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出版者:高等教育

作者:孙达夫

出品人:

页数:295

译者:

出版时间:2008-9

价格:33.80元

装帧:

isbn号码:9787040210118

丛书系列:

图书标签:

• 维修电工
• 电工技术
• MES
• 模块化教学
• 职业教育
• 技能培训
• 实操
• 电路维修
• 工业电气
• 电力系统

现代工业自动化与电气控制系统实践指南 本书聚焦于当代工业生产线上普遍采用的自动化技术与电气控制系统的深入解析与实践应用。内容涵盖了从基础的电气元件识别、电路原理到复杂的可编程逻辑控制器（PLC）编程、变频驱动技术以及工业网络通信等前沿领域，旨在为电气工程技术人员、自动化工程师以及相关专业学生提供一本全面、实用的技术参考手册和实战教程。 第一部分：电气控制基础与安全规范 本部分作为后续高级主题的基石，详细阐述了现代工业电气控制系统的基本构成要素、工作原理及严格的安全操作规程。 1.1 工业电气原理与元器件详解 深入解析了三相交流电的基本特性、功率计算（有功、无功、视在功率）以及功率因数校正的重要性。详细介绍了工业现场常用的电气元件，包括： 接触器与继电器： 结构原理、选型原则（AC-3/AC-4 负载分类）、线圈与触点参数的匹配。特别强调了电磁干扰（EMI）对控制回路的影响及抑制措施。 断路器与熔断器： 各种保护特性（过载、短路、接地保护）的区分，以及如何根据负载特性和短路电流等级选择合适的保护装置，重点讲解了热脱扣与电磁脱扣机构的工作流程。 开关元件与传感器： 阐述了接近开关（电感式、电容式、霍尔式）、光电开关（对射式、反射式、漫反射式）的工作原理和抗干扰设计。详述了限位开关、行程开关在机械设备中的应用逻辑。 控制回路设计规范： 依据国家及国际标准，详细讲解了控制回路的接线要求、导线规格选择、端子排的组织与标识方法，确保回路的可靠性和可维护性。 1.2 工业电气安全操作与防护 电气安全是工业生产的生命线。本章系统梳理了电气作业的法定要求和最佳实践： 人身防护： 绝缘工具的使用规范、个人防护装备（PPE）的选择与正确穿戴，特别是高压作业的隔离措施。 操作安全规程： “五防”措施的执行细则，包括挂牌、上锁、验电、接地等关键步骤，杜绝误操作引发的事故。 电气防火与防爆： 针对含有易燃易爆气体的场所，讲解了隔爆型、增安型等防爆电气设备的选择标准和安装要求，以及静电的消除与导除技术。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）与系统集成 本部分是全书的核心，侧重于当代工业自动化“大脑”——PLC的深入应用，涵盖了主流厂商的编程环境和实际工程案例。 2.1 西门子 S7-1500/三菱 Q 系列平台技术剖析 详细介绍了主流工业级 PLC 的硬件架构、CPU 性能参数、存储器组织方式（数据块、背景数据块、实例数据块的用途）。 指令系统精讲： 系统地讲解了逻辑运算指令（LD, OR, NOT）、定时器/计数器指令（TON, TOF, CTU, CTD）的高级应用，并重点深入讲解了数据处理指令，如数据类型转换、字操作指令（BLKMOVE, SWAP）在复杂算法实现中的作用。 中断与故障处理： 阐述了硬件中断（如外部脉冲捕获）、定时中断的配置方法，以及如何利用系统诊断功能快速定位和处理程序运行时出现的硬件或软件异常。 2.2 结构化程序设计与算法实现 提倡采用高效、易于维护的结构化编程思想，以应对日益复杂的自动化任务。 功能块（FB）与功能（FC）的应用： 讲解了如何封装可重复使用的控制逻辑，如电机启停控制模板、阀门切换序列等，实现代码的模块化管理。 状态机控制（SFC）： 利用顺序功能图（SFC）对批处理流程、多步骤动作序列进行建模，显著提高了复杂工艺流程的逻辑清晰度和调试效率。 数据块管理： 详细说明了如何利用数据块存储工艺参数、报警信息和历史记录，并结合非易失性存储器（NVRAM）的应用，确保停电后数据不丢失。 第三部分：驱动技术与运动控制集成 本部分着重于实现精确运动控制所需的关键技术——变频器与伺服系统。 3.1 变频器（VFD）的原理、选型与调试 深入剖析了矢量控制（Vector Control）和开环/闭环控制模式的差异。 参数化设置： 详细指导如何根据电机铭牌参数（额定电压、电流、频率、极对数）正确设置 VFD 的基本参数，并重点讲解了电机自学习（Auto-tuning）的过程与意义。 故障诊断与电流限制： 分析了过流、欠压、IGBT 模块过热等常见故障代码的含义及排除方法。指导如何通过调整转矩提升和加速/减速时间来优化负载启动和停止的平稳性。 通信集成： 介绍了如何通过 Modbus RTU 或 Profinet 等工业协议，将变频器的运行状态、频率给定值上传给 PLC 进行集中监控。 3.2 伺服驱动系统与定位控制 伺服系统是高精度、高速运动控制的核心。 系统组成与选型： 区分了步进电机、直流伺服与交流伺服的特点，并根据负载惯量比、响应速度要求选择合适的伺服包（驱动器+电机）。 电子齿轮与凸轮控制： 讲解了在复杂的联动机构（如包装、印刷设备）中，如何通过 PLC 结合高速运动控制模块（EMC）实现电子齿轮比的设定，以及动态凸轮曲线的生成与跟踪。 系统辨识与增益调整： 提供了系统（机械共振频率）辨识的基本方法，指导工程师如何合理调整伺服的 P/I/D 环参数，以达到快速响应且无超调的控制效果。 第四部分：工业网络与人机界面（HMI） 本部分关注自动化系统的互联互通和可视化操作。 4.1 工业通信网络协议详解 系统对比了主流的现场总线和工业以太网技术： 现场总线（Fieldbus）： 重点介绍 Profibus DP 在中速设备连接中的应用，包括主站/从站的配置和数据交换区的映射。 工业以太网（Industrial Ethernet）： 深入讲解了 Profinet IO 的实时性要求（IRT），以及 EtherNet/IP 的数据包结构。阐明了实时控制数据与非实时数据（如报警、历史数据）在网络中的传输差异。 网络拓扑与诊断： 讲解了星型、环型、总线型等拓扑结构的优缺点，以及如何利用网络诊断工具（如 Wireshark 抓包分析）排查通信延时和丢包问题。 4.2 人机界面（HMI）的构建与数据交互 HMI 是操作员与自动化系统交互的窗口。 画面设计原则： 遵循“少即是多”的原则，强调操作界面应符合人机工程学，关键信息（报警、运行状态）应高亮显示。 报警管理系统： 设计分级报警机制（一级紧急、二级故障、三级提示），并实现报警的历史记录、确认与清除功能。 配方与数据存储： 指导如何利用 HMI 的数据管理功能，实现工艺配方的存储、调用和锁定，确保生产过程的一致性。 本书特色： 本书结构严谨，理论与实践紧密结合，力求每一章节的理论阐述后，都能紧跟实际工程中的典型应用案例，强调在真实生产环境下对系统进行优化、诊断和维护的能力培养。所涉及的技术和方法均基于当前工业界广泛采用的标准和主流设备平台。

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这本所谓的“维修电工技术”读物，从封面到内页的排版，都散发着一种陈旧、过时的气息，让人不禁怀疑它究竟是哪个年代的教材被重新包装上市。我原本期待能看到一些关于现代工业控制系统，比如西门子PLC或者罗克韦尔的最新应用案例，又或者至少是针对当前主流变频器和伺服驱动器故障诊断的深度解析。然而，书里充斥的却是大量关于老式继电器控制线路的冗长描述，那些电路图看起来像是直接从上个世纪八十年代的工厂手册里扫描下来的，即便是对于初学者来说，也缺乏必要的直观性和现代化示意图的辅助。对于一个急需掌握如何快速排除现代自动化生产线上突发故障的读者而言，这本书提供的帮助无异于杯水车薪。它似乎完全忽略了工业物联网（IIoT）、远程监控和基于云的数据分析这些已经成为行业标配的技术趋势。与其说它是一本技术参考书，不如说它是一份详尽的历史文献，记录着已经被淘汰的电工操作方式，让人感到强烈的时代脱节和知识储备的焦虑。我花了大量时间试图从中寻找任何可以迁移到当前工作环境中的知识点，但每一次翻页都带来了更深的失望，因为它的侧重点似乎完全停留在基础理论的纸上谈兵，而非实际动手解决问题的能力培养上。

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对于现代变频驱动（VFD）技术的阐述，该书表现出一种令人费解的保守和落后。它花了大量的篇幅去解释传统的交流电机启动原理和简单的电阻降压启动方式，这固然是基础，但对于一本声称教授“维修电工技术”的书来说，未能在核心部分深入探讨如何对当前几乎所有工业电机进行调速的VFD进行深入剖析，是其致命的缺陷。书中对VFD的介绍，仅仅停留在“它能改变转速”的层面，对于过流保护的判断逻辑、直流环节的故障诊断、IGBT模块的检测方法，乃至当下最热门的矢量控制与磁场定向控制（FOC）的区别，都避而不谈。如果一个电工拿着这本书去面对一个参数设置错误的驱动器，他除了会检查保险丝之外，很可能束手无策。优秀的维修技术书籍应该能指导读者如何通过示波器捕捉电压波形来判断IGBT是否损坏，或者如何通过驱动器的人机界面（HMI）快速定位通信错误。这本书在这方面几乎是一片空白，让人觉得作者对现代电气传动系统的实际运行和维护缺乏第一手的经验。

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我对书中关于“安全联锁回路设计”的章节感到十分失望，因为它根本没有体现出“安全”二字的严肃性。在工业安全标准日益严格的今天，安全回路的设计必须严格遵守SIL（安全完整性等级）或PL（性能等级）的要求，这涉及到冗余设计、双通道监控和故障检测机制。这本书里展示的安全回路，不过是几个简单的双回路串联，并且完全没有提及任何关于安全继电器模块或安全PLC的应用。它给出的解释是：“只要有两个独立的接触器串联，就实现了双重保障。”这种解释在实际的安全认证中是站不住脚的，因为它没有考虑接触器自身故障模式的相容性、诊断覆盖率以及故障安全状态的实现。对于一个专业技术人员来说，这本书提供的安全知识不仅不足以指导实践，反而可能因为其过于简化的错误引导，让读者产生错误的安全认知，这比不知道要危险得多。安全是不能打折扣的，而这本书显然将复杂的工程安全要求，降格处理成了基础的电路串联练习，完全不符合现代工业对操作人员的专业要求。

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这本书对于“故障树分析（FTA）”的介绍，如果用“蜻蜓点水”来形容都算是一种褒奖了。我期望看到的是如何系统性地构建一个复杂的故障模型，如何定义顶层事件，并逐步分解到基础失效事件，包括人为失误和环境因素的概率建模。然而，书中只是给出了一个极其简单的、基于两三个基本元件串并联关系的示例，然后就宣布这个分析方法已经讲完。这对于需要进行高可靠性系统设计（如安全仪表系统SIS）的读者来说，是完全不适用的。真正的FTA需要强大的逻辑推导能力和对系统组件故障模式的深刻理解，并且需要借助专业的软件工具进行运算。这本书里连一个关于如何确定基本事件发生概率的讨论都没有，更没有提及IEC 61025或MIL-STD-882E等行业标准。这使得读者即使读完该章节，也无法将这种分析方法应用到任何一个稍微复杂一点的实际控制回路中去，充其量只能用于理解一个最基础的逻辑门故障判断，实在是对“系统故障诊断”这个主题的极度轻视和简化。

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我花了整整一个下午试图理解书中关于“电磁兼容性（EMC）设计”的那一章节，希望能从中找到一些关于如何在高干扰环境中布置敏感控制线路的实用技巧。结果发现，它只是用极其简略的语言提及了屏蔽和接地，然后就草草收场了，完全没有深入到任何一个实际工程中至关重要的细节层面。比如，它没有谈论到如何根据频率和噪声源选择合适的屏蔽材料，没有对比过不同接地系统（如单点接地、多点接地）在不同工业场景下的优缺点和实施标准，更不用说关于滤波器的选型和安装位置的实战经验了。对于一个想要设计或者调试抗干扰能力强的电气柜的工程师来说，这种描述简直是浮于表面的敷衍。我更希望看到的是真实的案例分析，展示在某个特定设备出现间歇性故障时，技术人员是如何通过分析频谱和优化走线来彻底解决问题的。这本书的叙述风格是典型的“告知你是什么，但绝不教你如何做”，这种教育方式在高度依赖实践经验的技术领域，其价值简直可以忽略不计。我甚至怀疑作者是否真正接触过需要应对严苛EMC标准的高端制造业环境。

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