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出版者:高等教育出版社

作者:孙传森

出品人:

页数:148

译者:

出版时间:2008-1

价格:19.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040170443

丛书系列:

图书标签:

• 毕设
• 变频器
• 电力电子
• 电机控制
• 工业自动化
• 驱动技术
• 电力传动
• 调速技术
• 开关电源
• 控制工程
• 电气工程

工业自动化与控制系统原理 本书聚焦于工业自动化领域的核心技术与实践应用，深度剖析现代工厂和生产线中普遍采用的控制系统架构、关键组件的功能特性及其协同工作机制。 本书旨在为工程技术人员、自动化专业学生以及对工业控制感兴趣的读者提供一套系统、深入的理论知识与实践指导。 --- 第一章 工业控制系统的基础架构与发展趋势 本章首先界定了工业控制系统的概念、目标及其在现代制造业中的战略地位。我们将追溯工业控制技术从早期继电器逻辑到现代分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的演进历程。 1.1 工业自动化的定义与层级划分 详细阐述了自动化系统的“金字塔”模型，从现场层（传感器、执行器）、控制层（PLC、IPC）、监控层（HMI、SCADA）到企业资源规划（ERP）层。重点分析了各层级之间的数据流、控制回路的时序关系以及信息交互的协议标准。 1.2 现代控制系统的主要组成要素 系统性地介绍了构成一个完整自动化系统的基本单元： 传感器技术基础： 深入探讨了温度、压力、流量、位置等关键物理量传感器的工作原理（电容式、电阻式、光电式、超声波式），并对比分析了其线性度、精度、响应时间及抗干扰能力。 执行机构的选择与驱动： 涵盖了各类电机（步进电机、伺服电机、交流感应电机）的驱动原理，以及阀门、气动/液压执行器的选型与控制接口。 人机界面（HMI）的设计原则： 探讨了有效操作界面的设计规范，包括信息的可视化、报警策略的制定以及用户操作的便捷性与安全性。 1.3 工业网络与通信协议 工业通信是实现系统集成的关键。本章详尽解析了目前主流的现场总线技术： 串行通信协议： 如RS-485/232在简单设备间通信中的应用。 工业以太网标准： 重点剖析EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP的工作机制、帧结构、实时性保障措施（如时间戳技术）。 安全通信考虑： 初步引入工业控制系统（ICS）网络安全的概念，讨论数据完整性与保密性的基础需求。 --- 第二章 可编程逻辑控制器（PLC）的原理与编程实践 本章是全书的技术核心，专注于当前工业控制领域最常用的硬件平台——PLC。 2.1 PLC的硬件结构与工作周期 深入剖析PLC的中央处理单元（CPU）、存储器（程序存储器、数据存储器）和输入/输出（I/O）模块的内部构造。详细讲解PLC的“扫描周期”——从输入采样、程序执行到输出刷新这一完整周期的时序逻辑，这是理解PLC实时性能的关键。 2.2 逻辑控制的实现：指令集与编程语言 系统性地介绍基于IEC 61131-3标准的五种编程语言： 梯形图（LD）： 侧重于继电器逻辑的映射与实现，包括基本的逻辑运算、定时器（TON, TOF, TP）和计数器（CTU, CTD）的使用。 指令表（IL）： 汇编语言式的编程方式，用于实现高效的底层操作。 结构化文本（ST）： 适用于复杂的数学运算、数据处理和算法实现。 功能块图（FBD）与顺序功能图（SFC）： 重点讲解SFC在描述复杂工艺流程（如批次控制）中的优势及其步骤、转移条件的逻辑关系。 2.3 数据处理与模拟量控制 讨论如何在PLC中处理数值数据，包括整数、浮点数、数组和数据结构。重点阐述模拟量信号的数字化过程： A/D与D/A转换： 讲解分辨率、量程、零点和满量程的校准概念。 PID控制器的基础应用： 将PID控制器视为一个功能块，分析比例（P）、积分（I）、微分（D）参数对控制回路动态特性的影响，并给出初步的参数整定方法（如经验法）。 --- 第三章 分布式控制系统（DCS）与SCADA系统 本章将视角从单机或单元控制提升到整个工厂范围的集中监控与协调。 3.1 DCS的系统架构与优势 对比PLC系统，详细阐述DCS（Distributed Control System）的特点，包括其高可靠性（冗余设计）、系统集成性以及对大规模复杂过程控制的适应性。重点解析DCS中的控制器、操作员站、工程师站和历史数据库服务器之间的互联关系。 3.2 SCADA系统概述 介绍SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统的功能：数据采集、远程监控、报警管理和报告生成。分析RTU（远程终端单元）和Master Station（主站）之间的通信链路设计（如点对点、点对多点链路）。 3.3 过程控制策略进阶 超越基础的单回路PID控制，本章引入更高级的控制策略： 串级控制（Cascade Control）： 解释如何通过引入一个主回路和一个副回路，有效抑制干扰对被控对象的影响。 前馈控制（Feedforward Control）： 探讨利用对干扰变量的测量，提前进行补偿的控制方法。 比率控制与解耦控制： 针对多变量耦合过程，实现相互独立的控制效果。 --- 第四章 运动控制与伺服驱动基础 本章侧重于对机械运动进行精确、高速、柔性化控制的技术。 4.1 伺服驱动系统的核心部件 详细介绍伺服系统的组成：伺服电机（永磁同步电机为主）、驱动器（放大器）和反馈装置（编码器、解析器）。阐述伺服系统如何通过高速闭环控制实现对转矩、速度和位置的精确控制。 4.2 运动控制的实现方式 区分集中式运动控制器（如专用运动控制器卡）与嵌入在PLC中的运动控制模块。重点讲解电子凸轮、插补运动（直线插补、圆弧插补）的数学原理和编程实现。 4.3 运动控制的调试与优化 讨论如何利用示波器和特定软件工具对运动控制系统进行调试，包括： 电流环、速度环、位置环的调试顺序与标准。 抑制机械共振与振动的方法。 同步控制（Master-Slave）的基本配置。 --- 第五章 工业控制系统的可靠性与维护 本章关注控制系统长期稳定运行的保障措施。 5.1 冗余技术在控制系统中的应用 分析如何通过硬件冗余（CPU、电源、I/O模块、通信链路）和软件冗余来提高系统的容错能力，确保“热切换”的无缝衔接。 5.2 故障诊断与维护策略 介绍现代控制系统中故障诊断的思路：基于状态监测的预测性维护（PdM）与基于事件的报警管理。讲解现场仪表和控制器诊断代码的解读方法，以及如何制定有效的预防性维护计划。 5.3 工业现场的抗干扰与接地设计 系统讲解控制柜内电磁兼容性（EMC）的设计要求，包括屏蔽、滤波器的正确选用，以及“工作地”、“保护地”和“信号地”的隔离与连接规范，这是保证控制信号稳定性的基础。 --- 总结： 本书全面覆盖了从底层信号处理到上层系统集成的控制技术链条，为读者构建了一个坚实的工业自动化知识体系。内容侧重于原理的透彻理解与实际工程问题的解决能力培养。

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这本关于变频器技术的书，从头到尾给我一种非常扎实、深入的感觉。作者显然是位经验丰富的专家，对交流电机驱动系统的理解达到了教科书级别。书中对电力电子器件的选型和工作原理分析得极其透彻，什么IGBT的开关损耗、热管理策略，讲得明明白白，没有那种浮于表面的介绍。特别是关于控制算法的部分，什么磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC），书中不仅给出了数学推导，更结合实际的实现难点进行了深入探讨。我特别欣赏它对高级保护功能和故障诊断的阐述，这在很多同类书籍中往往是一笔带过的内容。对于一个想把变频器用好、用得更精细的工程师来说，这本书简直是本案头必备的宝典，每一个章节都能让你对这个复杂却又迷人的设备有更深一层的认识。它不是那种快餐式的入门读物，而是需要静下心来细细品味的专业著作，每读完一章，都感觉自己对电机控制理论又精进了一步，那种知识积累的充实感非常棒。

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拿到这本书时，我本来预期会看到大量漂亮的电路图和直观的波形演示，但实际内容远比我想象的要“硬核”得多。它更偏向于理论基础和底层逻辑的构建，对我这种偏向应用调试的读者来说，一开始有些措手不及。不过，当我深入阅读后，才体会到这种“硬核”的价值。书中对功率半导体模块的物理特性及其在不同调制策略下的影响分析，非常具有启发性。它没有过多纠缠于某个特定品牌变频器的操作手册细节，而是从更本质的物理规律出发，解释了为什么某些控制策略在特定工况下会失效或者效率低下。这种追根溯源的叙述方式，极大地提升了我对变频器系统整体架构的理解，让我明白，任何花哨的应用技巧，都建立在坚实的理论基础之上。对于想要自己设计、优化变频器核心驱动模块的人来说，这本书提供了无可替代的理论支撑，内容密度极高，需要反复咀嚼。

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这本书的语言风格，说实话，是非常学术化的，缺乏一些轻松活泼的叙事手法，读起来需要极高的专注度。大量的公式推导和参数定义，让初学者可能会望而却步。然而，正是这种不妥协的学术深度，成就了它的价值。比如，在讨论开关频率对电机噪声和效率的权衡时，作者引用了多篇前沿文献，并给出了详细的数学模型来量化这种权衡，而不是仅仅给一个经验性的结论。我最喜欢的是其中关于电机参数辨识方法的介绍，从经典的两电平到更复杂的六步方波控制下的参数估计，都做了详尽的对比分析，并指出了每种方法的适用范围和局限性。对于那些长期与高性能伺服驱动或特殊电机（如永磁同步电机）打交道的人来说，这本书提供的这些量化分析工具，是提升工作效率的利器。

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这本专业书籍的深度，让我重新审视了自己过去对变频器“使用”和“理解”的界限。它没有过多涉及最新的工业物联网或云端监控趋势，而是坚定地锚定在变频器硬件和核心控制算法的基石之上。书中对IGBT模块的串联均衡和均流控制的讨论，非常详尽，涉及到热失配和动态导通压降的相互影响，这在实际大功率应用中是至关重要的。此外，书中对电压源逆变器（VSI）直流侧储能电容的纹波电流计算和寿命预测模型，也给出了详细的分析步骤，这在设备可靠性设计中是不可或缺的知识。总而言之，这是一部沉甸甸的、面向专业设计和前沿研究的参考书，它的价值不在于教会你如何快速上手操作，而在于为你打下坚不可摧的理论地基，让你有能力去解决那些书本上没有的标准答案的复杂问题。

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这本书的结构安排，体现了作者严谨的学术态度。它不是简单地罗列知识点，而是遵循着从基础理论到高级应用的逻辑脉络层层递进。我特别关注了书中关于矢量控制的章节，很多描述清晰到几乎可以同步进行仿真建模。作者非常注重细节，比如对死区时间补偿策略的探讨，就分析了不同补偿方式对输出波形谐波含量和转矩脉动的具体影响，甚至还提到了温度对这些参数的微小影响。这种对“非理想因素”的关注，是真正区分专业书籍和一般读物的关键。读这本书的过程，更像是在跟随一位资深导师进行为期数月的系统化培训，它强迫你思考“为什么是这样”，而不是满足于“它就是这样”。读完后，我对市场上那些标准化的变频器产品，都有了一种更具批判性的审视角度。

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