灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:刘国选 编

出品人:

页数:301

译者:

出版时间:2006-6

价格:43.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508436159

丛书系列:

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《现代工业自动化控制系统原理与应用》 第一章：绪论 本章旨在为读者构建对现代工业自动化控制系统（IACS）的宏观认识。我们将从自动化发展的历史脉络出发，追溯其从早期机械自动化向电气自动化、再到信息技术深度融合的演进过程。重点阐述IACS在现代工业生产中的核心地位及其重要性，分析其在提高生产效率、保障产品质量、优化资源配置、提升安全生产水平以及实现绿色制造等方面的关键作用。通过分析当前工业生产面临的挑战，例如日益增长的市场需求、严峻的环保压力、劳动力成本的上升以及对精益生产和柔性制造的要求，引出IACS解决这些挑战的必然性和紧迫性。最后，将对全书的章节结构进行简要介绍，勾勒出本书的学习路径和内容框架，使读者对后续的学习内容有一个清晰的预期。 第二章：工业自动化控制系统的基本概念与构成 本章将深入剖析工业自动化控制系统的基础理论和关键组成部分。首先，我们将明确IACS的核心概念，包括控制、自动化、系统等，并解释它们在工业背景下的具体含义。随后，我们将详细介绍IACS的基本组成原理，重点阐述其“感知-决策-执行”的工作流程，并深入剖析各个环节的功能： 感知层（传感器技术）： 详细介绍各类工业传感器的工作原理、技术特点、选型依据以及在不同工业场景下的应用。涵盖温度、压力、流量、液位、位移、速度、力、光电、接近、超声波、RFID等传感器。讨论传感器的精度、分辨率、响应时间、鲁棒性等关键性能指标，以及如何进行传感器信号的预处理（如滤波、放大、A/D转换）。 决策层（控制器技术）： 重点介绍各种工业控制器，包括可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、工业个人计算机（IPC）以及嵌入式控制器。详细讲解PLC的梯形图、指令表、功能块图等编程语言，DCS的系统架构、组态方法和高级控制功能。阐述PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等先进控制算法的基本原理及其在实际工业过程中的应用。讨论控制器的硬件配置、通信接口、软件开发环境等。 执行层（执行器技术）： 详细介绍各类工业执行器，包括电机（直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机）、阀门（气动阀、电动阀、电磁阀）、继电器、接触器、变频器、伺服驱动器等。阐述执行器的选型原则，如何根据控制信号驱动被控对象实现精确动作。讲解执行器的工作特性、响应速度、精度以及与控制器的匹配问题。 在此基础上，我们将系统地介绍IACS的典型架构，包括集中式、分布式和集散式控制系统，分析它们的优缺点及适用范围。 第三章：工业网络通信与互联技术 本章将聚焦于支撑现代工业自动化系统的关键——工业网络通信与互联技术。我们将深入探讨工业环境中常用的通信协议和网络标准，解释它们在实现设备间高效、可靠数据交换中的作用。 现场总线技术： 详细介绍Profibus、Modbus、CAN bus、Ethernet/IP、Profinet、CC-Link等主流现场总线协议的原理、通信方式（主从、令牌）、拓扑结构（总线型、星型、环型）、传输介质（电缆、光纤）以及各自的优势和应用领域。 工业以太网： 讲解标准以太网在工业环境中的局限性以及为克服这些局限性而诞生的工业以太网技术。重点介绍实时以太网（RT）和时间敏感网络（TSN）的概念，以及它们如何确保数据传输的确定性和低延迟，满足实时控制的需求。 物联网（IoT）与工业物联网（IIoT）： 阐述IoT和IIoT的基本概念，分析IIoT在传统IACS基础上实现的价值，例如更广泛的数据采集、远程监控、预测性维护、大数据分析等。介绍MQTT、CoAP等轻量级通信协议在IIoT中的应用。 网络安全： 强调工业网络安全的重要性，讨论常见的网络攻击威胁（如DDoS、病毒、恶意软件）以及相应的防护措施。介绍防火墙、VPN、入侵检测/防御系统（IDS/IPS）、网络分段、访问控制等安全策略和技术在IACS中的应用。 第四章：传感器信号处理与数据采集 本章将详细阐述传感器信号的获取、处理和数字化过程。 传感器信号的特性： 分析传感器输出信号的类型（模拟信号、数字信号），以及这些信号在传输过程中可能遇到的干扰（电磁干扰、噪声）及其对测量精度的影响。 信号调理与预处理： 介绍信号调理电路的功能，包括放大、滤波（低通、高通、带通）、隔离、阻抗匹配等，解释其目的在于提高信号的信噪比，使其适合A/D转换。 模数（A/D）与数模（D/A）转换： 详细讲解A/D转换器的基本原理，包括采样定理（奈奎斯特-香农采样定理）、量化、编码等过程。介绍不同类型的A/D转换器（如逐次逼近型、Σ-Δ型）及其性能特点。同时，介绍D/A转换器的作用，以及它们在数字控制系统与模拟执行器之间的接口中的应用。 数据采集系统（DAQ）： 介绍DAQ系统的组成，包括传感器、信号调理模块、A/D转换器、微处理器和存储器。阐述DAQ系统的主要性能指标，如采样率、分辨率、通道数等，以及在实际工业应用中如何构建和配置DAQ系统。 第五章：高级控制理论与算法 本章将深入探讨支撑现代工业自动化的高级控制理论和算法，旨在提升控制系统的性能、鲁棒性和智能化水平。 PID控制的深入理解与改进： 在回顾PID控制基本原理的基础上，重点讲解PID参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法、手动整定法），以及PID控制器的各种改进形式，如PI、PD、I、P控制，以及积分分离PID、抗积分饱和PID、模糊PID等。 状态空间分析与控制： 引入系统状态的概念，讲解线性状态方程及其解。介绍能控性、能观性等概念，以及基于状态反馈的极点配置（状态反馈控制律设计）和最优控制（LQR）等方法。 模型预测控制（MPC）： 详细阐述MPC的基本原理，包括建立系统模型、预测未来输出、优化控制输入以及滚动优化。分析MPC的优点，如能够处理约束条件、非线性系统和多变量系统，并讲解其在化工、电力等领域的应用。 自适应控制与鲁棒控制： 介绍自适应控制的概念，使其能够根据系统参数变化自动调整控制策略。讲解增量模型自适应控制（IMAC）和模型参考自适应控制（MRAC）等典型自适应控制方法。介绍鲁棒控制理论，其目标是设计在系统存在不确定性时仍能保持良好性能的控制器。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 讲解模糊逻辑控制的基本原理，包括模糊化、模糊推理和解模糊。阐述模糊控制在处理非线性、难以建模的系统中的优势。介绍神经网络控制，包括前馈神经网络、反馈神经网络在控制领域的应用，以及如何利用神经网络进行系统辨识和控制律学习。 第六章：PLC编程与应用 本章将聚焦于工业自动化中最核心的控制器之一——可编程逻辑控制器（PLC），并详细讲解其编程与实际应用。 PLC硬件结构与工作原理： 介绍PLC的CPU模块、输入模块、输出模块、通信模块、电源模块等基本组成部分。详细阐述PLC的扫描周期和工作流程（输入扫描、程序执行、输出刷新、通信处理）。 PLC编程语言： 详细讲解IEC 61131-3国际标准定义的五种PLC编程语言：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FB）和顺序功能图（SFC）。通过大量实例，演示各种语言在实际工业控制场景中的应用。 PLC的输入/输出（I/O）配置与扩展： 讲解数字量输入/输出（DI/DO）、模拟量输入/输出（AI/AO）模块的选型、接线和配置。阐述如何通过扩展模块实现I/O点数的增加，以及远程I/O的应用。 PLC通信与网络集成： 介绍PLC与HMI（人机界面）、SCADA（数据采集与监控系统）、上位机之间的通信方式（如RS-232、RS-485、以太网），以及如何利用PLC的网络通信能力实现分布式控制和数据共享。 PLC在典型工业过程中的应用实例： 通过具体的工业应用案例，如电机启停控制、泵站控制、传送带控制、温度控制、液位控制等，演示PLC的实际编程和应用技巧，帮助读者掌握PLC在解决实际工程问题中的应用方法。 第七章：DCS与SCADA系统 本章将深入介绍两种在大型、复杂工业生产过程中广泛应用的自动化控制系统：分布式控制系统（DCS）和数据采集与监控系统（SCADA）。 DCS系统架构与特点： 详细讲解DCS的分层分布式架构，包括现场层、控制层、操作员层和管理层。分析DCS的核心特点，如高可靠性、集成化、一体化操作、强大的组态能力和诊断功能。介绍DCS在过程控制领域的典型应用，如发电厂、石油化工、冶金等。 SCADA系统功能与组成： 阐述SCADA系统的核心功能，包括数据采集、远程监控、状态显示、报警管理、趋势记录、报表生成和远程控制。详细介绍SCADA系统的主要组成部分：RTU（远程终端单元）/PLC、通信网络、SCADA服务器、操作员站、工程师站。 DCS与SCADA系统的集成与区别： 分析DCS和SCADA系统的异同点，以及它们在不同应用场景下的选择依据。探讨DCS和SCADA系统之间的集成应用，例如DCS作为底层控制，SCADA系统进行全局监控。 SCADA系统的组态与开发： 讲解SCADA系统软件的组态流程，包括创建数据库、配置I/O点、设计图形界面（HMI）、设置报警和事件、开发报表等。介绍常用SCADA软件平台及其特点。 第八章：人机界面（HMI）与可视化技术 本章将聚焦于人机界面（HMI）技术，阐述其在连接操作员与自动化控制系统之间的关键作用，以及现代可视化技术的应用。 HMI的基本功能与作用： 讲解HMI在显示生产过程参数、接收操作指令、提供报警信息、执行操作员干预等方面的功能。分析HMI在提升操作便捷性、提高生产效率和保障安全生产中的重要性。 HMI硬件与软件： 介绍不同类型的HMI硬件（如触摸屏、工业PC），以及HMI软件的开发流程，包括图形界面设计、画面元素（按钮、指示灯、仪表、图表）的配置、与PLC/DCS的数据通信设置。 可视化技术在工业中的应用： 探讨现代可视化技术，如三维建模、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）在工业自动化领域的应用前景。分析如何利用高级可视化技术实现更直观的设备状态监测、故障诊断和远程指导。 报表生成与数据分析： 介绍如何利用HMI或SCADA系统生成生产报表，统计生产数据、能耗数据、报警数据等，为生产管理和优化提供依据。 第九章：工业过程的自动化控制策略 本章将探讨针对不同类型工业过程的自动化控制策略。 单回路控制（如温度、压力、流量）： 详细讲解PID控制在这些基本过程中的应用，包括参数整定、抗积分饱和等技巧。 顺序控制（步进控制）： 介绍顺序控制的基本原理，以及如何利用PLC的SFC或梯形图实现复杂的工序控制，例如物料输送、装配流水线等。 比值控制： 阐述比值控制在混合、配料等过程中的应用，重点介绍如何通过一个主变量和多个从变量的比例关系实现精确控制。 前馈控制与反馈控制结合： 讲解前馈控制如何通过测量扰动来提前补偿，与反馈控制协同工作，提高系统的动态响应性能。 串级控制： 介绍串级控制的结构，即一个主控制器输出一个设定值给一个从控制器，从控制器负责调节某个中间环节，以提高主回路的抗扰性和稳定性。 多变量耦合控制： 探讨在存在多个相互影响的变量时，如何设计协调控制策略，以实现整体的最优控制。 第十章：工业自动化系统的维护与故障诊断 本章将关注工业自动化系统的长期稳定运行，讲解其维护策略和故障诊断方法。 预防性维护与定期检查： 强调预防性维护的重要性，包括设备的定期清洁、润滑、紧固、参数校准等。介绍维护计划的制定与执行。 故障的分类与原因分析： 对常见的自动化系统故障进行分类（如硬件故障、软件故障、通信故障、传感器故障、执行器故障），分析其可能的原因。 故障诊断方法与工具： 介绍基于PLC/DCS报警系统的故障诊断、利用诊断工具（如示波器、万用表、通信分析仪）进行硬件故障排查、以及通过程序逻辑分析软件故障。 常见故障的排除技巧： 结合实际案例，讲解如何针对特定类型的故障进行有效的排除，例如传感器信号异常、执行器无响应、PLC程序死锁等。 备件管理与应急预案： 强调建立合理的备件管理制度，以及制定完善的故障应急预案，以最大限度地缩短停机时间。 第十一章：工业自动化系统集成与发展趋势 本章将对工业自动化系统的集成化、智能化发展进行展望。 系统集成的重要性： 强调将不同子系统（如控制系统、信息系统、制造执行系统MES、企业资源计划ERP）集成的重要性，实现数据在企业内部的互联互通。 工业4.0与智能制造： 阐述工业4.0的核心理念，如互联互通、信息透明、技术协同，以及智能制造的发展方向，包括柔性生产、个性化定制、数字化车间。 大数据与人工智能在工业自动化中的应用： 探讨如何利用大数据分析技术实现预测性维护、工艺优化；以及人工智能（如机器学习、深度学习）在故障诊断、智能决策、自主学习控制等方面的应用。 工业互联网平台： 介绍工业互联网平台的作用，为设备连接、数据共享、应用开发提供支持，推动工业生态系统的协同发展。 未来发展方向： 展望工业自动化控制系统的未来发展，例如更加灵活的系统架构、更加智能化的控制算法、更加普及的云计算和边缘计算应用，以及对网络安全提出的更高要求。 通过以上章节的详细阐述，本书旨在为读者构建一个全面、深入的现代工业自动化控制系统知识体系，使其能够理解、设计、实施和维护高效、可靠的自动化控制系统，并为应对未来工业发展的挑战做好准备。

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这是一本能让人感受到作者对设备深厚感情的书。它不仅仅是一本枯燥的技术手册，更像是一份沉甸甸的经验总结。我发现书中有些地方的描述，透露着一种对传统工艺的尊重与现代技术的融合。比如在讨论老旧灯泡机组的现代化改造时，它没有简单地主张全盘西化，而是审慎地分析了更换新励磁系统或数据采集系统时，需要如何与原有的机械结构和保护逻辑进行“平滑过渡”。这种对历史遗留问题的深刻理解和务实的解决方案，是很多新出版的、脱离实际环境的书籍所不具备的。书中对一些特定故障的描述，比如由于特殊水文条件引发的绕组局部过热，或者由于水下结构件松动导致的周期性冲击，其细致程度让我感同身受，仿佛又回到了当初处理那些棘手问题的现场。它教会我们的不仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”，这对于培养工程师的系统思维至关重要。

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这本《灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修》简直是为我们这种常年与大型水电站打交道的工程师量身定制的宝典。我刚接手我们水电站的运行维护工作时，面对那庞大复杂的灯泡式机组，真是心里发怵。网上的资料零散不说，大多都是理论性的阐述，真到了现场出了问题，翻遍手册也找不到直击要害的解决方案。这本书的出现，就像在黑暗中点亮了一盏明灯。它没有过多纠结于那些教科书式的物理原理，而是直奔主题，详细拆解了从机组启动前的各项准备工作，到并网运行中的负荷调节、电压控制等每一个关键环节的操作规程。尤其是关于异常工况的处理章节，简直是现场急救手册，描述了从轻微振动到严重甩负荷等各种突发情况的预兆、诊断步骤以及恢复正常运行的具体操作流程，语言精准、步骤清晰，读起来让人心安不少。我特别欣赏作者对“预防性维护”的强调，那些关于轴承润滑、密封件更换周期和水下部件腐蚀监测的细致指导，大大降低了我们计划外停机维护的频率。这本书的价值，体现在它实实在在能帮我们少走弯路，确保机组安全、经济运行。

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从装帧和排版来看，这本书的用心程度也值得称赞。虽然内容是硬核的技术干货，但图文的配合度极高，大量的剖面图、接线图和维护流程图，有效地降低了复杂结构的理解难度。特别是那些针对灯泡机组特殊结构件（如尾水管扩散段的检查通道、灯泡内部的排水系统）的细节图示，清晰地标明了检修时的安全警示点和操作盲区，这对于保证检修人员的人身安全是极其重要的。我尤其关注了它对“数字化检修”理念的引入，虽然主要是基于现有设备的功能，但它引导我们思考如何利用传感器数据、远程监控平台来优化维护计划，从传统的“按时间计划”转向“基于状态的维护”。这本书的内容覆盖面很广，从基础的电气保护整定到复杂的机械密封维护，再到环境影响（如噪音控制），都做了有条不紊的梳理，使得它不仅是运行维护人员的案头必备，也是电力学院高年级学生了解大型水电设备工程实践的优秀参考读物。

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说实话，刚拿到这书的时候，我还有点将信将疑，毕竟市面上关于水轮机维修的书不少，但真正能把“检修”这两个字写透的太少了。很多书要么偏重设计理论，要么只停留在日常巡检层面，对于像灯泡机组这种结构特殊、检修难度极高的设备，总觉得力不从心。这本书最让我眼前一亮的是对“大修”阶段的深度剖析。它不仅罗列了需要拆解的部件清单，更重要的是，它详尽描述了特定工具的使用方法和关键节点的工艺要求。比如，叶轮的精细平衡校准、转子吊装过程中的受力分析与配合、以及气密性试验的具体标准和判定依据，这些都是需要多年经验积累才能掌握的“手艺活”。作者显然是在一线摸爬滚打多年，他提供的那些“老法子”和注意事项，比标准规程里冷冰冰的描述要人性化得多，也更符合实际操作中的复杂性。对于我们这些正在培养下一代技术骨干的单位来说，这本书无疑是极好的教材，它系统地传承了宝贵的实践经验，让年轻技师能够快速掌握大型设备检修的“精髓”。

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我对技术书籍的评价标准一向苛刻，重点看它在“深度”和“广度”上能否达到平衡。这本书在“运行优化”这块做得尤其出色，远超出了基础操作手册的范畴。现如今，电力系统的要求越来越高，水轮机不仅要可靠发电，还要参与电网调频、爬坡能力和快速备用等多种服务。书中关于如何根据水头变化实时调整导叶开度和桨叶角度以达到最高水轮效率的分析，结合了现场运行数据和控制系统的反馈机制，给出了非常具有操作性的建议。我尝试运用书中的一些参数调整策略，确实在近期的枯水期，单位水能利用率有了明显的提升，这一点在经济效益上是立竿见影的。此外，它对机组振动诊断的讲解也十分到位，不再是简单地告诉你“振动超标了”，而是深入分析了湍流、空化、轴系不对中可能导致的频率特征，并指导我们如何通过频谱分析来锁定故障源头，这种从现象到本质的分析逻辑，非常有助于提升现场人员的故障排查能力。

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