S7-300/400 PLC入门与开发实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:251

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出版时间:2009-2

价格:34.00元

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isbn号码:9787115192875

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• S7-300
• S7-400
• 西门子
• 入门
• 开发实例
• 自动化
• 工业控制
• 编程
• 技术
• 实战

工业自动化控制系统设计与应用 本书聚焦于现代工业控制系统的核心技术与实践，旨在为读者提供一套全面、深入且极具操作性的知识体系。全书内容紧密围绕当前主流的自动化技术架构、现场总线应用、高级过程控制策略以及系统集成与安全防护展开，旨在培养掌握系统级设计、调试与维护能力的专业人才。 第一部分：现代工业控制系统架构与组件解析 本部分深入剖析了现代工业自动化控制系统的基本构成、发展趋势及关键技术模块。 1.1 工业控制系统的演进与发展趋势 从DCS到集散控制与互联： 详细阐述分布式控制系统（DCS）的拓扑结构、特点及其在流程工业中的应用优势。探讨基于工业以太网和信息物理系统（CPS）的下一代控制架构的演进方向。 系统分层与功能划分： 遵循ISA-95模型，清晰界定现场控制层、监视与操作层、制造执行系统（MES）层以及企业资源规划（ERP）层之间的接口标准、数据流向与功能边界。 1.2 过程控制的关键技术理论 经典PID控制的深入理解与优化： 不仅停留在基础的比例、积分、微分参数设定，而是深入讲解了如何进行先进的PID调参方法（如Smith预估器、串级控制、前馈控制）的应用场景与实施细节。分析了数字PID算法的精度与采样周期的影响。 先进过程控制（APC）原理与实践： 详细介绍模型预测控制（MPC）的核心算法原理（状态空间模型、优化目标函数、约束处理），并结合具体化工、电力案例，演示MPC在处理多变量耦合、长延迟过程中的应用优势与建模挑战。 离散事件系统与逻辑控制： 系统阐述基于状态图（State Transition Diagram）和功能块图（Function Block Diagram, FBD）的离散控制设计方法。重点解析如何利用顺序控制语言（Sequential Function Chart, SFC）对复杂的批次化生产过程进行有效组织与管理。 1.3 人机交互界面（HMI）与可视化设计 HMI的设计规范与人机工程学： 探讨构建高效、直观操作界面的设计原则，包括色彩管理、信息密度控制、报警管理策略（遵循ANSI/ISA 18.2标准）。 SCADA系统的构建与数据管理： 讲解监督控制与数据采集（SCADA）系统的架构，包括RTU/数据采集单元的选择、历史数据库的构建、以及远程监控与诊断的应用实践。 第二部分：现场数据采集与总线通信技术 本部分专注于工业现场设备层面的数据互联技术，这是实现系统集成与实时数据交换的基础。 2.1 工业现场总线技术深度解析 传统总线（Fieldbus）的性能比较： 详细对比PROFIBUS DP/PA、CANopen、DeviceNet等传统现场总线的介质特性、通信速率、确定性（Determinism）指标及其在不同行业（如机械制造、过程控制）的典型应用。 工业以太网的崛起与标准： 重点解析EtherNet/IP、PROFINET IO、EtherCAT等基于标准以太网协议的工业通信解决方案。深入探讨这些技术如何解决传统总线在带宽、同步性、网络拓扑方面的限制，并关注时间敏感网络（TSN）的最新进展。 无线工业通信技术： 分析ISA100.Wireless和WirelessHART在恶劣环境下传感器数据可靠传输的应用场景、功耗管理与安全机制。 2.2 传感器与执行器接口技术 模拟量信号的精确采集与处理： 讲解4-20mA电流环、0-10V电压信号的抗干扰措施、冷端补偿原理、以及高精度模数转换器（ADC）的选择标准。讨论如何利用HART协议在模拟信号上传输数字诊断信息。 智能传感器的集成： 介绍基于IO-Link等点对点智能接口的传感器数据管理和参数化配置方法，实现设备层面的快速更换与诊断。 第三部分：集成化与智能制造中的控制系统实践 本部分将视角从单个控制器扩展到整个制造车间的集成化应用，强调信息流与控制流的融合。 3.1 运动控制与伺服驱动系统 高性能运动控制原理： 阐述电子凸轮、插补运动、多轴同步控制（Kinematics）的基本数学模型。解析如何通过总线同步机制（如CIP Sync或PROFINET Isochronous Mode）实现高精度轨迹跟踪。 安全集成与功能安全（Functional Safety）： 详细介绍IEC 61508/61511功能安全标准，重点讲解安全PLC（Safety PLC）的架构、SIL等级的确定、安全回路的设计（从传感器到执行器）以及安全联锁系统的验证与调试流程。 3.2 制造执行系统（MES）与数据交互 OPC UA在数据集成中的核心地位： 深入讲解OPC统一架构（OPC UA）的数据模型、安全机制（证书管理）以及它作为连接OT（操作技术）与IT（信息技术）的桥梁作用。演示如何利用OPC UA服务器/客户端机制实现生产数据的高效、安全上传。 云边协同与边缘计算在控制中的应用： 探讨边缘控制器（Edge Controller）如何执行轻量级的数据预处理、协议转换和本地AI模型推理，从而减轻云端负担并提高响应速度。 第四部分：控制系统的可靠性、维护与网络安全 本部分关注于工业控制系统的生命周期管理，特别是如何保障系统在长期运行中的稳定性和抵御网络威胁的能力。 4.1 系统可靠性与冗余设计 冗余架构的构建： 详细分析热备份（Hot Standby）和冷备份（Cold Standby）在控制器、通信网络、电源及I/O模块中的具体实现方式，并评估不同冗余策略的成本效益和故障转移时间（Failover Time）。 状态监测与预测性维护： 介绍如何通过采集设备运行参数（如振动、温度、电流纹波）构建设备健康模型，实现从被动维护向预测性维护（PdM）的转变。 4.2 工业网络安全基础与实践 威胁模型与风险评估： 应用Purdue模型或ISA/IEC 62443标准框架，对控制系统网络进行分域（Zoning）和管道（Conduits）划分。识别针对OT环境的特定威胁（如拒绝服务、篡改控制逻辑）。 安全防护技术实施： 重点讲解防火墙在控制网络中的部署策略、网络隔离、跳转机（Jump Host）的使用规范、以及工控终端的白名单管理和入侵检测系统（IDS）在关键节点的数据包分析应用。 本书特色： 本书采用理论阐述与实际工程案例相结合的方式，配以大量的系统配置截图、关键算法流程图以及调试步骤详解，确保读者能够将所学知识迅速转化为解决实际工程问题的能力。内容覆盖了从底层设备通信到顶层制造系统集成的全景图，是控制工程师、系统集成商及相关专业学生不可或缺的参考手册。

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