要系统性学习下一代智能工厂解决方案的读者而言，我更期待看到一条清晰的脉络，指导我如何将现有的DCS基础设施平滑、安全地迁移或融合到更现代化的工业信息架构中。现有的章节安排似乎更侧重于对现有技术的详尽罗列，而非面向未来、具有前瞻性的系统演进路径规划，使得这份手册在指导战略布局方面显得略有保守。

评分☆☆☆☆☆

这本《工业自动化仪表与系统手册（下册）》的厚度着实让人惊叹，光是掂在手里就能感受到它沉甸甸的分量，想来里面必定是包罗万象的知识体系。从封面设计到整体的装帧质感，透露着一股严谨而专业的学究气息，让人一看就知道这不是那种浮于表面的入门读物，而是真正面向一线工程师和资深技术人员的工具书。我本来对接下来的内容充满了期待，尤其是在前面几章对于基础原理的梳理之后，我更希望看到更多关于复杂系统集成和前沿控制算法的深入剖析。例如，在讨论到分布式控制系统（DCS）的架构优化和网络安全加固时，我期望能够看到具体的案例分析，甚至是不同厂商产品在实际工况下的性能对比数据。遗憾的是，我发现书中对于这些极具实践价值的深度内容着墨不多，更多的是对一些标准规范的罗列和基础概念的重复阐述，这对于已经掌握了基础知识的读者来说，信息密度稍显不足，无法带来预期的“醍醐灌顶”之感。希望后续章节能在这些方面有所突破，真正体现出“手册”二字的实战价值。

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这本书是同事推荐的，买来看非常不错。适合专业的仪表人员阅读使用。

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包装太简陋了，回来书皮都磨烂了，本来挺好的心情一下都不太美丽了！

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