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出版者:中国电力出版社

作者:张燕宾 编

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2003-9

价格:32.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508317359

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图书简介：现代工业自动化中的核心技术——《工业自动化控制系统原理与应用》 引言： 在当代工业生产领域，效率、精度和可靠性已成为衡量竞争力的关键指标。为了实现这一目标，自动化技术正以前所未有的速度渗透到各个行业。本书旨在系统、深入地探讨工业自动化控制系统的基本原理、核心组件、主流技术及其在实际工程中的应用。它不仅为初学者构建坚实的理论基础，也为有经验的工程师提供一个全面而实用的参考平台，助力其在智能制造的浪潮中掌握关键技术。 第一部分：工业自动化控制系统的基础理论与架构 本部分聚焦于理解自动化系统的“骨架”与“血液”。我们首先从控制论的视角出发，详细阐述了反馈控制、前馈控制等基本控制策略的数学模型与物理意义。重点解析了自动控制系统的时域和频域分析方法，使读者能够准确判断系统的稳定性与动态响应特性。 紧接着，本书详细介绍了工业控制系统的标准架构。从现场级的数据采集、执行机构，到控制级的主控制器（PLC、DCS），再到管理级的人机界面（HMI）与制造执行系统（MES），我们勾勒出完整的工业信息流和控制流的传输路径。特别地，我们深入剖析了现场总线技术（如Profibus、Foundation Fieldbus、EtherCAT）的协议特点、拓扑结构和抗干扰能力，这是实现可靠、实时数据交换的关键。 第二部分：可编程逻辑控制器（PLC）的深度解析与编程实践 可编程逻辑控制器是现代工业自动化领域的“中枢神经”。本书对主流品牌（如西门子S7系列、罗克韦尔Allen-Bradley、三菱FX系列）的PLC硬件结构进行了详尽的对比分析，包括CPU模块、I/O模块的选型原则与扩展方式。 在软件编程方面，本书严格遵循国际标准IEC 61131-3规范，系统介绍了五种标准编程语言：梯形图（LD）、指令表（STL/IL）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）和顺序功能图（SFC）。每种语言的语法、适用场景及编程技巧都配以丰富的工程实例进行演示。例如，在SFC的讲解中，我们详细拆解了复杂批处理流程的建模方法，而ST语言的应用则聚焦于复杂的数学运算和算法实现。 此外，本书还专门开辟章节讨论PLC的高级应用，如数据通信（Modbus TCP/IP、OPC UA）、故障诊断与安全编程。通过若干个贴近实际生产线的PLC项目案例，读者将能够掌握从需求分析、系统设计到程序编写、现场调试的全流程工程能力。 第三部分：工业传感器、执行器与过程控制技术 过程控制是实现连续性生产自动化的基石。本部分深入探讨了各类工业传感器的选型、安装与误差分析。这包括但不限于：高精度温度、压力、流量的测量技术，以及基于电磁感应、光电、超声波的位移和接近检测方法。对于传感器的线性度、迟滞性和漂移等关键性能指标，本书提供了量化的评估标准。 在执行机构方面，除了传统的调节阀、接触器和继电器外，本书将重点分析伺服系统与步进电机的驱动原理、闭环控制特性和精度校准。特别地，我们探讨了如何根据工艺要求，选择合适的执行机构来最小化响应延迟和控制量输出的波动。 针对连续过程控制（如温度、压力、液位控制），本书详细阐述了PID控制器的工作原理，并超越了基础的参数整定方法。我们引入了Smith预估控制器、级联控制、前馈控制以及模糊控制等先进策略，并结合DCS平台，演示了如何在复杂、耦合的系统中实现稳定、高效的运行。 第四部分：人机界面（HMI）与工业网络通信 优秀的人机交互界面是操作人员与自动化系统沟通的桥梁。本部分详细介绍了HMI的设计原则，包括信息的可视化布局、报警管理机制以及操作权限的设置。我们剖析了主流HMI软件（如WinCC、FactoryTalk View）的开发流程，强调了在设计中如何平衡信息的密度与操作的便捷性。 工业网络通信是现代制造系统的神经通路。本书系统梳理了从传统的串行通信到现代以太网的演进。我们不仅讲解了RS-485/232等基础接口的电气特性与协议帧结构，更着重于基于TCP/IP的工业以太网（如Profinet、EtherNet/IP）的帧结构、实时性保证机制以及网络安全防护策略。如何构建冗余网络拓扑以提高系统容错率，是本章的重点实践内容。 第五部分：系统集成、调试与运维 自动化系统的价值最终体现在其可靠的运行上。本书最后一部分关注于工程实践的“最后一公里”。我们提供了系统集成的方法论，包括电气柜的规范化设计、电缆的敷设标准以及EMC（电磁兼容性）设计考量。 调试是确保系统准确运行的关键环节。本书提供了一套结构化的调试流程：从I/O点位的单点测试、运动系统的点到点调试，到复杂逻辑和算法的联机测试。我们强调了在调试过程中如何运用示波器、逻辑分析仪等工具辅助故障定位。 运维部分则侧重于系统的生命周期管理，包括远程诊断、定期预防性维护计划的制定，以及如何在不中断生产的情况下进行系统升级和软件版本迭代。 总结： 《工业自动化控制系统原理与应用》内容翔实、结构严谨，理论与实践紧密结合。它将复杂的自动化技术分解为清晰、可理解的模块，是致力于提升工业生产自动化水平的工程师、技术人员、相关专业学生不可或缺的专业参考书。通过阅读本书，读者将构建起对现代工业控制体系的宏观认知和微观操作能力。

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坦白说，这本书的深度和广度远远超出了我对一本技术手册的预期。它仿佛是一位经验丰富的老工程师，耐心细致地为你拆解每一根导线、每一个控制单元背后的逻辑。我对其中关于开关器件（如IGBT）在不同调制方式下对输出波形影响的章节印象尤为深刻。作者并没有仅仅停留在理想化的正弦波分析上，而是深入探讨了高频开关带来的谐波问题、电流环和电压环的比例积分（PI）参数整定技巧，这些细节往往是初学者在实际调试中屡屡碰壁的地方。书中的公式推导严谨又不失清晰，每一个符号的引入都有其明确的物理意义，这极大地提升了阅读的连贯性，让人感觉作者是在与读者进行一场深入的学术探讨，而非简单的知识灌输。我尤其喜欢它对故障诊断和保护机制的讨论，详细列举了过流、过压、欠压等典型故障的发生机理和变频器的应对措施，这对于保障设备长期稳定运行至关重要。这本书不是那种可以囫囵吞枣读完的快餐读物，它需要你带着笔和纸，在关键节点停下来思考和演算，但每一次停顿都会带来新的领悟，绝对是值得反复研读的典范之作。

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读完此书，我最大的感受是作者在知识的梳理和抽象能力上的高超水平。它成功地将复杂的电力电子学、自动控制理论与电机学知识融会贯通，并以一种非常清晰的结构呈现出来。书中对于电机等效电路模型在不同运行状态下的等效变换过程，处理得极为精妙，让读者可以清晰地追踪磁链、电流和电压之间的动态关系。此外，作者在讨论现代高性能驱动系统时，对传感器和无传感器技术路线的探讨也十分透彻，对于如何根据不同的应用场景（如矿井提升机对安全性的极高要求，或纺织机械对动态响应的极致追求）来选择合适的反馈机制，提供了丰富的思路和详实的对比。这本书的深度足以让研究生级别的读者进行更深入的研究，同时，其严谨的逻辑结构也保证了有一定基础的工程师能够快速消化吸收。它不是一本简单的参考书，更像是一套严谨的、经过工程实践检验的知识体系构建蓝图，是电力驱动领域不可多得的精品。

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作为一名长期从事工业自动化集成的技术人员，我发现这本书的实用性体现在其对“工程实现”的关注上。很多理论书籍过于侧重数学模型的优雅性，却忽略了实际工业现场的环境限制和成本考量。而这本书在这方面做得非常到位。它清晰地描绘了从低压到高压变频器设计思路的差异，并且对不同类型编码器（如增量式、绝对式）如何无缝接入控制系统进行了详尽的说明。特别是关于电机参数辨识的部分，作者提供了一种既快速又相对准确的现场辨识流程，这在设备首次投产或更换电机时显得尤为宝贵。我尝试按照书中的步骤对一台大功率电机进行了参数采集，结果发现其在变频器启动瞬间的响应速度和稳态精度都有显著提升，这直接证明了理论指导实践的有效性。此外，书中对于EMC（电磁兼容性）设计和屏蔽措施的建议，也体现了作者对工程实践的深刻理解，避免了许多项目在后期因干扰问题而返工的麻烦。这本书更像是一本“高级操作手册”，而不是普通的教科书。

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这本书的内容涉及了电机控制领域非常核心且实用的技术，对于想要深入理解现代电力驱动系统的读者来说，无疑是一本极佳的入门和进阶读物。它系统地阐述了变频调速的基本原理，从交流电机的工作特性入手，逐步过渡到变频器的结构、工作方式以及控制策略的演变。特别是对于新手而言，书中对矢量控制和直接转矩控制等先进算法的讲解，虽然理论性较强，但作者通过大量的图示和流程图，使得原本晦涩难懂的数学模型变得直观易懂。我特别欣赏作者在介绍不同控制模式时，都会详细对比其优缺点以及适用场景，这帮助我避免了在实际工程中盲目套用理论的误区。书中的案例分析也非常贴近实际生产线上的问题，比如如何处理电机在低速大扭矩运行时的稳定性，或者如何优化系统在不同负载变化下的动态响应性能。读完此书，我对以往工作中那些“黑箱”式的变频器参数设置，有了脱胎换骨的认识，不再是单纯地依赖厂家手册，而是能够基于物理原理去优化和调试设备。这本书的价值在于，它不仅教你“如何做”，更重要的是教你“为什么这么做”，这才是真正意义上的技术积累。

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这本书的叙述风格非常沉稳且极具条理，它就像是为那些渴望从“会用”到“精通”的工程师量身定做的一套升级指南。作者的文字功底深厚，尽管主题是技术性的，但行文流畅，避免了生硬的术语堆砌。给我留下深刻印象的是，它对各种调制策略的对比分析，不仅仅是列出它们的数学表达式，更是从控制性能、开关损耗、电流谐波失真等多个维度进行了多维度的剖析，让人清晰地认识到技术选择背后的权衡取舍。比如，在探讨SVPWM（空间矢量脉冲宽度调制）时，作者不仅解释了其优越性，还详细对比了其实现复杂度与传统正弦PWM的差异，这对于硬件资源有限的嵌入式系统设计者来说，提供了关键性的决策依据。我感觉这本书的结构设计非常人性化，知识点层层递进，从基础理论到复杂控制策略，再到实际应用中的疑难杂症解决，构成了一个完整的知识闭环。它确实帮助我构建了一个更加全面和深入的变频调速认知体系，让我对电机驱动技术有了更高层次的理解和敬畏之心。

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