S7-300/400可编程控制器原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:607

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出版时间:2009-1

价格:59.00元

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isbn号码:9787811244762

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• S7-300
• S7-400
• 可编程控制器
• 自动化
• 工业控制
• 西门子
• 编程
• 原理
• 应用
• 电气工程

智能制造时代的工业控制系统深度解析：下一代PLC与现场总线技术前沿 本书聚焦于当前工业自动化领域的核心技术革新，特别是针对高性能、高集成度的新型可编程逻辑控制器（PLC）平台、先进的工业以太网通信架构，以及面向工业物联网（IIoT）的集成化解决方案。本书旨在为自动化工程师、系统集成商、研发人员以及相关专业院校师生提供一套全面、深入且具有前瞻性的技术参考与实践指导。 --- 第一部分：现代PLC平台架构与高性能计算 本部分深入剖析了当前主流工业控制平台在硬件架构、操作系统及核心功能模块上的最新发展趋势。我们不再局限于传统PLC的离散控制范畴，而是将其视为分布式、高性能的工业计算机。 1.1 新一代PLC硬件设计理念与模块化 详细阐述了采用多核处理器、高速FPGA（现场可编程门阵列）以及专用的运动控制协处理器的现代PLC硬件平台设计思路。重点讨论了如何通过硬件加速实现更快的扫描周期、更复杂的算法运算以及更可靠的实时性保证。分析了冗余架构（硬件、软件及通信冗余）在关键任务系统中的应用标准和配置策略，确保系统在单点故障下的持续运行能力。 1.2 实时操作系统（RTOS）与控制算法集成 探讨了现代PLC内部运行的实时操作系统特性，包括任务调度机制（如优先级继承、时间片轮转）、中断处理流程和内存管理策略。本书详细介绍了如何将高级控制算法，如自适应控制、模型预测控制（MPC）的简化版本，直接移植到PLC的实时内核中高效运行，实现对快速动态过程的精确控制。同时，涵盖了数字信号处理（DSP）技术在高速数据采集和滤波中的应用。 1.3 边缘计算与数据预处理能力 随着工业数据量的爆炸式增长，PLC正逐步承担起边缘计算节点的功能。本章详细介绍了现代控制器如何集成容器化技术（如Docker或轻量级虚拟化）以运行特定的数据分析服务。内容包括：数据清洗、特征提取、本地安全存储策略，以及如何根据预设阈值或机器学习模型的结果，自主决策是否需要上报云端，从而减轻网络负载并提高响应速度。 --- 第二部分：工业通信与网络深度集成 工业通信是实现系统互联互通的基石。本部分将重点关注基于以太网的下一代现场总线技术，及其在复杂异构网络环境中的部署与优化。 2.1 工业以太网协议栈的演进与比较 全面解析了当前主流的实时以太网协议，如Profinet IRT (Isochronous Real Time)、EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) 和 TSN (Time-Sensitive Networking) 的技术原理、帧结构、同步机制和性能指标。本书深入对比了这些协议在抖动控制、带宽利用率和系统扩展性方面的优劣，并提供了实际项目中的选型指南。 2.2 TSN在超低延迟控制中的应用 TSN作为IEEE 802.1标准族的一部分，是实现融合IT与OT网络的关键技术。本章详细阐述了TSN的关键技术要素，包括时间同步（IEEE 802.1AS）、流量整形（802.1Qbv）和数据包整形（802.1Qcr）。通过具体案例说明如何利用TSN的精确时间戳和带宽预留机制，构建一个可以同时承载高优先级周期性控制数据和非周期性数据（如视频流、诊断信息）的统一网络骨干。 2.3 OPC UA：跨平台数据互操作性标准 深入讲解了OPC统一架构（OPC UA）的技术模型，包括其信息模型、安全机制（数字证书、加密通信）和面向服务的架构。重点在于如何利用OPC UA的服务器/客户端架构、数据发现机制以及安全策略，实现PLC、SCADA系统、MES（制造执行系统）之间的安全、结构化的数据交换，摆脱传统OPC DA的局限性。 --- 第三部分：先进运动控制与安全集成 现代制造业对精度、速度和安全性的要求达到了前所未有的高度。本部分聚焦于高速高精度运动控制的实现以及功能安全标准的工程化应用。 3.1 复杂多轴同步与运动控制算法 系统性地介绍了多轴协调运动控制的关键技术，包括笛卡尔坐标系与关节坐标系的转换、插补算法（直线、圆弧、样条曲线）的实时计算。详细分析了闭环伺服系统的反馈控制策略（如PID、滑模控制），并探讨了如何利用PLC内置的运动控制器实现电子凸轮和飞锯等复杂同步功能，重点关注轨迹生成与平滑处理。 3.2 工业功能安全标准与集成 基于IEC 61508和IEC 62061标准，本书阐述了功能安全系统的设计流程，包括风险分析、安全完整性等级（SIL）或性能等级（PL）的确定。重点剖析了安全PLC（Safety PLC）的架构特点，如双核冗余校验、强制安全输入/输出模块的设计原理。同时，指导读者如何正确集成安全光幕、急停按钮和安全门开关，并进行有效的安全验证测试。 --- 第四部分：数字化转型与系统集成实践 最后一部分将视角从单一控制器扩展到整个工厂自动化系统，讨论如何通过现代技术实现高效的系统集成和数据生命周期管理。 4.1 数字化孪生（Digital Twin）的控制层基础 阐述了在控制层面上构建数字化孪生模型所需的关键数据流和仿真接口。内容涵盖如何利用高精度模拟器（如基于C++/Python的仿真环境）与实时PLC进行Co-Simulation（协同仿真），实现控制逻辑在部署前的高保真验证。分析了如何将实时运行数据回馈给仿真模型，以校准和优化模型精度。 4.2 远程诊断、预测性维护与云连接 探讨了面向IIoT的连接策略。介绍了如何安全地将控制层数据（如I/O状态、错误代码、过程变量历史）通过MQTT或OPC UA Pub/Sub模式传输至云端平台。重点讲解了如何利用这些数据建立基于时间的设备健康指数（DHI）模型，从而实现从计划性维护向预测性维护的转变，最大限度地减少非计划停机时间。 --- 本书的特点在于其技术的前沿性与工程实践的紧密结合。我们避免了对过时或已被新一代技术完全取代的旧有架构的冗长叙述，而是将全部篇幅集中于当前工业自动化领域的核心驱动力——高性能、高集成度、高安全性和网络融合性，为读者构建一个面向未来的工业控制技术知识体系。

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