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出版者:冶金工业出版社

作者:赵秉衡 编

出品人:

页数:213

译者:

出版时间:2001-1

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787502428068

丛书系列:

图书标签:

• 电气控制
• 工厂电气
• 自动化
• PLC
• 变频器
• 电机控制
• 继电器
• 传感器
• 配电系统
• 工业控制

《智造脉络：现代工业自动化系统解析》 序言 在人类文明迈向高度智能化、数字化的新时代，工业生产的形态正经历着前所未有的深刻变革。“工业4.0”的浪潮席卷全球，智能制造已不再是遥不可及的愿景，而是正在发生的现实。在这场由技术驱动的产业升级中，自动化系统扮演着核心驱动力的角色。它们如同现代工业的神经中枢和血脉，赋予冰冷的机器以生命，实现生产过程的高效、精准与柔性。本书《智造脉络：现代工业自动化系统解析》旨在深入剖析构成现代工业自动化系统的关键要素，揭示其运行原理，探讨其发展趋势，并展望其在未来智造时代的无限可能。我们希望通过本书的阐述，能为广大读者，无论您是行业内的工程师、技术开发者，还是对工业自动化充满好奇的学习者，提供一个全面、深入的认知框架。 第一章：工业自动化的基石——传感器技术 工业自动化的起点，是对物理世界的感知。传感器，作为工业自动化的“眼睛”和“触角”，承担着将环境中的物理量（如温度、压力、流量、位移、光照、声音等）转化为电信号的任务。本章将系统性地介绍各类主流的工业传感器。 触觉与位移的感知： 我们将从最基础的开关量传感器（如接近开关、限位开关）入手，阐述其工作原理与应用场景，以及它们如何实现对物体是否存在、位置是否到达的简单判断。随后，深入探讨模拟量传感器，如位移传感器（包括线性电位器、LVDT、编码器等），它们能够提供连续的、量化的位置信息，是实现精密定位和运动控制的关键。还包括压力传感器、力传感器等，它们负责监测系统的力学状态。 流体世界的洞察： 流量传感器是现代工业中不可或缺的组成部分，它们负责测量液体或气体的流动速率。我们将详细介绍多种流量测量技术，如涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、质量流量计等，分析它们的工作原理、精度、适用介质及优缺点，并探讨在不同工业流程（如化工、制药、食品饮料）中的具体应用。同时，我们将介绍液位传感器，包括浮球式、电容式、超声波式、雷达式等，它们用于监测储罐、容器中的液体高度，确保生产过程的安全与稳定。 环境温度与能量的计量： 温度是工业生产中最普遍、最重要的参数之一。本章将聚焦于温度传感器，涵盖热电偶、热电阻（RTD）、红外测温仪、半导体温度传感器等。我们将阐述它们的测温原理、响应速度、测量范围及在不同工况下的选择依据。此外，也将简要介绍与能量监测相关的传感器，如功率传感器。 光学与声学的感知： 光学传感器在视觉检测、对位、计数等领域发挥着重要作用，例如光电开关、光电编码器、图像传感器等。本章将介绍这些传感器的基本原理和典型应用。声音传感器在设备故障诊断、环境监测等方面也有一席之地，我们将对此进行简要的介绍。 传感器的集成与网络化： 现代工业自动化对传感器提出了更高的要求，不仅需要准确的测量，还需要便捷的集成和数据传输。本章最后部分将探讨传感器信号的采集、处理与标准化，以及无线传感器网络（WSN）等技术如何实现传感器的广泛部署与信息共享，为后续的控制和决策提供支持。 第二章：智能决策的执行者——控制器与PLC 有了感知，就需要决策和执行。控制器是自动化系统的“大脑”，它接收来自传感器的信号，根据预设的逻辑或算法进行分析处理，然后发出指令给执行机构。在现代工业中，可编程逻辑控制器（PLC）是最为普遍和核心的控制器类型。 PLC的架构与工作原理： 本章将深入剖析PLC的硬件架构，包括中央处理器（CPU）、输入模块、输出模块、通信模块、电源模块等。我们将详细讲解PLC的扫描周期工作方式，即输入扫描、程序执行、输出扫描、通信与诊断等环节，以及如何理解和编写PLC的梯形图、指令表、结构化文本等编程语言。 PLC的编程与应用： 我们将通过一系列经典的工业控制实例，展示PLC在实际应用中的威力。例如，简单的启停控制、定时器与计数器的应用、顺序控制、伺服电机的位置控制、PID闭环控制等。同时，将探讨PLC与其他自动化设备（如人机界面HMI、变频器、机器人）的通信与集成，以及如何构建分布式控制系统（DCS）和集成自动化系统（IAS）。 其他控制器类型： 除了PLC，其他类型的控制器也在特定领域发挥着重要作用。本章还将简要介绍微控制器（MCU）及其在嵌入式系统中的应用，以及工业PC（IPC）在复杂运算、数据采集与监控方面的优势。对于高级应用，我们还将触及运动控制器（Motion Controller）和安全控制器（Safety Controller）的概念。 工业通信协议： 控制器与传感器、执行机构以及上位机之间需要高效、可靠的通信。本章将介绍主流的工业通信协议，如Modbus（RTU/TCP）、Profibus、Profinet、EtherNet/IP、CANopen等，分析它们的特点、网络拓扑及在不同自动化系统中的应用。 第三章：指令的传递与力量的释放——执行机构 传感器提供信息，控制器做出决策，而执行机构则是将这些决策转化为实际动作的“手臂”和“腿脚”。它们负责驱动机械设备，完成生产任务。 电动机及其驱动： 电动机是工业中最普遍的动力源。本章将详细介绍直流电机、交流电机（异步电机、同步电机）的类型、工作原理、特点及应用。重点将放在电机驱动技术上，包括接触器、继电器（虽然在现代已逐渐被PLC替代，但其基本原理仍有借鉴意义）、变频器（VFD）在调速控制中的作用，以及伺服驱动器在精密运动控制中的地位。我们将分析不同驱动方式的优缺点及适用场景。 气动与液压系统： 在许多自动化场合，气动和液压系统因其高功率密度、快速响应和良好的承载能力而备受青睐。本章将深入探讨气动执行元件（如气缸、气动马达、气动阀）和液压执行元件（如液压缸、液压马达、液压阀）的工作原理，以及气源处理元件、液压动力单元等辅助设备。我们将分析气动和液压系统在选择、设计与维护方面的考量。 传感器反馈与闭环控制： 执行机构的精确控制离不开传感器的反馈。本章将重点阐述闭环控制的概念，以及如何通过传感器（如编码器、测速发电机）将执行机构的实际状态反馈给控制器，实现精确的位置、速度或力矩控制。我们将详细讲解PID（比例-积分-微分）控制算法在执行机构控制中的应用，以及如何进行参数整定以达到最优性能。 其他执行机构： 除此之外，本章还将介绍电磁阀、电磁铁、制动器等其他常见的工业执行机构，以及它们在实现自动化功能中的作用。 第四章：人机交互的桥梁——HMI与SCADA 在高度自动化的工厂中，操作人员需要一个直观、高效的界面来监控生产过程、调整参数、接收报警信息。人机界面（HMI）和监控与数据采集（SCADA）系统正是扮演着这样的角色。 HMI的设计与功能： 本章将探讨HMI的设计原则，包括界面布局、图形元素、导航逻辑等，以确保操作的便捷性和直观性。我们将介绍HMI的主要功能，如实时数据显示、参数设置、报警管理、趋势图绘制、操作权限管理等。并展示不同类型的HMI设备，如触摸屏、工业平板等。 SCADA系统的架构与能力： SCADA系统通常是更宏观的监控与管理平台，它汇聚来自各个自动化单元（PLC、DCS等）的数据，进行集中监控、数据存储、历史分析和报表生成。本章将分析SCADA系统的典型架构，包括采集层、通信层、处理层和应用层。重点介绍其在生产过程监控、设备状态监测、能耗管理、故障诊断等方面的强大能力。 可视化与报警管理： HMI和SCADA系统都高度依赖于强大的可视化功能，通过图形化的方式呈现复杂的生产信息。本章将深入探讨如何有效地进行生产过程的可视化设计，包括流程图、仪表盘、三维模型等。同时，将详细讲解报警管理的重要性，包括报警的产生、分级、确认、记录以及报警对策的制定，以确保生产的及时响应和安全运行。 数据交互与集成： HMI和SCADA系统不仅是监控工具，也是与企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）等上位系统进行数据交互的关键接口。本章将介绍数据交换的常用方法和协议，以及如何实现自动化系统与企业管理系统的深度融合，构建智能工厂的数据闭环。 第五章：工业自动化的未来展望——智能化、网络化与可持续发展 随着技术的飞速发展，工业自动化正朝着更智能、更互联、更可持续的方向迈进。本章将聚焦于这些前沿趋势。 工业物联网（IIoT）与数字孪生： 工业物联网将海量的设备连接起来，实现数据的实时采集、共享与分析。本章将探讨IIoT的关键技术，如边缘计算、云计算、大数据分析等，以及它们如何赋能工业自动化。数字孪生（Digital Twin）作为IIoT的重要应用，通过创建物理资产的虚拟副本，实现模拟、预测与优化，本章将深入解析其原理与应用前景。 人工智能（AI）与机器学习在自动化中的应用： 人工智能，特别是机器学习，正在为工业自动化注入新的活力。本章将介绍AI在预测性维护、智能故障诊断、自适应控制、质量检测、生产优化等方面的应用案例。我们将探讨深度学习、强化学习等技术如何赋能自动化系统的自主决策与学习能力。 机器人技术与柔性制造： 工业机器人已成为现代工厂的重要组成部分。本章将介绍协作机器人（Cobots）的发展，以及它们如何与人类协同工作，实现更灵活、更高效的生产。我们还将探讨机器人与自动化系统的集成，以及它们在实现柔性制造、个性化定制方面的潜力。 网络安全与数据隐私： 随着工业系统的互联互通日益紧密，网络安全的重要性也愈发凸显。本章将探讨工业自动化系统面临的网络安全威胁，以及如何采取有效的防护措施，保障生产数据的安全与隐私。 可持续发展与绿色制造： 工业自动化在推动效率提升的同时，也肩负着实现绿色制造的使命。本章将探讨自动化技术如何在节能降耗、减少污染、优化资源利用等方面发挥作用，为实现可持续发展目标贡献力量。 结语 《智造脉络：现代工业自动化系统解析》的完成，离不开各位专家学者和行业同仁的宝贵贡献。我们希望本书能够成为您理解现代工业自动化的一扇窗口，激发您探索更深层知识的兴趣。工业自动化的发展永无止境，技术革新日新月异。我们相信，在未来的智造时代，自动化系统将继续扮演着至关重要的角色，驱动着人类社会迈向更美好的未来。

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我是一名在自动化生产线上工作了十多年的老工程师，坦白说，我对市面上大部分的理论书籍都持保留态度，因为很多书本知识和实际车间环境存在巨大的脱节。但这本书的价值恰恰体现在它对“现场问题”的深刻洞察上。它不仅仅停留在标准的电路图讲解，更深入地剖析了在实际高负载、强电磁干扰环境下，设备容易出现的故障类型，并提供了非常实用的排查思路和应急处理预案。我记得书中有一个章节专门讨论了变频器在恶劣粉尘环境下的散热问题，并详细对比了不同安装方式的优缺点，这正是我团队上个月遇到的一个棘手难题。书中的解决方案不仅具有理论上的先进性，更重要的是它考虑到了成本控制和可操作性，这种“接地气”的经验总结，是任何课堂教学都无法替代的宝贵财富。读完这部分内容，我立刻回去优化了车间几台老旧设备的布线和防护措施，效果立竿见影，大大减少了非计划停机时间。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种深邃的工业蓝搭配上烫金的字体，立刻就给人一种专业、严谨的感觉。我最初对这类技术书籍的期望值不高，总觉得它们难免枯燥乏味，充斥着密密麻麻的公式和晦涩难懂的术语。然而，当我翻开内页时，却发现排版布局相当精妙。作者显然花了很多心思在图文的搭配上，那些复杂的电气原理图不再是简单的黑白线条，而是辅以了清晰的色彩标记和生动的剖面示意图，即便是初次接触电气控制领域的新手，也能大致摸清电流的流向和各个元件的功能。特别是前几章对基本电路元器件的介绍，几乎达到了百科全书式的详尽程度，无论是接触器、继电器还是断路器，其内部结构、工作原理、选型参数，都被描述得淋漓尽致，让人感觉手中捧着的不是一本教科书，而是一份详尽的实战手册。这种对细节的极致追求，无疑为后续深入学习打下了坚实的基础，极大地提升了阅读的愉悦感和知识的吸收效率。

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从一个对电气工程充满好奇心但又害怕复杂数学公式的跨专业学习者角度来看，这本书的讲解方式简直是量身定做。我特别欣赏作者在解释电磁感应定律或三相平衡理论时，所采用的类比手法。比如，用“水流”和“压力”来类比“电流”和“电压”，将抽象的物理概念具象化。这种“润物细无声”的教学方法，使得复杂的物理定律不再是高不可攀的壁垒，而是变得直观可感。更重要的是，它适当地引用了一些历史背景，比如某位发明家在攻克某个难题时的心路历程，这让冰冷的技术学习过程增添了一份人文关怀。阅读体验不再是单纯的知识输入，而更像是一场与领域先驱者的思想对话。这种平衡了深度和易读性的处理方式，使得这本书不仅适合专业人士，也为有志于转行或进行兴趣探索的业余爱好者打开了一扇友好的大门。

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这本书的逻辑组织结构，可以说是教科书级别中的翘楚。它没有采用那种生硬的“先讲原理再举例”的传统结构，而是巧妙地将理论知识融入到一系列渐进式的项目案例中。从最简单的单相电机正反转控制，逐步过渡到复杂的PLC（可编程逻辑控制器）驱动的伺服系统集成，每完成一个案例，读者都能清晰地看到之前学到的各种继电器、定时器、接触器是如何协同工作的，并理解它们在整个系统中的层级关系。这种“任务驱动型”的学习路径，极大地激发了我持续阅读下去的动力。更赞赏的是，作者在讲解PLC编程逻辑时，并没有完全偏向某一家品牌或特定的指令集，而是用一种非常通用的、接近流程图的描述方式，让读者能够迅速将学到的知识迁移到西门子、三菱或其他品牌的设备上进行应用。这体现了作者超越具体品牌局限的宏大视野。

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这本书在“安全规范与标准”方面的覆盖面，远远超出了我购买时的预期。在现代工业环境中，电气安全绝不是可选项，而是生命线。我原以为这部分内容会简单提及，但作者却用了整整一个章节的篇幅，系统地梳理了国内外主要的电气安全标准（如IEC、GB等）的核心要求，并结合实际的断路器配合、接地系统设计、以及紧急停机按钮的布局规范进行了详细的图解说明。书中列举了许多真实发生的电气事故案例，分析了事故的直接技术原因和管理漏洞，这种触目惊心的警示作用，比任何安全说教都来得有力。它强迫读者从“如何让设备运行起来”的思维模式，切换到“如何确保人员和设备在任何情况下都能安全停机”的更高层次的控制哲学。这让这本书的价值从一本技术手册，提升到了工业安全管理的重要参考资料层面，对于项目经理和安全主管来说，其参考价值极高。

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