可编程控制器原理及系统设计

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页数:362
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出版时间:2004-1
价格:34.00元
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isbn号码:9787302075332
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  • 自动化
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具体描述

本书从实际工程应用和便于教学出发,阐述了继电器—接触器控制系统的设计原则、方法等可编程控制器基础知识;以日立EM—II、施耐德Quantum昆腾系列和西门子公司S7—200/300/400系列等典型机型为例,全面论述了可编程控制器的基本工作原理、功能、指令系统、编程软件、网络及通信、I/O接口技术、应用、维护以及系统设计例程;最后,系统介绍了国产上位机组态软件组态王6.5和进口上位机组态软件iFIX 2.1的功能和应用。此外,还介绍了施耐德Concept 2.2编程软件的使用方法和西门子S7—200编程软件S7—Micro/WIN的使用方法。

作者结合多年教学与科研经验,编制了通用的可编程控制器典型环节应用程序,初学者易于接受和掌握这些典型环节程序,并能在此基础上设计出任意复杂的控制系统程序。为了方便教学和读者自学,书中第9章介绍了可编程控制器实验。

本书可作为大专院校电气工程、机电一体化、工业自动化及相近专业的教材,也可作为电气工程技术人员或有关培训班的参考教材。

现代机械控制系统:基于PLC与嵌入式平台的应用实践 作者: 王建华,李明,张伟 出版社: 科技动力出版社 装帧: 平装 定价: 98.00 元 ISBN: 978-7-5667-1234-5 内容简介: 本教材系统地阐述了现代工业自动化领域中,以可编程逻辑控制器(PLC)和嵌入式系统为核心的控制系统设计、实现与应用技术。全书紧密围绕工业现场的实际需求,深入浅出地介绍了从基础理论到复杂工程实践的各个环节。本书旨在为从事自动化设备设计、制造、维护及相关研究的工程师、技术人员和高年级本科生提供一本内容详实、注重实践操作的参考手册。 本书共分为七大部分,二十二个章节,内容组织逻辑严谨,结构清晰,注重理论与工程实践的结合。 --- 第一部分:现代工业控制基础与趋势 (约占总字数的 15%) 本部分为后续深入学习奠定坚实的理论和背景基础。 第一章:工业控制系统的演进与现状 详细回顾了继电器控制、早期DCS(集散控制系统)到现代基于PLC、PAC(可编程自动化控制器)及工业互联网(IIoT)的控制系统发展历程。重点分析了工业4.0背景下,控制系统对网络化、智能化、柔性化提出的新要求。 第二章:传感器与执行器技术原理 深入讲解了工业现场常用的各类传感器(如电涡流、光电、压力、温度、流量传感器)的工作原理、选型标准及信号调理技术。同时,详细介绍了执行器(如伺服电机、步进电机、变频器、比例阀)的驱动原理、控制方式(如PWM、SSI)及其在不同机械运动控制中的应用特性。本章强调了信号噪声抑制与抗干扰的工程措施。 第三章:工业网络通信协议解析 全面剖析了主流的工业通信标准。重点讲解了Modbus RTU/TCP的应用场景、帧结构与错误校验;深入探讨了EtherNet/IP和PROFINET在实时性和确定性方面的优势,并简要介绍了TSN(时间敏感网络)在未来工厂中的潜力。本章包含大量实用的报文解析示例。 --- 第二部分:嵌入式控制平台核心技术 (约占总字数的 20%) 本部分聚焦于构建高性能、低成本嵌入式控制器的关键技术栈。 第四章:基于ARM Cortex-M微控制器的体系结构 详细介绍Cortex-M系列处理器的流水线、中断管理(NVIC)和内存保护单元(MPU)。重点解析了实时操作系统(RTOS)的设计理念,以FreeRTOS为例,讲解任务调度、信号量、消息队列等核心同步机制,确保控制任务的确定性和优先级。 第五章:嵌入式系统驱动程序设计 侧重于如何高效地编写硬件驱动层代码。内容涵盖GPIO、定时器/计数器模块的初始化与应用(如生成精确波形、实现脉冲宽度调制PWM)、ADC/DAC的数据采集与转换技术。强调了使用DMA(直接内存访问)以减轻CPU负担,提升数据吞吐率。 第六章:C/C++在实时控制中的高效编程 探讨在资源受限的嵌入式环境下,如何编写高质量、高可靠性的C/C++代码。内容包括:嵌入式浮点运算优化、内存管理策略(避免内存碎片)、以及使用状态机(State Machine)进行复杂逻辑的模块化设计。 --- 第三部分:先进运动控制理论与实践 (约占总字数的 25%) 本部分深入研究现代机械对高精度、高动态性能运动控制的要求。 第七章:伺服驱动与反馈系统 详述了永磁同步电机(PMSM)的基本原理,交流伺服系统的开环与闭环控制结构。重点阐述了编码器(绝对值/增量式)的信号读取与运动误差计算。 第八章:经典与现代位置控制算法 全面对比了PID控制算法在速度环、位置环中的参数整定方法(如Ziegler-Nichols法和在线自整定)。引入前馈控制和扰动观测器(DODC)等先进策略,用以消除系统惯量变化和外部负载波动带来的影响。 第九章:多轴插补与轨迹规划 讲解了二维、三维直线插补和圆弧插补的数字微分器(DDA)算法。深入讨论了速度规划(如梯形速度曲线、S曲线)在伺服系统中的应用,确保运动平稳,减少机械冲击。 第十章:力控与柔顺操作 针对装配、打磨等需要接触的场合,详细介绍了基于阻抗控制模型的设计思路。讲解了如何利用扭矩传感器和电流环反馈,实现对外部力的精确感知与响应,是实现人机协作的关键技术。 --- 第四部分:工业现场数据处理与HMI集成 (约占总字数的 15%) 本部分关注如何将原始控制信号转化为有效信息,并提供友好的操作界面。 第十一章:工业数据采集与预处理 讨论了如何从多个传感器和设备中同步采集数据,并进行数字滤波(如卡尔曼滤波)以去除随机噪声。涵盖了数据时间戳的精确对齐技术,这对故障诊断至关重要。 第十二章:人机界面(HMI)设计原则与开发 讲解了现代HMI界面设计应遵循的用户体验(UX)原则。以主流的WinCC或类似平台为例,演示如何实现实时曲线绘制、报警管理、配方存储与加载等功能。强调界面的直观性和误操作防护机制。 第十三章:数据可视化与远程监控 介绍了基于Web技术(如MQTT协议)的设备状态远程可视化方案。重点讲解如何构建一个轻量级的数据历史记录系统(Historian),用于存储关键工艺参数,为后续的设备健康管理打下基础。 --- 第五部分:系统集成、调试与故障诊断 (约占总字数的 15%) 强调从理论走向工程实践的关键步骤和必备技能。 第十四章:控制系统集成与布线规范 详细说明了控制柜内电源分配、信号隔离(光耦、隔离放大器)的重要性。讲解了EMC/EMI标准在硬件设计中的体现,包括屏蔽层处理、共地设计和接地策略。 第十五章:系统联调与测试方法论 介绍了单元测试、集成测试和系统验收测试(FAT/SAT)的流程。重点介绍Hardware-in-the-Loop (HIL) 仿真技术,如何在不接触真实物理设备的情况下,验证复杂的控制逻辑。 第十六章:常见故障的快速诊断与排除 系统性地分类了电气故障(如电源瞬变、接地不良)和逻辑故障(如死锁、竞争条件)。提供了一套基于逻辑分析仪和示波器的故障定位流程,帮助工程师快速恢复生产。 --- 第六部分:高级应用案例分析 (约占总字数的 5%) 通过具体的工程实例,巩固所学知识。 第十七章:高精度视觉定位系统的集成 分析一个基于嵌入式视觉模块(如Halcon或OpenCV)的机器人抓取与放置案例,重点讨论相机标定、坐标系转换以及视觉反馈对运动控制的实时修正。 第十八章:复杂生产线同步控制 探讨如何使用电子凸轮(E-Cam)技术,实现多轴之间的复杂同步关系,应用于包装机械或印刷设备中。 --- 第七部分:面向未来的技术展望 (约占总字数的 5%) 第十九章:云边协同与边缘计算在控制中的应用 展望了将部分数据分析和AI模型部署到边缘端(如工业网关)的优势,以降低云端压力并提升决策实时性。 第二十章:网络安全在工业控制中的重要性 讨论了针对工业协议的攻击面分析,并提出了如网络分段、访问控制和固件签名等基础网络安全防护措施。 --- 本书特色: 1. 实践导向: 包含大量源自真实工业项目的代码片段和配置截图,帮助读者快速上手。 2. 软硬件结合: 不仅讲解控制算法,更深入到微控制器层面的驱动和实时操作系统配置。 3. 前沿技术覆盖: 涵盖了现代工业控制中不可或缺的运动控制、工业通信和数据集成技术。 适用对象: 自动化工程师、机电一体化专业学生、机器人技术研究人员、需要进行设备升级改造的技术骨干。

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读后感

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在翻阅《可编程控制器原理及系统设计》之前,我曾对自动化控制领域充满好奇,但又觉得它深不可测。毕竟,“可编程控制器”这个词听起来就带着一种神秘感,似乎与我日常接触的电子产品有着天壤之别。我总觉得,要理解它,必须先啃下厚重的电路理论、复杂的数学模型,甚至还需要深入了解各种传感器和执行器的细枝末节。我担心自己会像一个站在迷宫入口的探险者,还没开始探索,就被眼前的错综复杂给吓退了。然而,这本书的封面设计,简洁却不失专业,让我产生了一种莫名的亲近感,仿佛它能为我揭开这层神秘的面纱,而不是让我沉溺于晦涩难懂的理论海洋。我希望通过阅读这本书,能够建立起一个相对完整的知识框架,了解PLC究竟是如何工作的,它在现代工业生产中扮演着怎样的角色,以及如何将抽象的控制逻辑转化为实际的自动化动作。我对书中可能涉及到的实际案例和应用场景尤其感兴趣,我希望能看到PLC如何被应用到生产线的自动化控制、楼宇的智能管理、甚至是交通系统的优化等等,这些具体的应用能够帮助我更直观地理解PLC的强大之处,也更能激起我深入学习的动力。

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我一直对工业自动化中的“故障排除”和“维护”环节非常感兴趣。毕竟,再精密的系统,也难免会出现意想不到的问题,而如何快速、准确地定位故障并恢复系统正常运行,是衡量一个自动化系统是否优秀的重要标准。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够在这个方面提供一些实用的指导。我希望能够了解到,在PLC控制系统中,哪些是常见的故障类型,这些故障可能由哪些原因引起,以及如何通过PLC的诊断功能来定位故障。我也希望书中能够介绍一些基本的PLC维护方法和技巧,例如如何进行程序的备份和恢复,如何检查硬件连接是否正常,以及如何应对可能出现的PLC程序错误。如果书中能够提供一些实际的故障排除案例分析,并给出详细的排查步骤,那对我理解和掌握PLC系统的维护和管理将非常有帮助。

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一直以来,我对于“编程”这个概念,更多地是将其与计算机语言和应用程序开发联系在一起。我从未想过,PLC的编程与传统的软件编程在逻辑上和实现方式上有什么不同,也不知道PLC的编程环境是怎样的。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够为我打开一扇新世界的大门,让我了解PLC编程的独特之处。我希望能够学习到,PLC编程语言(如梯形图、功能块图、结构化文本等)的语法规则、逻辑结构以及它们各自的优缺点。我更感兴趣的是,如何将实际的工业控制需求,转化为PLC能够理解和执行的程序。如果书中能够提供一些典型的PLC编程案例,并详细讲解其编程思路和实现步骤,那将对我理解PLC的实际应用非常有帮助。我希望通过这本书,能够初步掌握PLC编程的基本技能,甚至能够自己动手尝试编写一些简单的控制程序。

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我对“系统设计”这个词汇的理解,在接触《可编程控制器原理及系统设计》之前,更多地停留在软件开发和网络架构层面。我从未深入思考过,如何将一台台独立的物理设备,通过PLC这个“中枢”,有机地整合为一个能够自主运行的自动化系统。我希望这本书能够填补我在这个认知上的空白,让我理解,一个成功的PLC控制系统设计,需要考虑哪些关键的要素。例如,如何根据被控对象的特性,选择合适的PLC硬件平台,如何设计高效、可靠的 PLC 程序,如何进行人机界面的开发,以及如何保证整个系统的稳定性和安全性。我尤其期待书中能够分享一些在实际工程项目中,系统设计过程中遇到的常见问题和相应的解决方案,以及一些优秀的设计原则和方法论。我希望能够学习到,如何将抽象的控制需求,转化为具体、可执行的系统设计方案。

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我一直对工业现场的各种传感器和执行器充满好奇,它们如同自动化系统的“眼睛”和“手脚”。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够帮助我理解,PLC是如何与这些“眼睛”和“手脚”进行交互的。我希望了解,PLC的输入模块是如何接收来自各种传感器(如温度传感器、压力传感器、位移传感器等)的信号,并将其转换为PLC能够处理的数字信号;同时,PLC的输出模块又是如何将PLC的控制指令,转换为驱动执行器(如电机、阀门、电磁铁等)动作的电信号。我特别希望书中能够包含一些关于不同类型传感器和执行器的基本工作原理以及它们与PLC的连接方式的介绍,这样我才能更全面地理解PLC在整个自动化控制链条中的位置和作用。

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在我看来,任何一项技术之所以能够广泛应用,必然有其独特的优势和适用场景。对于可编程控制器,我很好奇它究竟是如何在众多自动化控制方案中脱颖而出,成为工业界的主流选择。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够深入探讨PLC的核心优势,例如它的灵活性、可扩展性、易于维护性,以及它在成本效益方面的表现。我希望能够了解到,为什么在很多情况下,PLC比传统的继电器控制系统或者一些更复杂的分布式控制系统(DCS)更具优势。同时,我也希望这本书能够帮助我理解PLC的适用范围,知道在哪些类型的自动化项目中,PLC是最佳的解决方案,而在哪些情况下,可能需要考虑其他的技术。这本书如果能提供一些横向对比,分析PLC与其他控制技术在性能、成本、应用等方面的差异,那将非常有价值,能够帮助我建立起一个更全面的技术认知。

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老实说,在我接触《可编程控制器原理及系统设计》之前,我对“系统设计”这个词的理解还停留在搭建一个简单的电子电路或者编写一段基础的计算机程序。我从未真正思考过,如何将一个复杂的工业流程,分解成一系列可控的环节,然后通过可编程控制器来实现整体的自动化协调。我总觉得,一个完整的自动化系统,应该是由许许多多精密的硬件设备组成,而PLC只是其中一个不起眼的“大脑”。我非常期待书中能够详细阐述PLC在整个系统设计中所处的关键位置,它如何接收来自各个传感器的信号,如何根据预设的逻辑进行判断和决策,又如何向执行器发出指令,从而驱动整个系统的运转。我特别希望了解在设计一个PLC控制系统时,需要考虑哪些关键因素,例如系统的稳定性、可靠性、安全性,以及如何根据不同的应用场景选择合适的PLC型号和配置。如果书中能提供一些系统设计的通用方法论或者设计流程,那无疑会大大提升我的学习效率。我渴望理解,究竟是什么样的思维方式,才能将零散的设备连接成一个高效运转的智能系统。

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我对于“原理”这个词总有一种敬畏感,尤其是在面对像PLC这样具有专业性的技术时。我总觉得,要真正理解它,就必须从最基础的电子元器件开始,了解它们的工作原理,然后层层递进,理解CPU、内存、输入输出模块等等是如何协同工作的。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够为我提供一个清晰、系统化的学习路径,从PLC的内部结构和工作原理入手,深入剖析其核心技术。我希望能够理解PLC的CPU是如何执行程序的,输入输出模块是如何实现电气信号与数字信号的转换,以及PLC是如何通过通信协议与其他设备进行数据交换的。我更关注的是,这些原理性的知识,如何与实际的系统设计紧密结合。我不想仅仅停留在理论层面,而是希望能够将这些原理转化为解决实际工程问题的能力。如果书中能够提供一些图示和流程图,帮助我更直观地理解PLC的内部运作机制,那就再好不过了。

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在我过去对科技的认知中,“系统”往往意味着复杂、庞大且不易接近。我总觉得,要设计一个自动化系统,需要庞大的团队、精密的仪器和深厚的专业知识。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够打破我这种固有的观念,让我看到,通过学习PLC原理并掌握系统设计的方法,即使是个人,也能构建出具有一定智能和控制能力的自动化系统。我期待这本书能够将复杂的概念变得易于理解,并且能够引导我一步步地完成一个简单的PLC控制系统设计。例如,书中能否提供一些从零开始,逐步构建一个简单自动化场景(比如控制一个简单的流水线动作、或者一个楼梯灯的自动开关)的教程,让我能够亲身感受到系统设计带来的成就感。这种“由浅入深”的学习路径,将极大地激发我的学习兴趣和动力。

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我一直对各种工业生产流程的自动化改造感到好奇。想象一下,一条繁忙的生产线,从原材料的输送、加工、组装,到最终产品的包装和出库,每一个环节都井井有条,高效运转,这背后一定离不开某种强大的“指挥官”。我希望《可编程控制器原理及系统设计》能够揭示这个“指挥官”的奥秘。我希望能从书中了解到,PLC是如何被编程来控制这些复杂的生产流程的,例如如何实现精确的计时、计数,如何进行多路信号的同步控制,以及如何处理突发情况和故障报警。我特别期待书中能够包含一些具体的编程实例,展示如何将复杂的控制逻辑转化为PLC可以理解的指令。如果书中有关于PLC编程语言(如梯形图、指令表等)的详细介绍和对比,那就更好了。我希望能通过学习这些编程技巧,初步掌握为自动化设备编写“大脑”的能力,即便只是模拟一些简单的场景,也能让我获得巨大的成就感。

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