电气与PLC控制技术(河南省职业技术教育教)

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isbn号码:9787121060113
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  • 教材
  • 电工基础
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  • 传感器技术
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具体描述

好的,这是一本关于现代工业自动化与过程控制的专业技术书籍的详细简介: --- 现代工业自动化与过程控制系统集成:原理、应用与实践 图书简介 本书系统阐述了现代工业自动化领域的核心理论、关键技术及其在复杂工业过程中的集成应用。它旨在为电气工程、自动化、机电一体化等相关专业的学生、工程师以及现场技术人员提供一个全面、深入且高度实用的技术参考框架。内容涵盖了从基础的传感器/执行器原理到复杂的分布式控制系统(DCS)和网络化控制策略的构建,强调理论与工程实践的紧密结合。 第一部分:工业自动化基础与信号处理 本部分为理解现代控制系统的基石,重点解析了信息采集与驱动执行的核心技术。 1. 工业传感与测量技术: 深入探讨了各类工业级传感器的工作原理、选型原则及误差分析。内容包括但不限于: 位置、速度与位移测量: 电磁感应式、光电式、超声波及激光位移传感器的结构、输出信号特性(如4-20mA、HART协议)。 物理量测量: 温度(热电偶、热电阻、红外测温)、压力(应变片式、电容式)、流量(科里奥利、涡街、电磁流量计)的测量精度、线性度与响应时间。 数据采集与预处理: 信号的滤波、线性化、冷端补偿等标准处理流程,以及工业总线标准(如Modbus RTU/TCP)在数据传输中的应用。 2. 工业驱动与执行机构: 详细介绍了用于实现控制指令的各类执行机构,并侧重于高效能的运动控制解决方案。 电机选型与调速技术: 直流电机、交流异步电机、永磁同步电机(PMSM)的特性分析。重点讲解了变频驱动器(VFD)的拓扑结构、矢量控制(FOC)原理及其在恒转矩、恒功率运行中的参数设置。 伺服系统与精密运动控制: 伺服驱动器、编码器(绝对式与增量式)的接口技术。讨论了如何通过位置环、速度环、电流环的级联控制实现高动态响应和高精度定位。 执行元件接口: 继电器逻辑、固态继电器(SSR)的选型、电磁阀和调节阀(气动/电动)的响应特性与泄漏等级标准。 第二部分:过程控制理论与算法 本部分聚焦于如何根据系统的动态特性设计稳定、高效的控制策略,是实现精确过程控制的核心。 1. 经典控制理论回顾与扩展: 对经典PID(比例-积分-微分)控制进行了深度剖析,超越了基础的参数整定概念。 PID算法的数字实现: 增量式与位置式算法的对比、抗积分饱和、零点漂移的消除技术。 参数整定方法论: 系统辨识基础(阶跃响应法)、Ziegler-Nichols(波特图法)、基于模型的最小二乘法整定。 先进控制策略: 比例微分(PD)、比例积分(PI)在特定场合的优化应用。 2. 现代控制与状态空间分析: 引入现代控制理论,为处理多变量、强耦合系统打下基础。 系统建模: 传递函数模型、状态空间模型的建立与转换。 可控性与可观测性分析: 判断系统是否具备完全控制和精确测量的潜力。 极点配置与观测器设计: Luenberger观测器在状态反馈控制中的应用,用于估计不可测状态变量。 3. 多变量控制与先进过程控制(APC): 针对化工、冶金等存在强耦合的复杂流程,介绍高性能控制技术。 解耦控制策略: 逆解耦、动态矩阵控制(DMC)的基本思想。 模型预测控制(MPC): 详细讲解MPC的核心机制——基于系统动态模型的滚动时域优化,以及约束处理能力,这是现代大型流程工业控制的主流技术。 鲁棒控制基础: 讨论系统模型不确定性对控制性能的影响及H-infinity控制的基本概念。 第三部分:分布式控制系统(DCS)与集成架构 本部分从系统级角度探讨如何构建可靠、可扩展的工业控制架构,强调集成化与信息安全。 1. DCS系统架构与功能模块: 全面介绍当代DCS系统的分层结构(现场层、控制层、操作员层、管理层)。 控制站与I/O系统: 冗余设计(CPU、电源、网络)在高可靠性系统中的实现方式。现场总线(Fieldbus)与过程现场总线(Field Level Bus)在数据链路层的作用。 组态与编程规范: 介绍IEC 61131-3标准在DCS环境中的映射,如功能块图(FBD)、结构化文本(ST)的应用场景。 2. 工业网络与通信协议: 解析支撑自动化系统运作的通信基础设施。 现场总线技术对比: PROFIBUS DP/PA、FOUNDATION Fieldbus、CANopen等在不同层级的适用性分析。 工业以太网: PROFINET IO、EtherNet/IP的实时性保障机制(如时间片/时分复用)。 信息集成: OPC UA(Unified Architecture)作为跨平台、安全数据交换标准的关键作用及其在MES/ERP集成中的地位。 3. 监控与人机界面(HMI): 强调操作员的有效信息获取与干预能力。 图形化设计原则: 遵循ISA 101的“高性能HMI”理念,减少颜色滥用,突出关键工艺变量的报警优先级。 历史数据库与趋势分析: 长期数据存储、数据压缩技术,以及利用历史数据进行离线性能评估和故障诊断。 第四部分:系统集成、安全与维护实践 本部分将理论知识转化为工程实践,重点关注系统生命周期管理与前沿的安全问题。 1. 自动化系统生命周期管理: 涵盖项目从需求分析、工程设计、工厂验收测试(FAT)、现场调试(SAT)到最终移交的完整流程。 控制逻辑验证: 仿真工具在调试前的应用,如硬件在环(HIL)测试。 文档标准化: 维护手册、回路图、I/O列表的规范化管理,确保系统可维护性。 2. 工业信息安全(Cybersecurity): 鉴于工业控制系统(ICS)日益增长的网络威胁,本章提供防御策略。 风险评估与分级: 依据IEC 62443标准对控制系统进行安全等级划分。 网络隔离与纵深防御: 介绍DMZ(非军事区)在OT(运营技术)与IT(信息技术)网络边界中的作用,以及对控制网络进行深度包检测(DPI)的必要性。 3. 故障诊断与可靠性工程: 侧重于提升系统的平均无故障时间(MTBF)。 故障树分析(FTA)与事件树分析(ETA): 用于预测和分析系统性故障的潜在后果。 冗余系统的切换与恢复机制: 热备份、冷备份的切换逻辑设计及对工艺过程的影响评估。 本书以其严谨的学术基础、广泛的工程覆盖面和对最新工业标准的关注,为读者提供了一个全面掌握现代工业自动化复杂系统集成能力的专业指南。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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坦率地讲,这本书在PLC部分的处理上,给了我很大的惊喜,尤其是在西门子和三菱这两个主流平台上,它做得非常细致入微。我个人之前对三菱FX系列的梯形图编程比较熟悉,但对西门子的S7系列一直是云里雾里。这本书在介绍S7-300/400系列时,从硬件组态到数据块的访问方式,再到如何编写结构化文本和功能块,每一步都配有清晰的截图和代码示例。最让我觉得实用的是,它并没有仅仅停留在基础指令(如LD、STP)的介绍上,而是花了相当大的篇幅讲解了PID控制在实际生产线上的应用,以及如何通过模拟量模块进行精确的温度或压力控制。书里有一个关于包装机速度同步控制的案例分析,它详细拆解了如何利用高速计数器和中断服务程序来处理外部脉冲信号,这种结合了具体应用场景的讲解,远比那些只有抽象指令集的参考手册要有效得多。读完这部分,我感觉自己对于如何将理论上的算法转化为实际可运行的PLC程序,信心大增,尤其是在处理复杂的运动控制和批处理逻辑时,这本书提供了一种非常清晰的思路框架。

评分☆☆☆☆☆

从教学法和学习体验的角度来看,这本书的设计思路非常贴合职业教育的特点,即“做中学”。它的内容组织结构非常严谨,每一章的学习都像是搭建一个逐步复杂的控制系统。它不是那种上来就抛出大量晦涩概念的书,而是采用了一种“认知负荷管理”的方式。比如,在引入变频器控制时,它会先复习接触器控制的优缺点,然后逐步引入变频器的基本参数设置(如加速时间、频率上限),最后才过渡到如何通过PLC的模拟量或高速脉冲输出对其进行闭环调速。这种循序渐进的结构,确保了学习者不会因为知识跨度过大而产生畏难情绪。更重要的是,书后附带的习题设计非常具有针对性,它们往往要求读者不仅要理解理论,更要动手去配置和仿真。我尝试着根据书中的一个小型传送带控制实例去搭建了一个仿真环境,发现书中所给的逻辑和参数设置,几乎可以直接应用到实际项目中,这种高可迁移性,是衡量一本技术教材优秀与否的关键标准。

评分☆☆☆☆☆

这本《电气与PLC控制技术》的书,我入手后光是翻阅目录就感觉到了它的厚重和专业性。首先,我得说它的理论深度是相当扎实的。对于我们这些在实际一线工作的工程师来说,很多时候我们更需要的是快速解决问题的能力,但如果基础不牢,遇到复杂的系统故障时就会束手无策。这本书在讲解交流电机控制、继电器电路设计这些传统强电部分时,并没有停留在教科书式的原理介绍,而是深入到了实际应用中的各种工况和规范要求。比如,关于三相异步电机正反转控制的逻辑设计,它不仅给出了标准的接触器电路图,还结合了继电器的选型、热保护的设置,甚至提到了不同保护等级的电机在不同环境下的适用性,这对于刚接触自动化领域的年轻人来说,简直是宝典级别的指导。我特别欣赏它在系统阐述这些电气基础时,那种层层递进的逻辑感,让你感觉每掌握一个知识点,就好像在自己的技术能力树上点亮了一个新的技能点,为后续学习更高级的控制技术铺平了道路。它不只是告诉你“怎么做”,更重要的是解释了“为什么这么做”,这种对底层逻辑的挖掘,远超出了我预期的实用指南范畴,更像是一部系统的工程方法论教材。

评分☆☆☆☆☆

我个人认为,这本书在数字化转型和工业物联网(IIoT)的前沿内容上,虽然篇幅不如核心控制技术那么详尽,但它所建立的基础足以支撑读者向更深层次的领域拓展。它在PLC通信协议的章节中,没有仅仅停留在传统的Modbus RTU或Profibus DP上,而是简要介绍了工业以太网(如Profinet)的基本概念和帧结构。虽然这部分内容更偏向于概览,但对于一个希望未来从事智能制造或MES集成的工程师来说,这个引子至关重要,它提醒了我们,现代控制系统不再是孤立的“黑箱”,而是网络中的一个节点。这本书的价值就在于,它在你掌握了扎实的“车轮”技术(电气和传统PLC)之后,给你指明了通往“高速公路”(工业互联网)的方向,让你知道下一步应该学习什么,去哪里寻找更前沿的知识。它成功地在传统硬核技能与面向未来的技术趋势之间架起了一座坚实的桥梁,确保了我们所学的知识体系不会在快速迭代的技术浪潮中迅速过时。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示质量,真的体现了出版社在职业教育领域的用心。在很多技术书籍中,电路图往往是黑白、线条模糊,或者标注不清,导致读者在对照实物操作时常常摸不着头脑。然而,这本教材在这方面做得堪称典范。无论是电气原理图还是PLC的接线图,都采用了清晰的彩色或高对比度设计,元件符号的标注规范且易于识别。比如,在介绍PLC的I/O扩展模块时,它不仅展示了模块的内部结构示意图,还特别标注了现场总线连接端口的物理布局和颜色编码,这对于初次接触自动化机柜布线的技术人员来说,无疑是巨大的帮助,极大地降低了现场接线的出错率。此外,书中穿插的大量“注意事项”和“故障排除”小栏目,也设计得非常巧妙,它们往往是基于实际工程案例总结出来的“陷阱”,比如电磁干扰对低压信号线的影响,或者电源纹波过大导致的CPU重启问题,这些细节的处理,让这本书不仅仅是知识的堆砌,更像是经验的沉淀,充满了实战的智慧。

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