工控机IPC-PLC-电器控制技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东南大学出版社

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页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:45.0

装帧:平装

isbn号码:9787810892025

丛书系列:

图书标签:

• 工控机
• PLC
• 电器控制
• 工业自动化
• 嵌入式系统
• 单片机
• 电路设计
• 控制技术
• 电气工程
• 自动化控制

《工业自动化系统设计与集成实战》 概述 本书旨在为读者提供一套系统、深入的工业自动化理论知识与实践技能，聚焦于现代工业生产环境中，如何从全局视角理解、设计、实施及优化各类自动化控制系统。本书并非仅仅罗列技术名词或概念，而是着重于“实战”，强调在实际工程项目中，设计师、工程师及技术人员需要面对的挑战，以及如何运用先进的技术和方法论，构建高效、稳定、可靠的自动化解决方案。我们将从自动化系统的基本原理出发，逐步深入到具体的硬件选型、软件开发、系统集成、调试优化以及后期维护等各个关键环节，力求为读者打造一个全面而实用的知识体系。 第一篇：工业自动化系统基础理论与架构 本篇将为读者奠定坚实的理论基础，帮助理解工业自动化的核心概念和发展脉络。 第一章：工业自动化的演进与发展趋势 从早期机械自动化到电气自动化，再到今天的智能制造和工业4.0，我们将回顾工业自动化技术的发展历程，分析不同阶段的技术特点、驱动因素和应用场景。 深入探讨当前工业自动化的主要发展趋势，包括物联网（IoT）在工业中的应用（IIoT）、大数据分析、人工智能（AI）与机器学习在过程优化和预测性维护中的作用、边缘计算的崛起、以及云计算平台如何赋能工业数据管理和应用。 重点介绍智能制造的概念，解析其包含的关键技术要素，如柔性制造、人机协作、数字孪生等，并探讨这些趋势对工程师能力的要求。 第二章：工业自动化系统的基本构成要素 传感器与执行器： 详细阐述各类工业传感器的原理、选型原则（如光电、接近、压力、温度、位移等），以及其在采集物理信号中的重要性。同时，介绍不同类型的执行器（如电机、电磁阀、气缸、液压缸等）的工作原理、驱动方式及选择依据，强调它们如何响应控制指令，实现物理动作。 数据采集与处理（DAQ）： 讲解数据采集系统的组成，包括信号调理、模数转换（ADC）等关键环节。介绍高性能数据采集卡的特性、接口技术（如PCIe、USB）以及在实时监测和数据记录中的应用。 人机界面（HMI）： 深入分析HMI在操作员与自动化系统之间交互中的作用。详细介绍触摸屏、按钮面板等物理HMI设备，以及SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统和MES（Manufacturing Execution System）等软件HMI平台的功能、架构和应用。探讨用户界面的设计原则，以提升操作效率和减少误操作。 通信网络： 介绍工业通信协议的多样性，包括串行通信（RS-232/485）、以太网通信（TCP/IP、UDP）以及现场总线技术（如Modbus、Profinet、Ethernet/IP、CANopen等）的特点、优势与适用场景。分析不同网络的拓扑结构、带宽、实时性和可靠性要求，以及在复杂系统集成中的网络规划。 控制核心： 本章将初步介绍各种控制核心的类型，为后续章节深入探讨PLC、DCS、PAC等做铺垫。 第二篇：核心控制技术与平台选型 本篇是本书的重点，将详细介绍工业自动化中最核心的控制技术和平台，帮助读者进行有效的技术选型。 第三章：可编程逻辑控制器（PLC）原理与应用 PLC的内部结构与工作原理： 深入解析PLC的CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块、通信模块等核心组成部分，详细讲解PLC的扫描周期、指令执行过程以及与外部设备的交互机制。 PLC编程语言： 全面介绍IEC 61131-3标准定义的五种PLC编程语言：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FB）和顺序功能图（SFC）。通过大量实例，演示不同语言的特性、适用场景以及如何相互配合使用。 PLC的选型原则： 基于项目需求（如I/O点数、处理速度、通信要求、功能集成度、环境适应性等），指导读者如何选择合适的PLC品牌和型号。介绍国内外主流PLC厂商（如西门子、罗克韦尔、施耐德、三菱、欧姆龙等）的产品特点和技术路线。 PLC在实际项目中的应用： 通过多个典型案例（如生产线控制、物料搬运系统、配料系统、环境监测系统等），展示PLC在不同工业场景下的具体应用和编程实现。 第四章：分布式控制系统（DCS）与过程控制 DCS的架构与特点： 讲解DCS的集中管理、分散控制的系统架构，以及其在高可靠性、大规模、复杂过程控制系统中的优势。分析DCS的控制站、操作站、工程师站、网络通信等关键组成。 过程控制理论： 介绍PID（比例-积分-微分）控制算法的原理、数学模型、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法等）及其在温度、压力、流量、液位等过程参数调节中的应用。 DCS在流程工业中的应用： 重点阐述DCS在石油化工、电力、制药、冶金等流程工业中的典型应用，以及如何实现生产过程的连续监测、优化与自动化调度。 第五章：运动控制与伺服系统 伺服驱动器与伺服电机： 详细介绍伺服系统的组成，包括伺服驱动器、伺服电机、编码器等。分析伺服电机（如同步电机、异步电机）的类型、工作原理、特性曲线，以及伺服驱动器的控制模式（如位置控制、速度控制、力矩控制）。 运动控制器的作用： 讲解运动控制器在多轴联动、轨迹规划、插补运动等高级运动控制任务中的作用。介绍运动控制的常用指令和编程范式。 在机械设备中的应用： 阐述运动控制系统在数控机床、机器人、包装机械、印刷机械等高端制造装备中的应用，以及如何实现高精度、高速的动态性能。 第六章：数据采集与监控系统（SCADA） SCADA系统的功能与架构： 深入讲解SCADA系统的核心功能，包括实时数据采集、图形化监控、报警管理、历史数据存储与分析、报表生成等。分析其典型架构，如集中式、分布式、客户/服务器模式。 SCADA系统软件选型与组态： 指导读者如何根据项目需求选择合适的SCADA软件，并介绍SCADA系统的基本组态流程，包括创建画面、添加控件、连接设备、配置报警和脚本等。 SCADA在各行业应用： 探讨SCADA系统在电力监控、水利调度、环境监测、楼宇自动化、公共交通等领域的广泛应用。 第三篇：工业自动化系统设计与集成 本篇将聚焦于如何将理论知识转化为实际工程项目，涵盖系统设计、硬件选型、软件开发、集成调试等关键实践环节。 第七章：工业自动化系统项目规划与需求分析 项目立项与目标设定： 如何进行初步的项目可行性研究，明确自动化项目的总体目标、经济效益和社会效益。 需求分析方法： 详细介绍如何通过与客户沟通、现场调研、流程分析等方式，准确、全面地收集和梳理自动化系统的功能需求、性能需求、可靠性需求、安全性需求以及经济性需求。 系统方案设计： 基于需求分析结果，制定初步的系统设计方案，包括控制策略、系统架构、关键设备选型、通信网络设计等。 第八章：硬件选型与配置 详细的传感器与执行器选型： 基于具体应用场景，学习如何根据技术参数、精度要求、防护等级、环境条件、成本预算等因素，进行精确的传感器和执行器选型。 PLC/DCS I/O模块选型： 掌握不同类型（数字量、模拟量、特殊功能）I/O模块的选型原则，以及考虑信号类型、点数、隔离性、防爆要求等因素。 通信接口与网络设备选型： 根据通信协议和网络拓扑，选择合适的通信模块、交换机、路由器、网线、连接器等网络设备，确保系统通信的稳定性和可靠性。 机柜与电源设计： 学习如何进行电气柜的布局设计，考虑散热、布线、空间利用率、EMC（电磁兼容性）等因素。选择合适的电源系统，确保整个系统的稳定供电。 第九章：控制软件开发与组态 PLC程序设计实战： 结合前述PLC编程语言，通过多个实际案例，演示如何编写高质量、高效率、易于维护的PLC控制程序。强调代码风格、注释规范、错误处理和异常处理。 SCADA/HMI画面设计与交互逻辑： 教授如何设计直观、易用的HMI操作界面，包括画面布局、图元选择、数据绑定、动画效果、报警显示等。学习如何实现丰富的用户交互逻辑。 数据库与历史数据管理： 介绍工业数据库（如SQL Server、Oracle）在自动化系统中的应用，以及如何进行历史数据采集、存储、查询和分析。 脚本编程与高级功能实现： 讲解在SCADA/HMI或PLC中进行脚本编程（如VB.NET、C、Python等）的方法，以实现更复杂的逻辑、数据处理、报表生成和与其他系统的集成。 第十章：系统集成与联调 硬件连接与布线： 详细指导如何进行现场的硬件连接，包括传感器、执行器、PLC/DCS I/O、通信线缆等的规范布线，以及注意事项（如屏蔽、接地、信号隔离）。 网络配置与通信调试： 学习如何配置工业网络，包括IP地址分配、子网划分、网段规划等，并进行通信链路的调试，确保各设备之间能够正常通信。 软件集成与功能联调： 将PLC程序、SCADA/HMI画面、数据库等各个软件模块进行集成，并逐步进行各项功能的联调测试，包括信号采集、控制输出、报警响应、数据显示等。 系统级测试与验收： 制定详细的测试计划，进行全面的系统级测试，包括功能测试、性能测试、稳定性测试、负载测试等，确保系统满足项目要求，并通过客户验收。 第四篇：工业自动化系统的优化与维护 本篇将关注自动化系统在运行过程中的性能提升、故障排除及长期维护策略。 第十一章：系统性能优化与效率提升 过程参数优化： 基于历史数据分析和控制理论，指导如何调整控制参数（如PID参数、运动控制参数），以提高系统的响应速度、精度和稳定性。 能源效率优化： 介绍如何在自动化系统中集成节能策略，例如通过优化电机驱动、改进工艺流程、引入智能调度等手段，降低能耗。 生产效率提升： 分析如何通过优化控制逻辑、缩短设备切换时间、实现柔性生产等方式，提升整体生产效率。 第十二章：故障诊断与排除 典型故障分析： 总结工业自动化系统中常见的故障类型，如传感器故障、执行器失效、通信中断、程序错误、电源问题等。 故障诊断工具与方法： 介绍利用PLC的诊断功能、SCADA系统的报警记录、在线调试工具、示波器、万用表等设备和方法，进行故障的定位与分析。 故障排除流程与注意事项： 建立一套系统性的故障排除流程，强调安全操作规程，并分享一些实用的故障排除技巧。 第十三章：系统维护与升级 预防性维护计划： 建立定期的设备检查、清洁、校准和易损件更换计划，以预防潜在的故障发生。 系统备份与恢复： 强调重要程序、组态文件和数据的定期备份，以及建立有效的系统恢复机制。 系统升级与改造： 在技术发展或业务需求变化时，如何进行自动化系统的升级改造，包括硬件更换、软件更新、功能扩展等，并考虑兼容性问题。 第十四章：工业网络安全与数据保护 工业网络安全威胁： 分析当前工业控制系统面临的网络安全威胁，如恶意软件攻击、数据泄露、拒绝服务攻击等。 安全防护措施： 介绍工业防火墙、入侵检测系统、网络隔离、访问控制、加密通信等安全技术，以及如何构建安全的工业网络环境。 数据保护与合规性： 强调工业数据的重要性，以及在数据采集、存储、传输过程中如何进行保护，确保数据完整性、保密性和合规性。 结语 本书力求提供一种“知行合一”的学习路径，将抽象的理论概念与具体的工程实践紧密结合。通过本书的学习，读者将能够更清晰地认识工业自动化的全貌，掌握核心控制技术，并具备独立设计、集成和优化工业自动化系统的能力，为应对未来工业发展的挑战做好充分准备。

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我是一名在老旧工厂车间摸爬滚打了十多年的电工师傅，最近要负责数字化改造项目，面对这些新冒出来的“IPC”和““PLC”概念，说实话，心里有些打鼓。拿到这本《工控机IPC-PLC-电器控制技术》后，我几乎是抱着怀疑的心态翻开的，但很快就被它的叙事方式吸引住了。这本书的后半部分关于“电器控制技术”的章节，简直就是我的“救星”。它没有用那些让我头疼的抽象数学公式，而是用非常贴近车间实际的语言，讲解了如何将传统的继电器控制逻辑，一步步地转化为现代的PLC程序。比如，它用一个完整的生产线启停、故障报警和连锁保护案例，对比了传统继电器电路图和对应的PLC程序结构，这种对比极其直观。作者在讲解接触器、断路器等传统元器件在自动化系统中如何被电子模块取代时，用词非常审慎，既尊重了我们原有的经验，又引导我们接受新技术。尤其对伺服驱动器和变频器的基础参数设置与PLC的同步控制讲解得极其到位，这解决了我在现场调试时最头疼的同步问题。这本书，可以说是老一辈技术人员拥抱现代控制技术的绝佳桥梁，实用性强到可以随时带着去现场翻阅。

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作为一名正在撰写毕业论文的研究生，我需要大量关于工业控制系统集成和未来发展趋势的可靠资料。《工控机IPC-PLC-电器控制技术》在这方面表现出了超前的洞察力。它不仅涵盖了现行的主流技术，还花了不少篇幅展望了边缘计算（Edge Computing）在工控领域的应用潜力，以及如何利用IPC强大的处理能力来辅助PLC进行更精细的预测性维护。书中对“时间敏感网络”（TSN）的介绍，虽然篇幅不算多，但点出了未来高精度同步控制的发展方向，这为我的后续研究提供了明确的切入点。更重要的是，书中的每一个技术点都有对应的参考标准或行业规范引用，这对于学术研究来说是极大的加分项。它不像一本面向初学者的工具书，更像是一本面向未来工程师的“技术蓝图”。它的知识体系构建得非常严谨，从基础的电气原理到顶层的系统架构，层层递进，逻辑自洽，为我构建一个全面的工业自动化知识体系提供了坚实的基石。

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这本书的排版和图例质量，体现出出版方对专业技术书籍应有态度的尊重。我收到的版本中，电路原理图和设备剖面图都采用了高分辨率的彩色印刷，这对于理解复杂的布线和内部结构至关重要。特别是关于IPC散热设计和电磁兼容性（EMC）那一章，书中提供的PCB布局建议和屏蔽层处理的示意图，细致到了可以作为设计规范来参考。我对比了市面上几本侧重于单一控制设备（比如只讲西门子S7系列或只讲嵌入式IPC）的书籍，这本的优势在于其“集成化”的视角。它没有陷入特定品牌的泥潭，而是着重讲解控制思想的共通性。例如，它在讲述PID控制算法实现时，会同时展示在PLC和IPC环境下，如何利用不同的库函数进行优化，这种横向对比极大地拓宽了我的视野。对于正在进行系统集成设计的人来说，这本书提供的系统级思维框架，比单纯的编程手册要有价值得多。

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这本《工控机IPC-PLC-电器控制技术》简直是为我这种刚踏入自动化控制领域的小白量身定制的！书里对工控机（IPC）和可编程逻辑控制器（PLC）的底层架构讲解得非常透彻，完全不像有些教材那样堆砌理论，而是用大量的实际案例贯穿始终。比如，它详细剖析了不同品牌PLC的编程指令集差异，并通过图示清晰地展示了I/O点如何与现场设备进行映射和通信。最让我惊喜的是，它没有停留在基础的梯形图（Ladder Diagram）上，而是深入探讨了结构化文本（ST）和功能块图（FBD）在复杂算法实现中的优势。阅读体验非常流畅，作者的语言风格带着一种老工程师的实在和耐心，没有过多的花哨辞藻，直击问题的核心。我特别喜欢它在讲述硬件选型时给出的建议，比如在强电磁干扰环境下，IPC和PLC在抗扰性、散热设计上的侧重点分析，这对于我们在项目初期选型时避免“踩坑”太重要了。看完第一部分，我对工控系统的“心脏”有了非常扎实的理解，迫不及待想进入到实际的电气控制电路设计部分。这本书真正做到了理论指导实践，而不是孤立地介绍概念。

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从软件工程师的角度来看，这本书的结构安排简直是教科书级别的典范。它成功地将侧重于硬件和现场执行的PLC技术，与更偏向于上位机、数据采集和人机交互的IPC技术巧妙地融合在了一起。我尤其欣赏它对工业以太网协议的探讨，例如EtherNet/IP、Profinet这些协议在IPC和PLC之间数据交换中的作用和底层逻辑，描述得非常清晰。作者似乎深谙不同技术栈人员的思维习惯，对于IPC侧的软件工程师，它提供了足够的硬件接口知识和驱动层面的介绍；而对于偏向底层控制的人员，它又清晰地解释了IPC如何作为数据处理中心承载MES、SCADA等上层应用。书中关于安全性和可靠性设计的部分也值得称赞，它详细列举了从操作系统加固到程序冗余备份的完整流程，这在当前工业信息安全日益重要的背景下，显得尤为关键。这本书的广度和深度令人印象深刻，它提供的不仅仅是“怎么做”的指南，更是“为什么这么做”的底层逻辑支撑。

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