Fundamentals of Programmable Logic Controllers, Sensors, and Communications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Stenerson, Jon

出品人:

页数:672

译者:

出版时间:2004-1

价格:$ 206.56

装帧:HRD

isbn号码:9780130618900

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• Programmable Logic Controllers
• Sensors
• Industrial Automation
• Communications
• Control Systems
• Instrumentation
• Electrical Engineering
• Manufacturing
• Robotics

深入浅出：现代工业自动化核心技术解析 本书聚焦于工业自动化领域中的关键技术支柱：可编程逻辑控制器（PLC）、先进传感器技术、以及工业通信协议的集成应用。 本书旨在为电气工程、自动化技术、机电一体化等专业领域的研究人员、工程师以及高级技术人员提供一个全面、深入且高度实用的技术参考和学习指南。我们致力于超越基础理论的介绍，深入剖析这些核心组件在复杂工业场景中的设计原则、选型标准、编程实践、故障诊断与系统集成。 --- 第一部分：可编程逻辑控制器 (PLC) 的架构、编程与高级应用 本部分将PLC视为现代控制系统的中枢神经系统，详细阐述其从硬件架构到复杂软件实现的完整生命周期。 1.1 PLC硬件架构与选型精要 我们将详细考察当前主流PLC平台的内部结构，包括中央处理器（CPU）的性能指标、I/O模块的类型（数字量、模拟量、高速计数、运动控制模块）及其在不同环境下的可靠性考量。重点探讨了冗余系统、热插拔技术在关键任务应用中的必要性与实现方式。书籍将指导读者如何根据控制系统的规模、响应速度要求、以及环境条件（如温度、振动、电磁兼容性）进行科学、经济的硬件选型。同时，对模块化（Rack-based）与紧凑型（Brick-style）PLC的优缺点进行对比分析，并引入分布式I/O架构（如使用现场总线扩展）的优势。 1.2 结构化编程与高级指令集 本书强调的不是对基础梯形图（Ladder Logic, LD）的简单复述，而是转向更适合现代复杂逻辑实现的结构化编程范式。我们将深入讲解IEC 61131-3标准下的五种主要编程语言，并重点展示： 结构化文本（Structured Text, ST）： 如何利用高级语言特性（如For/While循环、函数、过程）来编写高效、易于维护的算法，特别是在数据处理和复杂的数学运算中。 功能块图（Function Block Diagram, FBD）与顺序功能图（Sequential Function Chart, SFC）： 阐述SFC在描述多步骤、状态驱动型过程控制中的强大能力，并展示如何使用FBD实现模块化的控制逻辑。 我们还将详述高级PLC指令集，包括PID控制回路的内部算法解析、运动控制（点位、插补）的编程接口、数据历史记录（Data Logging）的实现方法，以及安全相关PLC（Safety PLC）的基本集成流程。 1.3 诊断、调试与系统优化 故障排除是现场工程师的核心技能。本章提供了系统的诊断流程，从I/O状态监测到在线程序跟踪与变量监视。重点内容包括：如何利用PLC内置的诊断功能识别硬件故障、如何通过时序分析定位竞争条件（Race Conditions），以及如何使用监视表（Watch Tables）和趋势图（Trending）进行性能分析。优化部分侧重于减小扫描时间、合理分配内存资源，以及利用先进的诊断块（Diagnostic Blocks）实现预测性维护的初步框架。 --- 第二部分：下一代传感器技术与信号调理 本部分将传感器视为系统的数据采集前端，强调如何从物理世界准确、可靠地捕获信息，并将其转化为PLC可处理的数字信号。 2.1 传感器原理与精度工程 本书不会止步于介绍光电、电感式、超声波传感器的基本原理，而是深入探讨其在实际应用中的局限性与优化策略。重点内容包括： 高精度测量技术： 激光测距传感器、视觉传感器（2D/3D）在质量控制中的集成与数据处理。 环境适应性： 探讨压力、温度、流量传感器在极端环境（高温、高压、腐蚀性介质）下的材料科学选择与防护等级（IP/NEMA）的应用。 智能传感器接口： 介绍集成诊断与自校准功能的智能传感器，及其与PLC间的数据交换协议（如IO-Link）。 2.2 模拟信号的获取与完整性 模拟信号的处理是影响系统精度的关键瓶颈。我们将详细解析模拟量输入（AI）模块的性能指标，如分辨率（位数）、采样率、线性度与漂移。针对噪声干扰问题，本章提供了： 抗噪设计： 滤波器理论（数字滤波与硬件滤波）在传感器信号调理中的应用，包括如何设计和计算截止频率。 信号隔离与接地： 详细说明了工业环境中常见的接地回路（Ground Loop）问题及其电气隔离解决方案，确保信号的完整性。 传感器校准流程： 描述了从“零点”到“满量程”的系统级校准方法，以及如何利用PLC中的查找表（Look-up Tables）进行非线性补偿。 --- 第三部分：工业通信：协议的深度融合与网络集成 现代自动化系统是高度互联的。本部分专注于当前工业网络的主流协议，强调它们在不同控制层级间的协同工作能力。 3.1 现场总线技术：深入解析与比较 本书对常见的现场总线技术进行了细致入微的剖析，超越了简单的协议名称罗列，侧重于其在实时性、带宽和拓扑结构上的差异： PROFIBUS/PROFINET： 详细阐述了RT（实时）与isochronous Real Time (IRT) 的区别，以及在基于Ethernet的PROFINET中如何保证确定性通信。 DeviceNet/ControlNet： 探讨其基于CAN总线的特性以及在北美市场中的特定应用场景。 Modbus TCP/RTU： 作为通用互操作性协议，重点分析其轮询机制的局限性，以及在数据采集层中的高效应用策略。 3.2 工业以太网的崛起与高级网络架构 随着工业4.0的推进，标准以太网技术在控制层级的应用日益广泛。本章集中于： EtherNet/IP 与 TCP/IP 堆栈： 解析CIP（Common Industrial Protocol）在实现设备间信息透明化中的作用。 网络冗余与高可用性： 讨论了如MRP（Media Redundancy Protocol）等机制，确保在网络链路故障时控制逻辑的连续运行。 网络安全（Cybersecurity）： 介绍了ISA/IEC 62443标准框架下的初步安全实践，包括VLAN划分、访问控制列表（ACL）在PLC网络中的部署，以及固件更新的安全验证流程。 3.3 HMI/SCADA与PLC的无缝集成 本部分阐述了人机界面（HMI）和监控与数据采集（SCADA）系统如何有效地从PLC中提取数据、下达指令，并展示历史数据和报警管理。重点在于高效的数据映射策略（Tag Naming Conventions）和基于OPC UA（统一架构）的跨平台数据交换实现，确保数据模型在不同制造商系统间的互操作性。 --- 本书的独特价值在于其高度的实践导向和对前沿技术的精确把握。 通过对PLC编程范式的深化、对传感器信号完整性的严格把控，以及对工业通信网络的架构优化，读者将获得构建、维护和升级下一代工业自动化系统的必备知识体系。每一章节都配有复杂的案例分析，模拟真实工业环境中的设计挑战与解决方案。

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