Automating With Step 7 in LAD and FBD pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Berger, Hans

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:

价格:95

装帧:HRD

isbn号码:9783895782541

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• Siemens
• Step 7
• LAD
• FBD
• Automation
• Industrial Control
• Programming
• Electrical Engineering
• Industrial Automation
• Technical Documentation

《工业自动化系统：从理论到实践的深度解析》 书籍概述 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极其实用的工业自动化系统构建与维护指南。我们聚焦于当前工业界最前沿、最核心的技术与方法论，涵盖了从传感器/执行器层面的物理交互，到现场总线通信，再到上层控制逻辑的完整技术栈。本书的结构设计兼顾了理论的严谨性与实践操作的指导性，特别强调了在复杂工业场景中，如何高效、可靠地设计、编程、调试和优化自动化解决方案。 本书的目标读者群广泛，包括新入行的自动化工程师、希望拓宽知识边界的电气技术人员、正在进行技术升级的工厂维护团队，以及对工业物联网（IIoT）和智能制造感兴趣的工程专业学生。我们力求用清晰、直观的语言，将复杂的自动化概念分解为易于理解的模块，并通过大量的案例研究和工程实例进行阐释。 第一部分：工业自动化基础与系统架构 本部分是构建读者对现代工业控制系统整体认知的基石。我们首先从工业控制系统的基本构成单元入手，详细介绍各种传感器和执行器的选型、工作原理、接线规范及其在不同环境下的应用考量。这包括但不限于：接近开关、光电传感器、压力/温度变送器、伺服电机、变频驱动器（VFD）等。 随后，我们将深入探讨控制系统的层次化架构——从现场层（Field Level）到控制层（Control Level）再到监控层（Supervisory Level）。重点分析不同层次设备之间的信息流动和能量传递机制。特别地，我们为读者剖析了当前主流的工业网络技术。这不是对现有特定编程语言的介绍，而是专注于通信协议本身。我们将详尽对比和分析如 EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP/RTU、以及新兴的 OPC UA 协议的底层结构、数据模型、实时性保证和网络拓扑设计原则。我们会提供一套系统的评估方法，帮助工程师根据项目需求（如带宽、确定性要求、系统规模）选择最合适的现场总线技术。 第二部分：过程控制理论与算法实现 本部分将从控制理论的角度，为读者打下坚实的逻辑基础。我们将超越简单的开关量控制，聚焦于连续过程和伺服运动控制中的复杂算法。 2.1 经典 PID 控制的精细调优： 虽然 PID 算法看似基础，但其在实际工业应用中的性能极度依赖于精确的参数整定。本书将系统地介绍多种先进的 PID 调优方法，包括Ziegler-Nichols 法、基于模型的系统辨识方法，以及如何处理具有较大纯延迟（Dead Time）和非线性特性的过程。我们将探讨如何利用软件工具进行仿真和离线分析，以预测和优化 PID 环的动态响应，包括对积分饱和、微分项噪声放大的有效抑制策略。 2.2 高级过程控制（APC）： 针对大型、复杂联控单元，我们引入先进控制的概念。详细介绍模型预测控制（MPC）的基本原理、状态空间表示法，以及如何构建过程模型（如基于脉冲响应或阶跃响应）。我们将讨论如何利用 MPC 来处理多变量耦合系统，实现最优控制目标，并探讨在资源有限的控制器上部署轻量级 APC 算法的可行性。 2.3 运动控制系统设计： 伺服驱动和多轴协同运动是现代制造业的关键。本章将深入剖析点位控制、轨迹规划（如S曲线、梯形速度曲线）的数学模型。重点在于解析同步控制中的误差处理机制，如电子凸轮（Electronic Gearing）和虚拟轴的建立与管理。我们将强调在实际操作中，如何通过调整运动控制器的内部环路参数，确保高精度定位和动态跟随能力。 第三部分：工业安全、诊断与维护策略 现代工业系统对可靠性和安全性提出了前所未有的要求。本部分着重于如何构建具有鲁棒性的系统并确保其长期稳定运行。 3.1 功能安全（Functional Safety）： 我们将遵循 IEC 61508 和 IEC 61511 标准的要求，详细解释安全完整性等级（SIL）的确定流程。内容将涵盖安全回路的设计、安全相关系统的验证与确认（V&V）。重点是分析不同类型的危险事件，并选择合适的安全仪表系统（SIS）架构（如 1oo1, 1oo2, 2oo3 等）来达到目标 SIL 等级。本书不涉及特定厂商的安全编程，而是侧重于安全设计原则和文档化要求。 3.2 故障诊断与预测性维护（PdM）： 有效的诊断是快速恢复生产的关键。我们将介绍基于状态的监测（Condition Monitoring）技术，包括如何利用振动分析、热成像和电流特征分析来识别潜在的机械故障（如轴承磨损、电机绕组退化）。本书将提供构建故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）的方法论，以系统地评估系统故障的可能性和后果。此外，我们还将介绍基于数据分析的预测性维护模型构建，例如如何利用历史运行数据和机器学习算法来预测设备剩余使用寿命（RUL）。 3.3 提高系统可靠性的工程实践： 涵盖了冗余技术在不同层级的应用，例如电源冗余、控制器冗余（热备用和冷备用）、以及通信链路的冗余设计。我们将分析这些冗余方案的切换时间、维护复杂性和成本效益比，为工程师提供实际的决策参考。 第四部分：数字化转型与集成 本部分面向工业 4.0 的趋势，探讨控制系统如何与企业信息系统进行高效集成。 4.1 制造业运营管理系统集成： 深入解析制造执行系统（MES）与控制系统（PCS/PLC）之间的数据交互模型。重点是标准化的数据交换接口，如 ISA-95 模型在实际集成项目中的应用。我们将展示如何设计高效、低延迟的数据采集策略，以支持车间调度、质量追溯和能源管理。 4.2 云/边沿计算在工业中的应用： 探讨将部分控制逻辑或数据分析任务下沉至边缘设备（Edge Computing）的可行性与优势。分析在本地进行实时数据预处理和初步分析，如何减轻云端压力并提高响应速度。我们将讨论数据安全、加密传输协议在连接 OT（运营技术）和 IT（信息技术）网络时的关键要求。 结论 《工业自动化系统：从理论到实践的深度解析》是一本面向工程实践的参考书。全书拒绝陷入特定软件平台的细节纠缠，而是致力于传授跨平台、跨技术的底层逻辑、系统设计哲学和先进的工程方法论。通过系统学习本书内容，读者将能够掌握构建、优化和维护高可靠性、高效率的现代工业自动化系统的核心能力。

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