现代电气控制及PLC应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学

作者:王永华

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:2008-2

价格:39.00元

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isbn号码:9787810779081

丛书系列:

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• 自控
• PLC
• 电气控制
• PLC
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• 现代电气技术

《工业自动化系统设计与集成》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的工业自动化系统设计与集成领域的学习框架，涵盖了从基础理论到实际应用的全过程。本书不仅注重理论知识的传授，更强调实践能力的培养，致力于帮助读者掌握构建、部署和维护高效、可靠的工业自动化系统的关键技能。 第一部分：工业自动化基础理论与技术 本部分将为读者打下坚实的理论基础，理解工业自动化的核心概念、发展历程以及关键技术。 第一章：工业自动化的概念、发展与趋势 1.1 工业自动化的定义与内涵： 深入阐述工业自动化的基本含义，即利用各种自动化技术，实现工业生产过程的自动检测、信息处理、决策和执行，从而提高生产效率、产品质量，降低成本和劳动强度。我们将探讨自动化在不同工业领域的应用，如离散制造、流程制造、能源、交通等。 1.2 工业自动化的发展历程： 回顾自动化技术的演进，从早期的机械自动化、电气控制，到基于微处理器和计算机的自动化，再到当前的信息化、智能化和网络化时代。重点分析各阶段的关键技术突破和对工业生产模式的变革。 1.3 工业自动化的主要构成要素： 详细介绍构成工业自动化系统的基本组件，包括传感器（感受与测量）、执行器（实现与驱动）、控制器（决策与控制）、人机界面（交互与监控）、通信网络（信息传递）以及上位管理系统（生产管理与优化）。 1.4 工业自动化的发展趋势： 展望未来工业自动化的发展方向，如工业4.0、智能制造、物联网（IoT）在工业中的应用、大数据分析、人工智能（AI）在工业生产中的赋能、机器人技术、数字孪生等。分析这些趋势对企业运营和行业格局的影响。 第二章：传感器与变送器技术 2.1 传感器的工作原理与分类： 介绍各种常见传感器的基本工作原理，包括电阻式、电容式、电感式、光电式、霍尔效应式、超声波式、红外线式、激光式等。根据测量对象（温度、压力、流量、液位、位移、速度、力、气体成分等）和工作原理对传感器进行分类。 2.2 常用工业传感器详解： 温度传感器： 热电偶、热电阻（RTD）、红外温度传感器等。 压力传感器： 压阻式、电容式、应变片式等。 流量传感器： 电磁流量计、涡街流量计、差压流量计、超声波流量计等。 液位传感器： 浮球式、电容式、雷达式、超声波式等。 位移传感器： 线性电位计、LVDT、编码器、激光测距传感器等。 其他传感器： 速度传感器、力传感器、气体传感器、图像传感器等。 2.3 变送器的功能与选型： 讲解变送器（Transmitter）的作用，即将传感器输出的原始信号转换成标准化的电信号（如4-20mA、0-10V、 HART协议等），并进行放大、滤波、补偿等处理。介绍变送器的选型原则，包括测量范围、精度等级、响应时间、环境适应性、输出信号类型等。 2.4 传感器的安装与维护： 探讨传感器的正确安装方法，以保证测量精度和使用寿命。介绍传感器的日常检查、校准和故障排除方法。 第三章：执行器与驱动技术 3.1 执行器的作用与分类： 阐述执行器（Actuator）作为自动化系统的“手臂”，接收控制器的指令并转化为实际动作的设备。根据能量转换形式，执行器可分为电气执行器、液压执行器、气动执行器等。 3.2 电气执行器： 电机与电机驱动： 直流电机、交流电机（异步电机、同步电机）、伺服电机、步进电机等。详细介绍不同类型电机的结构、工作原理、性能特点及应用场合。 电机驱动器/伺服驱动器： 变频器（VFD）、伺服驱动器、步进电机驱动器等。讲解其功能，如调速、定位、力矩控制、保护等。 电磁阀与电磁铁： 介绍电磁阀的结构、工作原理、类型（二通、三通、四通等）及其在流体控制中的应用。 3.3 液压与气动执行器： 液压系统： 液压泵、液压缸、液压马达、换向阀、节流阀等。介绍液压传动的优势（大功率、高精度）与应用。 气动系统： 气源装置（空压机、储气罐）、气动阀、气动缸（单作用、双作用）等。介绍气动传动的优势（响应快、清洁）与应用。 3.4 执行器的选型与集成： 讲解执行器选型的关键因素，如负载特性、运动要求、精度要求、响应速度、环境条件、能耗等。探讨执行器与控制系统的集成方式。 第四章：工业通信网络与总线技术 4.1 工业通信网络基础： 介绍工业通信的基本概念，包括数据传输速率、通信介质、通信协议、拓扑结构等。 4.2 现场总线技术： AS-i（Actuator-Sensor Interface）： 讲解其简单、经济的特点，适用于传感器和执行器的连接。 PROFIBUS/PROFINET： 详细介绍其在西门子等厂商中的广泛应用，及其在数据传输速率、实时性、可靠性方面的优势。 DeviceNet/EtherNet/IP： 介绍其在Rockwell Automation等厂商中的应用，基于以太网技术，具备强大的兼容性和灵活性。 CC-Link/CC-Link IE： 介绍其在三菱等厂商中的应用，尤其适用于中国市场。 Modbus（RTU/TCP）： 介绍其开放、简单的特点，广泛应用于各种设备之间。 4.3 工业以太网： 讲解标准以太网在工业环境中的应用，以及为满足实时性、可靠性需求而进行的改进，如TSN（Time-Sensitive Networking）。 4.4 无线通信技术在工业中的应用： 介绍Wi-Fi、LoRa、NB-IoT、5G等无线技术在工业场景下的应用，如远程监控、资产追踪、移动作业等。 4.5 通信网络的选型与设计： 根据应用需求（数据量、实时性、通信距离、环境复杂度、成本等），选择合适的通信网络和协议。讨论网络的设计、布线和故障排除。 第二部分：工业自动化系统集成实践 本部分将深入探讨如何将基础技术整合起来，构建完整的工业自动化解决方案。 第五章：人机界面（HMI）与监控系统 5.1 HMI的功能与设计原则： 阐述HMI（Human-Machine Interface）在人与自动化设备之间的交互作用。讲解HMI的设计原则，如直观性、易用性、信息可视化、操作安全性等。 5.2 HMI软件与硬件： 介绍常见的HMI开发软件（如组态软件）和各种类型的HMI终端（触摸屏、工控机等）。 5.3 SCADA系统： 讲解SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，包括其数据采集、监控、报警、报表生成、历史数据存储等功能。分析SCADA系统在工业生产过程中的关键作用。 5.4 MES/ERP系统集成： 探讨HMI/SCADA系统如何与更高级别的制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）系统集成，实现生产数据的上下贯通，提升管理效率。 5.5 HMI与SCADA系统的应用实例： 通过实际案例，展示HMI在设备操作、状态显示、参数设置等方面的应用，以及SCADA系统在生产过程监控、数据分析和决策支持方面的作用。 第六章：工业机器人与自动化生产线 6.1 工业机器人的种类与应用： 介绍六轴机器人、Delta机器人、SCARA机器人、协作机器人等不同类型的工业机器人，并分析其在搬运、焊接、装配、喷涂、检测等领域的应用。 6.2 机器人运动控制与编程： 讲解机器人的运动学（正/逆解）、轨迹规划、点位示教、在线编程等概念。介绍机器人的编程语言和开发环境。 6.3 自动化生产线的设计与布局： 探讨自动化生产线的组成要素，包括输送系统、工装夹具、机器人工作站、检测设备、安全防护等。分析生产线布局的优化原则，如流程顺畅、空间利用率、人机安全等。 6.4 机器人与PLC/SCADA的协同： 讲解如何通过PLC或SCADA系统控制和协调机器人工作，实现生产过程的整体自动化。 6.5 柔性制造与智能生产线： 介绍柔性制造单元（FMS）和智能生产线的概念，以及它们如何通过高度集成和智能化实现产品快速切换和个性化定制。 第七章：自动化系统项目实施流程与管理 7.1 项目启动与需求分析： 明确项目目标、 scope（范围）、预算和时间表。进行详细的现场勘查和工艺流程分析，确定自动化系统的功能需求和性能指标。 7.2 系统设计与方案制定： 根据需求分析结果，进行系统的总体设计、详细设计。包括硬件选型、软件架构设计、网络配置、控制策略制定等。输出完整的系统设计方案。 7.3 硬件选型与采购： 根据设计要求，选择合适的控制器、传感器、执行器、HMI、通信设备等，并进行采购。 7.4 软件开发与组态： 进行PLC程序编写、HMI组态、SCADA系统配置。进行各模块的单元测试。 7.5 系统集成与联调： 将各个独立开发的软硬件模块进行集成，并进行全面的系统联调。解决模块间可能出现的通信、逻辑、性能等问题。 7.6 现场安装与调试： 在生产现场进行设备的安装、布线、连接。进行现场调试，使系统达到设计性能要求。 7.7 用户培训与文档编写： 为用户提供操作、维护和故障排除的培训。编写详细的系统操作手册、维护手册和设计文档。 7.8 项目验收与后期支持： 根据合同要求进行项目验收。提供系统上线后的技术支持和维护服务。 7.9 项目风险管理： 分析项目实施过程中可能遇到的风险，并制定相应的规避和应对措施。 第八章：工业自动化系统的维护与故障诊断 8.1 预防性维护策略： 介绍制定预防性维护计划的重要性，包括定期检查、润滑、清洁、紧固、参数备份等，以减少设备故障率。 8.2 故障诊断的基本方法： 介绍常见的故障诊断思路和方法，如“三步法”（问、看、测）、“排除法”、“类比法”等。 8.3 常见故障类型与原因分析： 针对传感器、执行器、控制器、通信网络、HMI等各个环节，分析可能出现的常见故障及其根本原因。 8.4 故障诊断工具与技术： 介绍使用示波器、万用表、逻辑分析仪、诊断软件、在线监控工具等辅助故障诊断。 8.5 故障排除与安全措施： 讲解故障排除的步骤和注意事项，强调在维修过程中必须遵守的安全规程，如断电、挂牌、隔离等。 8.6 系统升级与改造： 探讨在维护过程中，如何根据生产发展需求，对现有自动化系统进行升级改造，以提高系统性能和适应性。 第三部分：前沿技术与发展方向 本部分将带领读者了解当前工业自动化领域的热点技术和未来发展趋势。 第九章：工业物联网（IIoT）与数据分析 9.1 工业物联网（IIoT）概念与架构： 介绍IIoT的组成，包括智能设备、连接性、数据平台、应用服务等。分析IIoT如何将物理世界的工业设备与数字世界连接起来。 9.2 IIoT在工业生产中的应用： 探讨IIoT在设备状态监测、预测性维护、远程监控、资产管理、供应链优化等方面的具体应用。 9.3 工业大数据分析： 介绍如何收集、存储、处理和分析工业生产过程中产生的大量数据。讲解数据挖掘、机器学习、人工智能在工业数据分析中的应用。 9.4 云计算与边缘计算在IIoT中的作用： 分析云计算和边缘计算如何为IIoT提供强大的计算和存储能力，以及它们各自的优劣势和应用场景。 9.5 IIoT的安全挑战与对策： 讨论IIoT系统面临的网络安全风险，以及如何通过加密、身份认证、访问控制等技术保障系统安全。 第十章：人工智能（AI）在工业自动化中的应用 10.1 AI基础概念与技术： 简要介绍机器学习（监督学习、无监督学习、强化学习）、深度学习、计算机视觉、自然语言处理等AI核心技术。 10.2 AI在预测性维护中的应用： 讲解如何利用AI模型分析设备运行数据，预测潜在故障，实现主动式维护，降低停机时间。 10.3 AI在质量检测与控制中的应用： 介绍AI驱动的视觉检测系统如何实现高精度、高效率的产品缺陷识别。探讨AI在工艺参数优化和过程控制中的作用。 10.4 AI在机器人与自动化生产线中的应用： 讲解AI如何赋能机器人实现更智能的路径规划、自主学习、人机交互。探讨AI如何优化生产线协同和资源分配。 10.5 AI在能源管理与优化中的应用： 分析AI如何通过分析生产能耗数据，实现能源消耗的预测和优化调度。 10.6 AI在工业自动化中的挑战与伦理问题： 讨论AI应用可能带来的数据隐私、算法偏见、失业问题等挑战，以及如何负责任地应用AI技术。 第十一章：数字孪生（Digital Twin）技术 11.1 数字孪生的概念与构成： 介绍数字孪生是指物理实体的数字映射，包括物理模型、传感器数据、历史数据、仿真模型等。 11.2 数字孪生在产品生命周期中的应用： 探讨数字孪生在产品设计、制造、运行、维护等全生命周期中的应用价值。 11.3 数字孪生与工业自动化系统的集成： 讲解如何将数字孪生技术与现有的工业自动化系统（如SCADA、MES）相结合，实现更精细化的监控、仿真和优化。 11.4 数字孪生在生产过程仿真与优化中的应用： 演示如何利用数字孪生对生产流程进行仿真，识别瓶颈，优化布局，提高效率。 11.5 数字孪生的未来发展： 展望数字孪生技术在智慧工厂、智慧城市等领域的广阔前景。 第十二章：行业应用案例分析与综合实践 12.1 汽车制造行业的自动化解决方案： 分析汽车制造领域（如冲压、焊装、总装、涂装）的自动化特点和典型应用案例。 12.2 食品饮料行业的自动化与智能化： 探讨食品饮料行业对自动化、洁净度、追溯性的要求，以及智能化技术如何提升生产效率和产品安全。 12.3 石油化工行业的自动化与安全： 介绍石油化工行业对过程控制、安全联锁、危险区域防爆等自动化技术的需求。 12.4 智慧能源与智能电网的自动化： 探讨自动化技术在发电、输电、配电、用电等环节的应用，以及如何构建智能电网。 12.5 综合案例分析： 选择一个典型的工业场景，从需求分析、系统设计、技术选型、实施过程到后期维护，进行全方位的案例剖析，帮助读者巩固所学知识，并将理论与实践相结合。 本书内容丰富，结构清晰，理论与实践并重，旨在为工业自动化领域的学生、工程师和技术人员提供一份系统、实用的参考资料，帮助他们应对日益复杂和智能化的工业生产挑战。

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我对这本《现代电气控制及PLC应用技术》的印象是，它在行业应用案例的深度和广度上做得非常出色，这对于想从“知道”过渡到“会用”的实践者来说，价值极高。书里面详细描述了若干条典型的工业自动化流水线控制逻辑，比如传送带的顺序控制、液位自动调节的PID应用思路等。这些案例并不是简单的理论堆砌，而是结合了实际生产线上可能遇到的干扰和故障排除的思路。比如，在讲解传感器选型和信号处理时，作者非常细致地讨论了不同环境光照或粉尘对光电开关和接近开关性能的影响，以及如何在程序中设置去抖动和冗余校验。这种实战经验的提炼，是纯理论书籍难以企及的。我个人特别欣赏它在故障诊断那一章的叙述方式，它不是简单地列出“如果出现A，检查B”，而是从系统层面分析，比如电源波动、I/O点卡死、程序逻辑死锁等不同层面的问题排查路径，逻辑性很强。这本书读下来，我感觉自己对“现场工程师”的工作模式有了更具象的认识，它教会的不仅仅是写代码或接线，更是一种系统的、工程化的思维方式。

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这本《现代电气控制及PLC应用技术》的教材，从我一个初入行的新手角度来看，确实是本硬核的干货，但对于我这种对自动化控制还处于摸索阶段的人来说，阅读体验像是在攀登一座陡峭的山峰。书中的理论部分讲解得非常扎实，对于继电器控制、接触器控制这些传统电控的基础知识，作者没有丝毫含糊，每一个符号、每一个电路原理都解释得透彻明了。我花了不少时间去理解那些电气原理图，尤其是涉及到三相异步电机正反转控制、星三角启动这些经典应用时，书本上的图文结合倒是挺清晰的，能帮助我构建起对电气系统的基本认知框架。不过，深入到PLC编程部分后，感觉知识的跳跃性略大。虽然作者尝试用一些实际案例来辅助理解，但对于西门子或三菱等主流PLC的指令集和编程逻辑，仅仅通过文字描述，初学者还是很容易迷失在各种地址、逻辑和时序关系中。我希望能有更多结合软件仿真环境的步骤指导，这样在纸上理解和实际操作之间的鸿沟或许能小一些。总的来说，它更像是一本供有一定基础的工程师深化理解或作为工具手册查阅的参考书，对于零基础小白来说，需要极大的耐心和辅助学习资源才能啃下来，知识的密度实在太高了。

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这本书的优势在于其对“技术演进”的把握，它清晰地划分了传统电气控制与现代以PLC为核心的控制系统的边界，并试图平滑过渡。它没有停留在早年间那种单纯基于继电器的时代，而是将目光投向了更复杂的运动控制和数据采集接口。对于希望了解工业物联网（IIoT）初步概念的读者来说，书中最后几章关于上位机（SCADA）接口和数据交换协议的介绍是很有启发性的。它展示了如何将现场的PLC数据提取出来，进行宏观监控和能耗分析。然而，在讨论现代传感器和总线技术（如EtherCAT或Profinet）时，篇幅稍显不足，更多是概念性的介绍，而非深入的配置指南。这让我觉得它更像是一个全面的技术概览，而非某项尖端技术的深度手册。对于那些需要立刻上手部署最新一代工业总线系统的工程师来说，可能需要寻找更专业的配套资料来补充这部分内容。它提供了一个宏观的蓝图，但具体到最新的“砖块”是如何搭建的，还需要读者自己去探索更垂直的资料。

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坦白说，作为一本技术类书籍，《现代电气控制及PLC应用技术》的排版和视觉呈现方面，给我留下了一些陈旧的印象。虽然内容是新的，但整体的设计风格，包括字体选择、图表的布局，都显得比较传统，缺乏现代技术书籍应有的那种简洁、直观的视觉导引。在处理复杂的梯形图或功能块图时，有时候因为图注不够清晰或者线条过于拥挤，我需要反复对照文字说明才能确定某条分支的真实意图，这无疑减慢了我的学习效率。尤其是在涉及网络通信和分布式控制的那几个章节，大量的协议参数和数据结构描述，如果能辅以更现代化的图示工具，比如流程图的动画模拟（虽然书籍无法实现动画，但图示的抽象能力可以提高），效果会大不相同。我理解技术书籍受限于成本和篇幅，但好的排版是知识有效传递的桥梁。这本书的知识内容无疑是专业的，但如果能在视觉体验上与时俱进，相信会吸引更广泛的年轻读者群体。

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这本书在学术严谨性上达到了很高的标准，但这也带来了一个副作用——它对于那些带着具体、即时项目需求来查找解决方案的读者来说，可能显得过于“学术化”和“包罗万象”。我发现自己很难在其中快速定位到我当前需要的特定功能模块的实现方法。例如，当我需要查找一个特定的定时器指令在不同状态下的精确中断响应时间时，我必须仔细阅读好几页关于定时器原理和程序扫描周期的讨论，才能提炼出我需要的那一小段信息。书中的每一个知识点都被系统地、从第一性原理出发进行了论证，这对于打基础是极好的，但对于追求效率的工程实践而言，可能意味着需要花费大量时间去“过滤”掉那些并非当下急需的背景知识。总的来说，它是一本适合系统学习、用于构建知识体系的优秀教材，但若将其视为一本快速参考手册，其详尽的论述结构反而成了一种阅读上的挑战。

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