具体描述
《西门子PLC应用基础与实训》以工作过程为导向按项目对内容进行优化，从实际工程应用和便于教学需要出发，以西门子S7系列可编程序控制器为蓝本，主要介绍可编程序控制器的特点、结构组成、工作原理、内部存储区、指令系统、程序结构、编程软件使用、编程规则与技巧、控制系统设计与应用技术等。全书尽可能做到语言简洁、通俗易懂、内容丰富、实用性强、理论联系实际，共有两个项目12个任务，详细介绍了S7-200 PLC、S7-300/400 PLC的有关知识和应用技术，并通过大量工程实例介绍PLC的设计方法和安装技巧，每章有相关技能训练项目，以突出实践技能和应用能力的培养。
《西门子PLC应用基础与实训》适用于电气自动化、自动化、楼宇自动化、机电一体化、机械设计与制造及其相关专业PLC应用系统设计与安装课程的教学用书，也可作为电气技术人员的参考书和培训教材。
现代工业自动化控制系统设计与实现 本书聚焦于现代工业自动化领域的核心技术与工程实践，旨在为读者提供一个全面、深入、贴近实际生产环境的知识体系。内容涵盖了从基础的电气控制原理到复杂的分布式控制系统的设计、编程、调试与维护的全过程。 第一章：工业控制系统的基础架构与演进 本章首先梳理了工业控制系统的发展脉络，从早期的继电器控制到现代的数字化、网络化控制系统。详细阐述了工业控制系统的基本组成要素，包括传感器与执行器、人机界面（HMI）、控制器（如PLC、IPC、DCS）、通信网络以及上位监控软件（SCADA）。重点分析了不同控制架构的优缺点及其在特定工业场景下的适用性。探讨了工业 4.0 和智能制造背景下，控制系统向更高集成度、更高实时性、更强信息集成能力发展的趋势。此外，对工业控制系统的安全性和可靠性进行了初步的介绍，强调了系统鲁棒性的重要性。 第二章：工业电气与仪表基础知识 本章是进行后续自动化控制学习的基石。内容包括： 1. 三相交流电与低压配电系统： 深入讲解了三相供电的基本原理、三相四线制与三相五线制的应用，以及常用的配电保护装置（断路器、接触器、热继电器）的选择、安装与调试。重点分析了电机启动方式（直启、星三角、自耦变压器、软启动器）的电气原理图绘制与现场接线规范。 2. 工业传感器原理与选型： 详细介绍了各类传感器的物理原理、输出信号类型（如 4-20mA、0-10V、数字量、HART 协议）及在温度、压力、流量、液位测量中的应用。着重讲解了传感器的线性度、迟滞、漂移等关键性能指标，并指导读者如何根据被测量介质的特性和环境条件进行正确选型。 3. 执行机构的驱动与控制： 涵盖了电磁阀、调节阀（气动与电动）、变频器（VFD）的工作原理。重点讲解了变频器在电机调速中的应用，包括其控制模式（V/f、矢量控制）、参数设置、故障诊断及与上位系统的通信接口配置。 第三章：可编程逻辑控制器（PLC）的核心原理与硬件配置 本章深入剖析了现代 PLC 的内部结构和工作机制。 1. CPU 模块与存储器组织： 解释了 PLC 的扫描周期、程序执行流程（读输入、执行逻辑、刷新输出）的工作原理。详细对比了不同系列 PLC（如模块化、紧凑型）的硬件特性和扩展能力。 2. 输入/输出（I/O）模块： 区分了隔离、非隔离、高/低电平触发的数字量输入模块特性，以及电流型和电压型模拟量输入/输出模块的连接要求和精度校准方法。 3. 电源系统与现场总线接口： 讲解了 PLC 供电的冗余设计，以及如何正确连接和配置各种通信接口模块，为后续的网络化控制打下基础。 第四章：工业网络通信技术与数据交换 本章全面覆盖了工业通信领域的主流协议和技术，是实现系统集成和数据采集的关键。 1. 串行通信基础： 复习 RS-232、RS-485 接口的电气特性、波特率设置、奇偶校验等参数的匹配，并重点讲解 Modbus RTU 协议的报文结构和读写功能码的应用。 2. 以太网工业协议栈： 详细介绍 Profinet IO、EtherNet/IP 等实时以太网技术的工作原理，包括其对确定性（Deterministic）的要求、设备命名和拓扑结构配置。 3. 现场总线技术深入： 探讨了基于现场总线（如 Foundation Fieldbus、CANopen）的分布式 I/O 和仪表连接方式，分析了不同总线在数据带宽、实时性、抗干扰能力上的差异，并提供了实际工程中的网络规划和故障排除指南。 第五章：先进过程控制（APC）理论与应用 本章从控制工程理论出发，讲解了超越传统 PID 控制的高级控制策略。 1. 过程建模与辨识： 介绍了过程环节的数学模型（一阶惯性、二阶惯性、纯延迟）的建立方法，以及如何利用系统辨识工具箱进行参数辨识。 2. 高性能 PID 优化： 深入分析了 PID 控制器中积分饱和、死区、波动等问题的成因，并介绍了串级控制、前馈控制等提高系统响应速度和稳定性的工程技巧。 3. 模型预测控制（MPC）基础： 阐述了 MPC 的核心思想——基于系统模型、考虑约束条件的优化控制，并给出了其在复杂多变量系统（如精馏塔、反应器）中应用的入门案例。 第六章：分布式控制系统（DCS）架构与集成 本章将视野从单个控制器扩展到大型集成控制平台。 1. DCS 的系统结构： 对比 DCS 与集中式 PLC 系统的区别，详细解析 DCS 的三层架构（过程控制层、系统监控层、操作管理层）。 2. 控制站与服务器配置： 讲解 DCS 控制站（Control Module）的冗余配置、I/O 模块的远程挂载方式，以及历史数据库（Historian）的构建和数据有效性管理。 3. 系统集成与标准化： 探讨 DCS 与 MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）系统之间的数据接口标准（如 ISA-95 模型），指导读者如何实现生产过程数据与企业管理数据的无缝对接。 第七章：工业系统集成与项目实施规范 本章侧重于自动化项目的工程化管理和实施标准。 1. 控制系统设计文档： 详细介绍了自动化项目生命周期中必须编制的文档，包括功能规范说明书（FDS）、硬件选型清单、系统调试报告等，并强调了文档标准化对后期维护的重要性。 2. 工厂验收测试（FAT）与现场验收测试（SAT）： 制定了详尽的 FAT/SAT 测试用例清单，涵盖了从单个回路调试到全系统联机运行的各项测试点，确保系统满足设计要求。 3. 操作员培训与安全操作规程： 强调了人机交互界面的设计原则（易读性、一致性），并指导如何制定标准的启动、停机及应急处理操作规程，以保障人身和设备安全。 第八章：工业物联网（IIoT）与数据分析基础 本章展望了下一代工业控制系统的发展方向。 1. 数据采集与边缘计算： 介绍 OPC UA 协议在跨平台数据交换中的作用，以及在现场层级利用边缘计算设备进行数据预处理和分析的技术。 2. 云平台集成： 探讨了如何将工厂数据安全、高效地上传至工业云平台，以实现远程诊断、设备健康管理（PHM）和生产优化。 3. 数据驱动的维护策略： 介绍了基于采集数据的趋势分析、异常检测方法，引导读者从“事后维修”向“预测性维护”转变的思路与技术路径。
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