电气自动控制系统-第2版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:124

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出版时间:2009-12

价格:12.00元

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isbn号码:9787040282818

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• 电气控制
• 自动控制
• 电力系统
• 控制系统
• 自动化
• 电气工程
• 控制理论
• 第2版
• 教材
• 工业控制

现代工业的脉搏——电气自动控制系统在工业生产中的应用与发展 在日新月异的工业革命浪潮中，电气自动控制系统如同工业生产的神经中枢，其重要性日益凸显。它不仅是提升生产效率、保障产品质量的关键技术，更是实现智能化、绿色化制造的基石。本书将深入剖析电气自动控制系统在现代工业生产中的广泛应用、核心技术原理及其发展趋势，旨在为读者构建一个全面而深刻的认知图景。 第一章 工业生产的自动化需求与电气自动控制系统的起源 工业生产的本质在于通过对物质进行加工改造，创造出满足人类需求的商品。从最初的人力劳动，到蒸汽机的出现，再到电力的广泛应用，每一次技术飞跃都伴随着生产效率的指数级增长。然而，随着工业规模的扩大和产品复杂度的提升，传统的手工操作和简单的机械联动已难以满足日益严苛的生产要求。 效率瓶颈与质量挑战： 人工操作受制于体力、注意力和熟练度，难以实现高精度、高速度和长时间的稳定运行，容易导致生产效率低下和产品质量波动。 安全隐患与环境压力： 许多工业生产过程存在高温、高压、易燃易爆等危险环境，人工操作不仅风险巨大，而且难以有效监控和及时应对突发状况。同时，传统的生产方式往往伴随着能源浪费和环境污染，对可持续发展提出了严峻挑战。 自动化需求的萌芽： 为了克服上述挑战，工业界开始探索如何通过自动化手段，使生产过程更加高效、稳定、安全且环保。早期的自动化尝试主要集中在机械联动和简单的电气开关控制，但其灵活性和智能化程度有限。 电气技术的驱动： 电力作为一种高效、易于传输和控制的能源，为自动控制系统的发展提供了坚实的技术基础。电动机、传感器、继电器等电气元件的出现，使得对生产过程的监测、调节和执行成为可能。 自动控制理论的奠基： 伴随着工程实践的进步，自动控制理论逐渐形成。从早期的反馈控制思想，到经典的PID控制理论，再到后来的状态空间分析等，为设计和优化自动化系统提供了强大的数学工具和理论指导。 电气自动控制系统的诞生： 将先进的电气技术与自动控制理论相结合，便催生了电气自动控制系统。它通过对工业生产过程中的各种参数（如温度、压力、流量、速度、位置等）进行实时监测，并根据预设的逻辑和控制算法，自动调节执行机构（如电机、阀门、加热器等）的动作，从而实现生产过程的自动化。 第二章 电气自动控制系统的核心组成与工作原理 任何一个电气自动控制系统，无论其规模和复杂程度如何，通常都由以下几个核心部分构成，它们协同工作，共同完成对生产过程的精确控制。 感知层（传感器）： 系统的“眼睛”和“耳朵”。传感器负责将生产过程中需要监测的物理量（如温度、压力、流量、液位、速度、位移、力等）转化为电信号。例如，热电偶用于测量温度，压力变送器用于测量压力，光电传感器用于检测物体位置等。传感器的精度、灵敏度和响应速度直接影响到整个控制系统的性能。 决策层（控制器）： 系统的“大脑”。控制器接收来自传感器的数据，并根据预设的控制算法、逻辑指令和用户设定的目标值，进行分析、判断和决策，生成控制指令。 传统控制器： 包括继电器控制、PLC（可编程逻辑控制器）等。PLC以其强大的逻辑控制能力、灵活性和可靠性，在工业自动化领域得到了广泛应用，能够处理离散的开关量和模拟量信号，实现复杂的顺序控制、定时、计数以及简单的算术运算。 现代控制器： 以微处理器为核心的单片机、嵌入式系统以及更高级的工业PC（IPC）等。它们具备强大的计算能力、丰富的数据处理功能和开放的接口，能够运行复杂的控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等，并能实现网络通信和人机交互。 执行层（执行器）： 系统的“手”和“脚”。执行器接收来自控制器的指令，并将其转化为对生产过程的实际操作。 电机类执行器： 如直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机等，用于驱动机械设备完成旋转、直线运动等。 阀门类执行器： 如电磁阀、电动调节阀、气动调节阀等，用于控制流体的通断和流量。 加热/冷却类执行器： 如电加热器、制冷设备等，用于调节温度。 其他执行器： 如指示灯、报警器、电磁铁等，用于发出信号或产生动力。 通信与网络： 现代电气自动控制系统越来越依赖于通信网络，以实现各个单元之间的信息交换和协同工作。 现场总线： 如PROFIBUS, Foundation Fieldbus, Modbus等，用于连接传感器、执行器和控制器，实现高效可靠的现场数据传输。 工业以太网： 如Ethernet/IP, PROFINET等，提供更高的带宽和更强的通信能力，支持更复杂的控制和数据采集。 无线通信： 在某些场景下，也采用Wi-Fi, LoRa等无线技术实现灵活的连接。 人机界面（HMI）： 系统的“窗口”。HMI允许操作人员与控制系统进行交互，包括显示生产过程的实时状态、参数信息，设置和修改控制参数，以及接收报警信息等。触摸屏、工业显示器和操作面板是常见的HMI设备。 工作原理的逻辑链条： 传感器将现场的物理量转化为电信号 → 控制器接收电信号，与设定值进行比较，并根据控制算法计算出控制输出 → 控制器将控制输出信号发送给执行器 → 执行器根据控制信号改变其工作状态，从而影响生产过程 → 生产过程的改变又被传感器实时监测，形成反馈，完成一个闭环控制。 第三章 电气自动控制系统在关键工业领域的应用 电气自动控制系统已渗透到现代工业的各个角落，成为提升效率、保障安全、优化品质的核心驱动力。 制造业： 生产线自动化： 从零部件的搬运、装配到产品的检测、包装，整个生产流程高度自动化。机器人手臂、AGV（自动导引车）、自动化装配设备等在其中扮演着关键角色。 数控机床（CNC）： 通过精确的数字指令控制机床的运动，实现高精度、复杂形状零件的加工，极大地提升了零件加工的效率和精度。 质量检测与监控： 视觉检测系统、在线测量设备等能够实时检测产品缺陷，确保产品质量。 电力系统： 发电厂控制： 对锅炉、汽轮机、发电机等关键设备的运行进行自动调节，保证电力输出的稳定性和安全性。 电网调度： 实时监测电网负荷，自动调整发电和输电策略，确保电力系统的安全可靠运行。 新能源接入与管理： 自动化系统在风力发电、太阳能发电等新能源的并网、运行和发电预测中发挥着重要作用。 石油化工： 反应过程控制： 精确控制反应温度、压力、流量等参数，确保化学反应的安全、高效进行，并获得最佳产率。 管道输送监控： 实时监测油气管道的压力、流量、温度，以及时发现和处理泄漏等异常情况。 安全联锁系统： 在存在爆炸、火灾风险的区域，自动控制系统能够实现多重安全联锁，防止事故发生。 交通运输： 城市轨道交通： 列车的自动运行、信号控制、站台门控制等，保障了城市交通的高效和安全。 智能交通管理： 交通信号灯的智能配时、车流监控、诱导系统等，有效缓解城市交通拥堵。 航空航天： 飞机的自动驾驶、导航系统，以及航天器的轨道控制、姿态调整等，都离不开先进的电气自动控制技术。 楼宇自动化（BAS）： 暖通空调（HVAC）控制： 自动调节室内温度、湿度、通风，实现舒适的室内环境并节约能源。 照明控制： 根据室内光线和人员活动情况，自动开关和调节灯光亮度。 安防监控： 联动门禁、监控摄像头、报警系统，构建全方位的楼宇安全保障。 第四章 电气自动控制系统的发展趋势与未来展望 在信息技术、人工智能、物联网等新兴技术的推动下，电气自动控制系统正以前所未有的速度向着智能化、集成化、网络化和绿色化的方向发展。 智能化与人工智能： 机器学习与深度学习： 将AI算法应用于故障诊断、预测性维护、工艺优化、自主决策等方面，使系统具备自我学习和适应能力。 专家系统与模糊控制： 模拟人类专家的决策过程，处理模糊和不确定的信息，提高控制系统的鲁棒性和适应性。 工业物联网（IIoT）： 万物互联： 将海量的传感器、执行器、设备和系统连接起来，构建一个互联互通的工业生态系统。 大数据分析： 收集和分析海量工业数据，挖掘潜在规律，优化生产流程，提升运营效率。 云计算与边缘计算： 利用云平台进行数据存储和分析，利用边缘设备进行实时处理，实现更高效的决策和响应。 数字化转型与工业4.0： 数字孪生（Digital Twin）： 创建物理实体在数字世界的精确映射，通过模拟和分析，实现对实际生产过程的优化和预测。 柔性制造： 能够快速响应市场需求变化，实现多品种、小批量、定制化生产。 人机协作： 机器人与人类员工协同工作，发挥各自优势，提升生产效率和工作安全性。 绿色化与可持续发展： 能效优化： 利用先进的控制策略和能源管理系统，最大程度地降低能源消耗。 环境监测与控制： 实时监测和控制生产过程中的污染物排放，减少对环境的影响。 资源循环利用： 在生产过程中实现资源的有效回收和再利用。 网络安全： 随着系统互联程度的提高，网络安全的重要性愈发凸显。保障控制系统的安全，防止恶意攻击和数据泄露，是未来发展的重要课题。 结语 电气自动控制系统作为现代工业的“血脉”，其发展与进步直接关系到国家工业竞争力的提升。从简单的开关控制到复杂的AI驱动的智能系统，每一次技术革新都为工业生产带来了巨大的变革。未来，随着技术的不断融合和创新，电气自动控制系统将继续在推动工业智能化、绿色化和可持续发展的道路上发挥至关重要的作用，塑造更加高效、安全、环保的工业新格局。

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