可编程控制器原理、应用、实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国轻工业出版社

作者:李乃夫 编

出品人:

页数:238

译者:

出版时间:2006-2

价格:27.00元

装帧:平装

isbn号码:9787501938360

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业控制
• 自动化
• 单片机
• 电气工程
• 传感器
• 实验
• 原理
• 应用

《工业自动化控制系统设计与实践》 引言 在现代工业生产中，自动化扮演着至关重要的角色。它不仅是提升生产效率、保证产品质量的关键，更是实现精益制造、降低运营成本、增强企业竞争力的核心要素。本书旨在深入探讨工业自动化控制系统的设计理念、技术原理、关键组成部分以及实际应用中的工程实践，为读者构建一个全面而深入的工业自动化知识体系。本书的编写目标是，让读者在掌握理论基础的同时，能够理解并胜任实际的自动化系统规划、设计、实施和维护工作。 第一部分：工业自动化控制系统的基础理论 第一章：工业自动化的发展历程与核心概念 本章将首先回顾工业自动化的发展简史，从早期的机电一体化到当前以信息技术为支撑的智能制造，梳理自动化技术演进的脉络。接着，我们将深入剖析工业自动化的核心概念，包括： 系统集成： 强调不同子系统（如传感器、执行器、控制单元、上位机等）如何协同工作，构成一个完整的自动化生产线或车间。 实时性： 阐述自动化系统对响应速度和时间准确性的要求，以及如何通过硬件和软件设计来满足这些需求。 可靠性与鲁棒性： 探讨自动化系统在恶劣工业环境下稳定运行的必要性，以及如何通过冗余设计、故障诊断和容错技术来提高系统的可靠性。 柔性与可重构性： 讨论自动化系统如何适应生产任务的变化和产品多样化需求，实现生产线的快速切换和升级。 安全性： 重点关注工业自动化系统在操作安全、数据安全以及网络安全方面的要求。 第二章：传感器与仪表技术 传感器是自动化系统的“眼睛”和“触角”，负责采集生产过程中的各类物理量信息。本章将详细介绍： 传感器的工作原理与分类： 涵盖位移、速度、加速度、力、压力、温度、流量、液位、气体浓度、光电、接近、超声波、磁性等常见工业传感器的基本原理和技术特点。 信号的采集与处理： 介绍传感器输出信号（模拟信号、数字信号）的特点，以及如何通过信号调理、放大、滤波、模数转换（ADC）等技术对信号进行处理，使其能够被控制系统识别和利用。 常用仪表介绍： 包括各种测量仪表（如压力表、流量计、温度计）和开关量仪表（如限位开关、按钮）。 第三章：执行器与驱动技术 执行器是自动化系统的“手”和“脚”，负责将控制信号转化为实际的机械运动或物理效应。本章将深入探讨： 执行器的类型与原理： 详细介绍气动执行器（气缸、气动马达）、液压执行器（液压缸、液压马达）、电动执行器（电机、伺服电机、步进电机）等，以及它们的选型依据和应用场景。 电机驱动技术： 重点讲解不同类型电机的驱动方式，包括直流电机驱动、交流电机驱动（变频调速）、伺服驱动、步进驱动等，以及相关的驱动电路和控制器。 阀门与控制阀： 介绍各类工业用阀门（如球阀、蝶阀、截止阀、调节阀）的工作原理、结构特点以及在流体控制中的应用。 第四章：数据通信与网络技术 在现代工业自动化系统中，信息的快速、可靠传输是实现系统协同的关键。本章将聚焦： 现场总线技术： 详细介绍工业领域常用的现场总线协议，如Profibus、Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP/IP、CANopen等，分析它们的特点、应用范围和通信机制。 工业以太网： 阐述工业以太网在实现高带宽、低延迟通信方面的优势，以及其在自动化系统中的部署和应用。 无线通信技术： 探讨Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等无线技术在工业环境中的应用，以及它们在物联网（IoT）和工业4.0中的作用。 网络安全： 强调在工业通信中保障数据安全、防止网络攻击的重要性，并介绍相关的安全防护措施。 第二部分：工业自动化控制系统的设计方法与关键技术 第五章：控制系统的体系结构 本章将介绍工业自动化控制系统的典型体系结构，帮助读者理解不同层级设备如何分工协作： 集散控制系统（DCS）： 介绍DCS的特点，包括分散控制、集中操作、系统集成等，适用于大型、复杂过程控制。 可编程自动化控制器（PAC）与分布式控制系统（DCS）： 强调PAC在灵活性和集成性上的优势，以及其在中小规模自动化项目中的应用。 PLC（可编程逻辑控制器）在小型和中型系统中的应用： 讨论PLC在离散制造业和过程控制中的广泛应用，及其编程和配置。 监控与数据采集系统（SCADA）： 介绍SCADA系统在远程监控、数据采集、报警处理和报表生成方面的功能。 人机界面（HMI）： 讲解HMI在人机交互中的作用，包括触摸屏、操作面板等，以及其设计原则。 第六章：控制策略与算法 本章将深入探讨实现自动化控制的核心——控制策略和算法： PID（比例-积分-微分）控制： 详细阐述PID控制器的基本原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法）以及在工业过程控制中的应用。 模糊控制： 介绍模糊逻辑控制器的设计思路，如何利用模糊规则实现非线性系统的控制。 神经网络控制： 探讨神经网络在复杂系统建模和控制中的应用潜力。 预测控制： 介绍模型预测控制（MPC）等先进控制策略，及其在优化操作和应对动态变化方面的优势。 顺序控制与逻辑控制： 讲解如何利用状态机、时序逻辑等实现复杂的生产流程控制。 第七章：系统建模与仿真 在实际的系统设计和调试过程中，建模与仿真能够极大地降低风险并提高效率。本章将涵盖： 数学建模方法： 介绍建立工业过程数学模型的常用方法，如传递函数模型、状态空间模型、方框图模型等。 仿真软件与工具： 介绍MATLAB/Simulink、AMESim、FLUNET等常用的仿真软件，以及如何利用它们进行系统行为的模拟和验证。 仿真在系统设计中的应用： 探讨仿真如何用于控制器参数优化、系统性能评估、故障诊断预演等。 第八章：故障诊断与安全防护 保证自动化系统的稳定可靠运行是工程实践的关键。本章将重点关注： 常见故障分析： 针对传感器故障、执行器故障、通信故障、控制单元故障等进行分类和原因分析。 故障诊断技术： 介绍基于规则的诊断、基于模型的诊断、机器学习诊断等方法。 安全联锁与报警系统： 阐述如何设计有效的安全联锁逻辑，防止误操作引发事故；讲解报警系统的设计原则和功能。 冗余与容错技术： 探讨如何通过硬件冗余（如双PLC、冗余电源）和软件容错策略提高系统的可用性。 第三部分：工业自动化控制系统的工程实践与应用 第九章：典型工业领域的应用案例 本章将通过具体的应用案例，展示工业自动化控制系统在不同行业的实际应用： 制造业自动化： 汽车制造、电子产品组装、机械加工等领域的自动化生产线设计与控制。 流程工业自动化： 石油化工、制药、食品饮料、电力等行业的连续过程控制与优化。 楼宇自动化与智能家居： HVAC系统控制、安防系统集成、能源管理等。 机器人与智能装备： 工业机器人、AGV（自动导引车）等在物流、仓储、生产中的应用。 第十章：系统集成与项目实施 本章将从工程实践的角度，讲解自动化项目实施的整个流程： 需求分析与方案设计： 如何准确理解客户需求，并进行系统的总体方案设计。 硬件选型与配置： 根据系统需求选择合适的传感器、执行器、控制器、通信设备等。 软件开发与编程： 介绍不同自动化平台（如PLC、PAC、DCS）的编程语言（如Ladder Diagram, Function Block Diagram, Structured Text）和开发环境。 系统调试与测试： 讲解现场调试的流程、方法和注意事项，包括单机调试、联调、联动调试等。 项目管理与维护： 介绍项目管理的基本原则，以及系统投运后的维护、升级与优化。 第十一章：工业物联网（IIoT）与工业4.0 展望未来，本章将探讨工业自动化与新技术的融合： 工业物联网（IIoT）的概念与架构： 介绍IIoT如何连接物理世界与数字世界，实现设备互联、数据互通。 大数据分析与人工智能在工业中的应用： 探讨如何利用大数据分析进行设备状态监测、预测性维护、生产优化；讲解AI在机器视觉、智能决策等方面的应用。 数字孪生（Digital Twin）： 介绍数字孪生技术如何创建物理实体的虚拟副本，实现实时监控、仿真和优化。 智能工厂的构建： 探讨如何通过IIoT、AI等技术，实现生产过程的智能化、柔性化和自主化。 结论 本书通过理论与实践相结合的方式，力求为读者呈现一个全面、深入的工业自动化控制系统知识体系。我们希望本书能够成为读者学习、工作中的有力助手，为推动中国工业自动化事业的发展贡献一份力量。随着技术的不断进步，工业自动化领域将迎来更多令人兴奋的变革，本书的内容也将持续更新，以适应这一快速发展的行业。 致谢 （此处可以添加对相关人员、机构的感谢，内容丰富） 参考文献 （此处可以列出书中引用的相关文献、标准、技术资料等，内容丰富）

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这本书的语言风格非常**务实且富有逻辑性**，它成功地避开了学术论文中常见的晦涩难懂的术语堆砌，同时也摒弃了某些入门读物中那种过分简化的、不负责任的轻浮。作者在阐述复杂概念时，总是采用一种**类比推理**的方式，比如将PLC的周期性扫描比作一个永不休息的工人，他必须在固定时间内完成所有任务，这使得抽象的执行流程变得具象化。在深入探讨**定时器和计数器**的内部工作机制时，作者甚至引用了早期的继电器控制回路作为参照物，帮助我们理解现代电子元件是如何继承和优化传统控制思想的。这种对历史脉络的尊重和清晰的逻辑递进，使得阅读过程体验极为流畅。通篇读下来，我感觉自己不仅仅是接收了一堆知识点，更像是被引导着完成了一次结构化的思维重塑，这对于未来面对新的控制器架构或编程语言时，都将是一个极大的助力。

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这本书的装帧设计非常朴实，封面配色低调，字体选择也偏向于工整而非花哨，这让我立刻觉得这是一本内容为王的专业书籍。初次翻阅时，我对其中关于**离散数学**在自动化控制中的基础理论部分印象深刻。作者似乎非常注重理论与实际应用的衔接，详细阐述了布尔代数和逻辑运算如何直接转化为PLC的指令集，这对一个初学者来说，提供了坚实的数学基础，避免了许多人常犯的“知其然不知其所以然”的窘境。书中对不同逻辑门的工作原理，特别是使用梯形图（Ladder Diagram）进行逻辑构建的过程，配有大量的图示，清晰到令人赞叹。我特别欣赏其中对“竞争条件”（Race Condition）的分析，作者并未简单地给出避免方法，而是深入剖析了其产生的底层原因，并对比了不同扫描周期下可能出现的不同结果，这对于培养严谨的系统思维至关重要。相比其他泛泛而谈的教材，它更像是一位经验丰富的工程师在手把手地教你如何避免未来可能遇到的“陷阱”。即便是对那些已经掌握了一些基本编程概念的人来说，回过头来阅读这部分的深度解析，也能发现自己先前理解上的盲区。

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关于**网络通信与分布式控制**的论述，我认为是全书的一个亮点，它将视角从单机控制提升到了现代工厂的集成层面。作者对**Modbus**和**EtherNet/IP**等主流工业协议的介绍，并非停留在协议帧结构的简单罗列，而是着重讲解了在实际组网过程中常见的**地址映射冲突**、**报文阻塞**以及**冗余链路切换**的策略。书中有一个关于多主站环境下数据一致性的章节，通过一个虚拟的MES系统与多台PLC之间的数据交换场景，模拟了高并发请求的压力测试。这种接近生产环境的仿真描述，让读者能够提前预见到在实际部署中可能遇到的性能瓶颈。此外，对**安全通信**的初步探讨，虽然篇幅不长，但也提示了当前工业控制系统面临的网络安全挑战，引导读者思考如何在实现数据互通的同时保障生产的隔离性和完整性。总而言之，这一部分极大地拓宽了我的知识边界，让我认识到现代控制系统远比想象中更加复杂和互联。

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这本书的**模拟量处理**章节，简直是为我这种对过程控制心存敬畏的工程师量身定做的。过去，我对PID控制的理解总是停留在公式的层面，遇到实际的传感器信号漂移或执行器滞后问题时就束手无策。然而，这本书提供了一个非常实用的视角：如何利用PLC内部的**采样定理**和**数字滤波**技术来优化采集的准确性。书中详细对比了中值滤波、滑动平均滤波以及卡尔曼滤波在不同噪声环境下的性能差异，并通过具体的案例说明了何时应该牺牲响应速度来换取更高的稳定性。更让我眼前一亮的是，它没有将重点放在复杂的数学推导上，而是聚焦于如何在PLC的特定寄存器和功能块中实现这些算法。例如，关于**模数转换（ADC）**的精度与速率之间的权衡，作者用清晰的表格和流程图展示了如何根据工艺要求选择合适的转换模式。这种深入到硬件抽象层面的讲解，极大地提升了我对PLC底层工作机制的认知，让我不再仅仅是一个指令的堆砌者，而是一个真正懂得“驯服”信号的控制者。

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实验环节的设计，体现了作者深厚的教学经验和对学员技能培养的耐心。我体验了书中介绍的几个基于**中断服务程序（ISR）**的实验项目，它们的设计目标非常明确：强制操作者去处理快速变化的实时事件，而不是依赖标准的周期性扫描。例如，那个用于高速计数和定位的实验，要求我们精确计算出在扫描周期内，如何利用外部中断来捕捉到一个转速极高的编码器信号的边缘，并立即进行响应和补偿。书中提供的不仅是程序代码，更是详细的**调试日志分析**和**性能指标对比**。每一组实验后，作者都会提供一个“常见错误与排查”的附录，直指那些最容易让新手卡住的关键点，比如中断优先级设置错误导致的主程序逻辑混乱。这种以问题为导向的实验指导，比起那些只有“输入-输出”结果的传统实验手册，更具实战价值，它教会的不是“如何写代码”，而是“如何验证代码的健壮性”。

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