具体描述
本书介绍了小型可编程控制器的基本结构及工作原理，对应用较广泛的松下、三菱和西门子三种类型的可编程控制器的指令系统、编程方法和技巧作了较为详细的介绍，同时选取了大量的典型控制系统实例进行系统分析和程序设计，为PLC控制系统分析和设计提供了思路和方法。
为了使初学者能更快更好地掌握PLC的应用，在编写时力求由浅入深、通俗易懂，减少了纯理论性的分析介绍，注重实用性。
本书适于PLC的入门级读者学习使用，也可作为中、高职院校相关专业的教学参考书。
《工业自动化与控制系统工程》 书籍定位与内容概要 《工业自动化与控制系统工程》是一部面向工程技术人员、科研人员和高校相关专业师生的专业技术著作。本书系统阐述了现代工业自动化领域的核心理论、关键技术和工程实践。全书内容覆盖了从基础的电气控制原理到复杂的分布式控制系统（DCS）和基于网络的安全控制系统的设计、实现与优化，旨在构建一个全面且深入的工业控制知识体系。 第一部分：工业控制系统基础与电气原理 本部分着重于打下坚实的理论基础。 第一章：工业电气控制与继电控制技术 详细解析了工业现场常用的电气元件，包括接触器、继电器、热继电器、断路器及其保护原理。深入探讨了传统的继电接触器控制电路设计方法，如正反转控制、Y-Δ启动、星三角降压启动、自耦变压器启动以及制动电路的设计。重点分析了不同负载（如三相异步电机、直流电机）的启动、调速与制动特性，并结合国家标准和行业规范，规范了电气原理图和电气设计图的绘制规范。 第二章：传感器与变送器技术 本章系统介绍了工业过程控制中常用的各类传感器，分类依据包括物理量类型（温度、压力、流量、液位、速度、位置等）和工作原理（电阻式、电容式、电感式、光电式、超声波式等）。深入讲解了传感器的选型原则、静态与动态特性参数（如灵敏度、线性度、迟滞、重复性）。同时，详尽阐述了信号的调理与变送技术，包括标准模拟信号（4-20mA、0-10V）的产生、转换与抗干扰措施，为后续的信号采集打下基础。 第三章：执行机构与调节阀门 本章聚焦于控制系统的输出端——执行机构。详细介绍了气动、电动、液压执行机构的结构、工作原理及性能指标。着重分析了调节阀的选型、流量特性（线性、等百分比、快开）、作用方式（正作用、反作用）以及阀门定位器的作用与调试。讨论了执行机构响应时间、死区、泄漏率等关键参数对控制系统性能的影响。 第二部分：过程控制理论与经典控制算法 本部分深入到控制科学的核心理论层面。 第四章：经典控制理论基础 从控制系统的基本概念出发，系统介绍了控制系统的基本组成（检测、比较、执行、调节）。使用经典的数学工具，如拉普拉斯变换、传递函数、脉冲传递函数，对线性时不变系统进行建模与分析。深入探讨了系统的时域分析（暂态响应、稳态误差）和频域分析（频率特性、Bode图、Nyquist图），以及系统的稳定判据（如Routh判据、根轨迹法）。 第五章：自动控制元件与调节器 本章详细讲解了工业过程中最常用、最核心的调节器——PID（比例-积分-微分）控制器的原理、数学模型及其在不同控制对象上的应用。深入分析了P、I、D三项对系统性能（超调量、调节时间、静差）的影响机制。重点教授了PID参数的整定方法，包括Ziegler-Nichols法、置线法，并介绍了现代的模糊控制和自适应控制的基本思想。 第六章：过程控制系统与回路 本章将理论应用于实际过程控制回路。详细介绍了单回路控制系统的搭建流程，包括测量点选择、信号传输设计。深入分析了常用控制方案，如串级控制、前馈控制、比值控制、解耦控制的设计思路与应用场景。通过具体的化工、冶金过程案例，演示如何应用先进控制策略优化生产过程的稳定性和经济性。 第三部分：现代可编程逻辑控制器（PLC）系统 本部分侧重于现代数字控制的核心——PLC的应用技术。 第七章：可编程控制器（PLC）硬件结构与原理 详细介绍主流PLC的系统架构，包括CPU模块、I/O模块（数字量、模拟量）、通信模块的选型与配置。剖析了PLC的工作周期（扫描周期）及其对实时性的影响。重点讲解了I/O模块的电气隔离、抗干扰设计，以及电源系统的冗余与可靠性设计。 第八章：可编程逻辑控制器（PLC）编程与指令系统 全面介绍PLC的编程语言，重点是指令表（STL）、梯形图（LD）和结构化文本（ST）。系统讲解了基础的逻辑运算指令、定时器/计数器指令、数据处理指令（算术运算、数据传输）。高级章节涵盖了数据块（DB）的使用、子程序和功能块的应用，强调程序的高效性、模块化和可维护性设计。 第九章：PLC的模拟量处理与数据运算 本章专门针对工业控制中的连续量处理。详细讲解了ADC（模数转换）和DAC（数模转换）的过程，包括量程转换、线性化处理和滤波算法。重点介绍在PLC程序中如何实现工程单位的换算、故障诊断和数据报警的逻辑设计。 第十章：现代通信网络与现场总线技术 本章探讨工业控制网络的标准化与互联互通。详尽介绍工业现场总线技术，如PROFIBUS-DP/PA、DeviceNet、CANopen等的物理层、数据链路层协议和主要功能。对比阐述了以太网在工业控制中的应用，如PROFINET、EtherNet/IP，并讨论了工业物联网（IIoT）和OPC UA协议在数据集成中的关键作用。 第四部分：分布式控制系统（DCS）与系统集成 本部分将视角提升至工厂级控制系统。 第十一章：分布式控制系统（DCS）原理与架构 系统介绍DCS的演进历史、基本架构（控制层、操作层、管理层）和关键技术。深入分析了DCS的冗余设计（CPU、网络、电源）、可靠性保障机制和系统集成策略。讨论了DCS在大型、复杂、高可靠性要求的流程工业（如石油化工、电力）中的优势与应用。 第十二章：人机界面（HMI）与监控技术 详细介绍HMI在操作员与控制系统交互中的核心作用。讲解了图形化设计原则、报警管理、趋势分析、历史数据记录与查询系统的构建。讨论了SCADA（数据采集与监视控制系统）的架构和功能，以及如何通过HMI实现有效的过程可视化与人机工程学优化。 第十三章：工业控制系统的安全与可靠性工程 本章关注系统层面的安全与健康。系统讲解了控制系统可靠性设计方法，包括故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）。重点阐述了工业网络安全（ICS Security）的威胁模型、安全等级划分（IEC 62443标准），并提供了纵深防御策略的实施指南，包括网络隔离、访问控制和安全审计。 总结与展望 全书不仅注重理论的严谨性，更强调工程实践中的可操作性。通过大量来自实际工程项目的案例分析，帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。本书旨在培养读者具备系统规划、设计、编程、调试和维护现代工业自动化系统的综合能力，以适应快速发展的智能制造和工业4.0对复合型工程人才的需求。
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