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☆☆☆☆☆

出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Bolton, W.

出品人:

頁數:304

译者:

出版時間:2006-7

價格:$ 46.27

裝幀:Pap

isbn號碼:9780750681124

叢書系列:

圖書標籤:

工具書
PLC
工業控製
自動化
可編程邏輯控製器
嵌入式係統
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技術
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具體描述

This is the introduction to PLCs for which baffled students, technicians and managers have been waiting. In this straightforward, easy-to-read guide, Bill Bolton has kept the jargon to a minimum, considered all the programming methods in the standard IEC 1131-3 - in particular ladder programming, and presented the subject in a way that is not device specific to ensure maximum applicability to courses in electronics and control systems. Now in its fourth edition, this best-selling text has been expanded with increased coverage of industrial systems and PLCs and more consideration has been given to IEC 1131-3 and all the programming methods in the standard. The new edition brings the book fully up to date with the current developments in PLCs, describing new and important applications such as PLC use in communications (e.g. Ethernet an extremely popular system), and safety in particular proprietary emergency stop relays (now appearing in practically every PLC based system). The coverage of commonly used PLCs has been increased, including the ever popular Allen Bradley PLCs, making this book an essential source of information both for professionals wishing to update their knowledge, as well as students who require a straight forward introduction to this area of control engineering. Having read this book, readers will be able to: identify the main design characteristics and internal architecture of PLCs; describe and identify the characteristics of commonly used input and output devices; explain the processing of inputs and outputs of PLCs; describe communication links involved with control systems; develop ladder programs for the logic functions AND, OR, NOT, NAND, NOT and XOR; develop functional block, instruction list, structured text and sequential function chart programs; develop programs using internal relays, timers, counters, shift registers, sequencers and data handling; identify safety issues with PLC systems; and, identify methods used for fault diagnosis, testing and debugging programs. Fully matched to the requirements of BTEC Higher Nationals, students are able to check their learning and understanding as they work through the text using the Problems section at the end of each chapter. Complete answers are provided in the back of the book. It gives a thoroughly practical introduction to PLC use and application not device specific, ensuring relevance to a wide range of courses. The new edition is expanded with increased coverage of IEC 1131-3, industrial control scenarios and communications an important aspect of PLC use. Problems are included at the end of each chapter, with a complete set of answers given at the back of the book.

深入探索現代自動化核心：基於工業現場的先進控製係統設計與實踐本書旨在為工程師、技術人員及高級學生提供一套全麵、深入且高度實用的工業自動化控製係統設計與實踐指南。我們聚焦於當前工業生産綫上最核心、最前沿的控製技術——基於工業現場總綫的分布式智能控製架構及其在復雜係統集成中的應用，完全規避對可編程邏輯控製器（PLC）這一特定硬件平颱的直接討論，轉而探討更宏觀、更具前瞻性的控製理念。在工業 4.0 和智能製造的浪潮下，傳統的集中式控製模式已逐漸暴露齣其在擴展性、實時性以及數據處理能力方麵的瓶頸。本書的立足點在於揭示如何構建一個適應未來挑戰的、高度靈活且魯棒的自動化係統。我們將從控製理論的深度剖析入手，快速過渡到現代工業網絡架構的構建與優化。第一部分：先進控製理論與係統架構的重塑本部分將詳細闡述現代工業控製係統所需依賴的數學和工程基礎，重點在於超越傳統開關量和簡單迴路控製的範疇。第一章：非綫性與自適應控製基礎本章將詳細介紹如何處理工業現場中常見的復雜、時變係統。我們將深入探討諸如滑模控製（Sliding Mode Control, SMC）的原理及其在抵抗係統不確定性和外部擾動方麵的應用。此外，針對係統參數漂移和工況變化，我們將剖析自適應控製（Adaptive Control）的幾種主流結構，如模型參考自適應控製（MRAC）和基於梯度的自適應算法，並輔以實際工程案例說明其參數在綫整定方法。第二章：預測性控製算法的工業化實現模型預測控製（Model Predictive Control, MPC）被公認為是處理多變量耦閤、存在約束條件下的最優控製解決方案。本章將係統性地介紹 MPC 的核心要素：建立精確的係統動態模型（例如，基於狀態空間模型或係統辨識方法），構建代價函數，以及如何在綫求解二次規劃（QP）問題以獲得最優控製序列。我們將特彆關注如何簡化 MPC 模型的計算復雜度，以滿足工業實時控製的硬性要求。第三章：分布式智能控製係統拓撲學本書將重點分析當前主流的分布式控製係統（DCS）與基於現場總綫的分布式 I/O 架構。我們將對比解析以以太網/IP、PROFINET IRT、EtherCAT 等為代錶的高速工業以太網協議，深入探討它們在時間同步（如 IEEE 1588 PTP）和確定性通信方麵的技術實現。係統的拓撲設計將圍繞高可用性（冗餘架構設計，如環網冗餘和控製設備冗餘）和信息安全（IEC 62443 標準在控製層麵的初步應用）展開。第二部分：工業現場數據通信、感知與執行本部分將把理論知識應用於具體的工業傳感器、執行器接口以及高速數據交換層麵，強調數據的可靠采集和快速響應能力。第四章：高精度傳感器接口與數據預處理工業現場的傳感器數據往往受到電磁乾擾、漂移和噪聲的影響。本章將聚焦於高分辨率模數轉換器（ADC）的選擇標準，以及數字濾波技術（如卡爾曼濾波、自適應陷波濾波器）在傳感器數據流中的實時應用。我們還將講解智能傳感器（Smart Sensors）如何通過內置微處理器實現本地數據處理和協議轉換，從而減輕主控單元的負擔。第五章：工業現場總綫與數據一緻性保障我們將超越簡單的通信協議介紹，深入探討工業網絡中的時間敏感數據傳輸機製。重點分析如何通過時間觸發（Time-Triggered）機製確保關鍵控製信號的傳輸延遲在微秒級內保持確定性。此外，本章還會詳細介紹網絡診斷工具和實時性能監控方法，確保整個分布式網絡的健康狀態。第六章：先進執行機構的驅動與反饋迴路對於高精度運動控製和過程調節，執行器的選擇和驅動電路的設計至關重要。本章將探討伺服驅動器的先進控製模式（如磁場定嚮控製 FOC），以及如何實現與上位控製層的無縫、高帶寬數據交換。針對流體控製，我們將分析 PID 算法在復雜動態過程中的局限性，並引入基於狀態觀測器的控製策略來精確驅動執行機構。第三部分：係統集成、診斷與生命周期管理本部分關注如何將前述的硬件和軟件組件整閤成一個穩定、可維護的整體，並實現前瞻性的係統管理。第七章：係統集成與虛擬調試環境構建現代自動化項目的復雜度要求在物理部署前進行徹底驗證。本章將詳細介紹如何構建基於軟件仿真的虛擬調試環境。我們將討論利用多物理場仿真工具（如結閤有限元分析 FEM）來精確建模被控對象，並使用硬件在環（Hardware-in-the-Loop, HIL）技術對控製算法和通信接口進行壓力測試，從而大幅縮短現場調試周期。第八章：設備健康管理（PHM）與故障診斷本書強調係統的自感知能力。我們將介紹基於數據驅動的故障預測與健康管理（Prognostics and Health Management, PHM）技術。內容包括特徵提取、機器學習模型（如孤立森林、深度學習）在異常檢測中的應用，以及如何建立基於運行數據的“正常基綫”模型。重點是如何設計診斷邏輯，在故障發生前發齣預警，並實現對分布式節點的狀態監控。第九章：麵嚮大數據的控製係統數據結構與交互隨著控製係統産生的數據量爆炸式增長，如何有效管理和利用這些數據成為核心挑戰。本章將探討工業大數據架構，如何將控製層級的實時數據安全、高效地傳輸到雲端或邊緣計算平颱。我們將分析 OPC UA 等工業互操作標準在數據建模和安全通信方麵的作用，以及如何利用曆史數據反哺控製模型（模型再辨識）的閉環優化流程。總結：本書不側重於任何單一的硬件編程語言或特定供應商的界麵操作，而是緻力於培養讀者對現代工業控製係統設計哲學、先進控製理論應用以及分布式網絡架構優化的深刻理解。通過掌握這些核心概念，讀者將能夠獨立設計、評估和實施麵嚮未來工廠的復雜、高性能自動化解決方案。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

深入到程序設計的部分，這本書展現齣一種對工程實踐的極度尊重。它不僅僅停留在“如何寫齣能運行的代碼”層麵，更著重探討瞭“如何寫齣健壯、易於維護和高效運行的代碼”。例如，在講解功能塊（Function Blocks）的應用時，作者並沒有簡單地羅列標準庫函數，而是通過多個真實世界的案例——從簡單的傳送帶控製到復雜的配料係統——來展示如何設計自己的模塊化程序結構。書中對於錯誤處理（Error Handling）和故障診斷的討論非常深入。它不是泛泛而談，而是給齣瞭具體的、針對不同品牌PLC（雖然沒有點明具體型號，但其邏輯是通用的）的診斷寄存器讀取和報警處理流程。我發現自己過去寫程序時經常忽略的“非正常停機”狀態處理，在這本書裏被提升到瞭一個重要的戰略高度。特彆是關於程序注釋規範和變量命名的章節，雖然看起來瑣碎，但對於團隊協作和未來維護的價值簡直無法估量。這本書真正教會我的，是如何從一個“能讓機器動起來的編程者”，成長為一個能對整個生産綫負責的“係統架構師”。

评分☆☆☆☆☆

這本書的風格是那種極其務實、麵嚮解決方案的，幾乎沒有半點學術研究的“花架子”。它專注於解決工業現場中真實存在的問題。我曾經因為一個非常惱火的間歇性故障睏擾瞭很久，那個故障錶現為一個電機在特定負載下會隨機地停止運行，但用示波器測量不到明顯的電壓跌落。當我迴顧這本書中關於電源質量和瞬態抑製的部分時，我找到瞭綫索。書中詳細描述瞭如何使用專用的監測設備來捕獲快速的電壓瞬變，以及在程序設計中如何引入看門狗定時器（Watchdog Timer）和去抖動算法來應對外部電氣乾擾。雖然這本書沒有直接給齣解決我那個特定問題的“答案”，但它提供瞭一套完整的、科學的、可復製的排查和驗證問題的思維框架。這種“授人以漁”的教學方式，遠比提供一堆現成代碼模闆要寶貴得多。它培養的是一種嚴謹的、基於物理現實的工程思維，這種思維能力纔是衡量一個優秀工程師的核心標準。

评分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的排版設計堪稱教科書級彆的典範。通常，技術書籍的圖文混排很容易齣現信息流斷裂的問題，要麼是文字太密集，要麼是圖例過於簡陋。然而，這本書在關鍵步驟的插圖上幾乎做到瞭像素級的精準對齊。舉個例子，在介紹模擬量輸入（Analog Input）的縮放和標定（Scaling）過程時，書中並列展示瞭原始的12位或16位二進製數值、對應的工程值麯綫圖，以及最終轉換為浮點數的代碼片段。這種“看圖說話，圖文互證”的方式，極大地降低瞭理解門檻。此外，全書的術語錶（Glossary）非常詳盡，遇到任何不熟悉的行業術語，翻到書後就能立刻找到準確的定義和相關的章節引用，這在學習過程中極大地減少瞭查閱外部資料的時間浪費。相比於那些依靠大量晦澀文字堆砌起來的參考書，這本書的視覺引導性非常強，閱讀起來更像是在一位經驗豐富的導師的身邊，一步步進行實操演練。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很用心，封麵那種略帶磨砂質感的黑色，配上燙金的字體，一眼看上去就透著一股專業和沉穩，讓人忍不住想翻開來看看裏麵到底藏著多少乾貨。我最早接觸自動化領域的時候，總覺得那些復雜的控製係統晦澀難懂，充滿瞭各種陌生的縮寫和晦澀的理論公式。拿到這本教材後，我立刻被它清晰的邏輯脈絡吸引住瞭。作者似乎非常懂得初學者的睏境，前幾章並沒有急於拋齣復雜的梯形圖（Ladder Diagram）或者結構化文本（Structured Text），而是花費瞭大量的篇幅來構建一個穩固的“概念地基”。他們詳細解釋瞭I/O點的映射原理、掃描周期（Scan Cycle）對程序執行的影響，甚至還用非常形象的比喻來描述繼電器邏輯是如何被電子元件取代和優化的。我特彆喜歡其中關於數字邏輯與布爾代數的復習章節，雖然不是PLC特有的內容，但它以一種極其簡潔和實用的方式重新梳理瞭這些基礎知識，為後續理解復雜的定時器（Timers）和計數器（Counters）的內部工作機製打下瞭堅實的基礎。總的來說，這本書的開篇就像一位經驗豐富的老工程師，耐心地幫你把工具箱裏的工具一一擺放整齊，告訴你它們各自的用途和正確的拿取方式，而不是直接讓你去麵對一颱正在故障的機器。

评分☆☆☆☆☆

最令我印象深刻的是其中關於工業網絡通信和數據交換的章節。在當前工業4.0的大背景下，PLC不再是孤立的“黑箱”，它必須與其他設備，如SCADA係統、上位機、甚至雲端進行高效對話。這本書對Modbus TCP/IP、PROFINET等幾種主流工業以太網協議的講解，采取瞭一種“自底嚮上”的剖析方法。它沒有直接丟齣復雜的報文結構，而是先解釋瞭數據包在物理層、鏈路層、應用層是如何封裝和解封的，這使得我對數據幀的結構有瞭非常直觀的理解。書中還專門闢齣瞭一小節，討論瞭時間同步（Time Synchronization）在分布式控製係統中的關鍵作用，並提供瞭幾種不同的同步機製的優劣對比。這一點非常超越一般的入門教材，它讓讀者意識到，控製的精確性不僅依賴於快速的掃描周期，更依賴於整個係統中所有節點對“時間”這個共同變量的精確把握。這種對係統級互聯性的強調，是未來自動化工程師必備的知識結構。

评分☆☆☆☆☆