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周润景，谢亚楠编著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121322648

商品编码：15957516684

出版时间：2017-07-01

作  者:周润景,谢亚楠 编著 定  价:39.8 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2017年07月01日 页  数:184 装  帧:平装 ISBN:9787121322648 ●项目1数控锁相环调速电路
●设计任务
●基本要求
●总体思路
●系统组成
●模块详解
●总体电路仿真
●电路板布线图
●实物照片
●思考与练习
●项目1数控锁相环调速电路
●设计任务
●基本要求
●总体思路
●系统组成
●模块详解
●总体电路仿真
●电路板布线图
●实物照片
●思考与练习
●部分目录

内容简介

本书精选了22个典型的控制电路应用案例（项目）,对常用控制电路的基本原理、工作特性、技术参数及应用进行了介绍，每个项目包含设计任务、基本要求、总体思路、系统组成、模块详解、软件设计、调试与仿真、PCB版图、实物测试、思考与练习、特别提醒11个栏目。这些案例均来源于作者多年的实际科研项目，因此具有很强的实用性。通过对本书的学习和实践，读者可以很快掌握常用控制电路设计的基础知识及应用方法。 周润景,谢亚楠 编著 周润景，教授，中国电子学会不错会员，IEEE/EMBS会员，国家自然科学基金项目"高速数字系统的信号与电源完整性联合设计与优化”等多项重量、省部级科研项目负责人，主要从事模式识别与智能系统、控制工程的研究与教学工作，具有丰富的教学与科研经验。

《工业自动化控制系统集成与故障诊断》 前言 在现代工业生产领域，自动化控制系统已成为提升效率、保障安全、优化资源配置的核心驱动力。从基础的离散制造到复杂的流程工业，精确、可靠的自动化控制系统不仅是企业竞争力的体现，更是实现智能化生产的基石。本书旨在为广大工程师、技术人员及相关专业学生提供一个全面、深入的工业自动化控制系统集成与故障诊断的理论框架和实践指导。我们将跳脱出单一元器件或基础电路的应用范畴，聚焦于整个系统的层面，探讨如何将各种自动化技术有机地融合，构建出高效、稳定的工业生产流程，并在系统运行过程中，掌握一套系统性的故障分析与排除方法。 第一章：工业自动化控制系统的架构与组成 本章将系统地阐述工业自动化控制系统的整体架构，揭示其作为复杂工程体系的本质。我们将深入剖析构成自动化控制系统的关键要素，并详细介绍它们之间的相互关系和协同工作机制。 1.1 自动化控制系统的分层模型： 现场级（传感器与执行器）： 介绍各类工业现场常用的传感器（如温度、压力、流量、位移、液位传感器等）的原理、选型原则及其在工业环境下的可靠性要求。同时，深入讲解各种执行器（如电动执行器、气动执行器、液压执行器、变频器、伺服驱动器等）的工作原理、性能特点以及在不同应用场景下的匹配选择。我们将强调现场级设备作为系统“感知”和“动作”单元的重要性，以及它们在数据采集和指令执行中的关键作用。 控制级（PLC、DCS、IPC）： 详细介绍可编程逻辑控制器（PLC）的硬件结构、指令系统、编程软件及其在离散制造业中的广泛应用。讲解分布式控制系统（DCS）的特点、系统架构、组态方式及其在连续流程工业中的优势。对比分析工业个人计算机（IPC）在自动化控制中的角色，尤其是在数据处理、高级控制和人机交互方面的应用。本节将侧重于不同控制器类型在处理不同控制任务时的适应性和适用性。 管理与监控级（SCADA、MES）： 阐述监控与数据采集系统（SCADA）的功能，包括实时数据监测、历史数据存储、报警管理、报表生成等，以及其在提升生产过程可视化水平中的作用。讲解制造执行系统（MES）的内涵，包括生产计划调度、物料追踪、质量管理、设备管理等方面，以及MES与SCADA、ERP系统之间的集成关系，旨在实现生产过程的精细化管理。 信息与决策级（ERP）： 简要介绍企业资源规划（ERP）系统在企业整体运营中的地位，并探讨自动化控制系统产生的数据如何为ERP系统提供决策支持，实现从生产执行到企业管理的纵向集成。 1.2 典型工业自动化控制系统的构成： 过程控制系统： 重点分析化工、冶金、电力等流程工业中，用于连续变量控制的系统构成，包括PID控制算法的应用、反馈回路的设计、前馈控制的引入等。 离散制造控制系统： 介绍机床、装配线、机器人等离散制造业中的控制系统构成，包括顺序控制、运动控制、伺服控制等技术在其中的应用。 综合自动化系统： 探讨当今大型工业项目如何集成多种控制技术，构建涵盖过程控制、离散控制、运动控制以及高级管理功能的综合性自动化系统。 第二章：工业通信网络与协议 在日益互联的工业环境中，高效、可靠的通信网络是实现自动化控制系统协同工作的生命线。本章将深入探讨各种工业通信网络的技术特点、协议规范以及在实际应用中的选择策略。 2.1 工业以太网： 标准以太网在工业环境中的挑战与解决方案： 讨论传统以太网在实时性、可靠性、鲁棒性方面遇到的问题，以及交换机、工业级网卡、冗余机制等如何应对。 实时工业以太网协议： 详细介绍EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT等主流实时工业以太网协议的工作原理、特点、优势及应用领域。我们将重点分析其在时间敏感性应用中的表现，以及如何实现毫秒级甚至微秒级的通信。 工业以太网交换机与拓扑结构： 介绍不同类型的工业以太网交换机（如非网管型、网管型、PoE交换机），并探讨星型、环型、总线型等常见网络拓扑结构在工业应用中的优缺点。 2.2 现场总线技术： AS-i总线、PROFIBUS、CANopen等现场总线的原理与应用： 介绍现场总线作为一种低成本、高效率的工业通信方式，如何取代传统的点对点接线。深入分析AS-i总线在简单传感器/执行器连接中的经济性，PROFIBUS在复杂控制系统中的灵活性，以及CANopen在嵌入式系统中的广泛应用。 现场总线与工业以太网的比较与融合： 分析现场总线与工业以太网在通信速率、带宽、实时性、成本、集成度等方面的差异，并探讨两者如何在混合网络架构中协同工作。 2.3 串行通信与无线通信： RS-232, RS-485等串行通信接口的特点与应用： 介绍RS-232在点对点通信中的应用，以及RS-485在多点通信和长距离传输中的优势。 工业无线通信技术： 探讨Wi-Fi, LoRa, NB-IoT, 5G等无线通信技术在工业自动化领域的应用潜力，包括设备互联、移动监控、远程诊断等方面。 2.4 协议转换与网关技术： 不同通信协议之间的互联互通： 介绍协议转换器和网关在实现异构网络通信中的重要作用，以及如何构建跨协议的通信体系。 第三章：工业自动化控制系统的集成与实施 本章将聚焦于工业自动化控制系统的实际集成过程，从项目规划、设备选型到系统调试，为读者提供一套系统的实施指南。 3.1 项目需求分析与方案设计： 明确控制目标与技术要求： 如何通过与客户的沟通，准确理解生产工艺流程，定义自动化控制系统的核心功能和性能指标。 系统架构设计与设备选型： 基于需求分析，设计合理的系统架构，并根据功能、性能、可靠性、成本等因素，科学选择PLC、HMI、传感器、执行器、通信设备等关键组件。 网络设计与通信规划： 确定工业通信网络的拓扑结构、传输介质、通信协议，确保系统内各节点之间信息流畅。 3.2 PLC程序设计与HMI组态： PLC编程规范与方法： 介绍结构化编程、指令表、梯形图、功能块图、顺序功能图等编程方式，强调代码的可读性、可维护性和模块化设计。 HMI（人机界面）设计原则： 讲解如何设计直观、易于操作的人机界面，包括屏幕布局、控件选择、报警显示、趋势图绘制等，以提升操作人员的工作效率和安全性。 数据通信与同步： 探讨PLC与HMI之间的数据交换机制，包括变量映射、数据类型匹配、通信周期设置等。 3.3 系统集成与现场布线： 设备安装与连接： 规范设备安装的要求，包括机柜布局、散热、防尘、防震等，以及传感器、执行器、控制柜等设备的电气连接。 信号传输与干扰抑制： 介绍屏蔽线、接地、滤波等抗干扰措施，确保信号在传输过程中的完整性和准确性。 3.4 系统调试与优化： 单元调试与联调： 对单个设备、模块进行独立调试，然后逐步进行系统集成调试，最终实现整套系统的协同运行。 性能测试与参数优化： 针对控制精度、响应速度、稳定性等关键指标进行测试，并根据测试结果调整控制参数，优化系统性能。 安全审计与风险评估： 在系统上线前，进行全面的安全检查，识别潜在的安全隐患，并制定相应的应对措施。 第四章：工业自动化控制系统的故障诊断与排除 本章将系统地介绍工业自动化控制系统中常见的故障类型、诊断方法和排除策略，帮助工程师快速定位和解决问题，最大限度地减少停机时间。 4.1 故障分析方法论： 从现象到本质的思维过程： 引导读者建立一套逻辑清晰的故障分析框架，从观察到的异常现象出发，逐步缩小故障范围，直至定位根本原因。 系统性分析法： 运用“分而治之”的原则，将复杂的系统分解为若干个子系统或模块，逐个进行排查。 排除法： 通过逐一验证各组件的功能，排除已知正常的部件，从而锁定故障点。 因果分析法： 追溯故障发生的根本原因，避免头痛医头、脚痛医脚的表面化处理。 4.2 常见故障类型与诊断技巧： 传感器故障： 信号漂移、断路、短路、零点偏移、量程不匹配等。诊断方法包括检查接线、信号测量、替换传感器、对比参考值等。 执行器故障： 动作迟缓、卡死、反向、过载、漏油/漏气等。诊断方法包括检查电源、信号、负载、机械部分，并进行手动测试。 PLC/控制器故障： 程序错乱、输入/输出点失灵、通信中断、硬件损坏等。诊断方法包括检查指示灯、监控程序运行状态、使用诊断工具、内存备份恢复等。 通信网络故障： 线缆损坏、接头松动、通信协议错误、节点失联、通信速率不匹配等。诊断方法包括检查线缆、接头、网络拓扑，使用网络诊断工具，检查通信参数设置。 电源与配电故障： 电压不稳定、缺相、过载、接地不良等。诊断方法包括使用万用表、钳形表测量电压、电流，检查断路器、熔断器。 HMI故障： 触摸屏失效、画面显示异常、数据刷新延迟、报警不触发等。诊断方法包括检查通信连接、软件设置、硬件功能。 4.3 故障诊断工具与技术： 示波器、万用表、钳形表等基本测量仪器： 介绍这些常用工具在测量电压、电流、波形等方面的应用。 PLC诊断工具与软件： 介绍PLC厂商提供的在线监视、诊断、调试软件，如何利用其功能进行程序逻辑分析和硬件状态查看。 网络分析仪与协议抓包工具： 讲解如何利用这些工具监测网络流量，分析通信数据包，定位网络层面的问题。 红外热像仪： 应用于检测电气连接点、电机、变压器等发热异常。 4.4 故障预防与维护策略： 建立设备运行记录与维护档案： 详细记录设备的运行时间、维护历史、故障情况，为故障预测和分析提供依据。 定期检查与保养： 制定科学的设备检查和维护计划，包括清洁、紧固、润滑、参数校验等，延长设备寿命。 备品备件管理： 合理储备关键易损件，缩短故障发生后的更换时间。 人员培训与技能提升： 加强对操作和维护人员的培训，提升其对自动化系统的理解能力和故障处理能力。 第五章：案例分析与实践应用 本章将选取几个典型的工业自动化控制系统集成与故障诊断的实际案例，通过具体项目的分析，加深读者对本书理论知识的理解，并提供可借鉴的实践经验。 5.1 流程工业连续生产线自动化升级案例： 项目背景与控制需求分析。 系统集成方案设计与实施过程。 关键控制环节的挑战与解决方案。 系统运行中遇到的典型故障及排除过程。 5.2 离散制造智能化工厂改造案例： 生产线自动化与信息化集成。 机器人协同作业与运动控制。 MES系统与PLC系统的深度融合。 生产效率提升与质量追溯。 故障诊断在生产效率优化中的作用。 5.3 能源管理与节能控制系统案例： 能耗监测与数据采集。 基于SCADA的智能调度与优化。 能源效率分析与故障预警。 结语 工业自动化控制系统是现代工业发展的动脉，掌握其集成技术与故障诊断能力，意味着掌握了提升生产效率、降低运营成本、保障生产安全的关键技能。本书力求在理论深度与实践指导之间找到平衡点，希望能够为广大读者提供一条清晰的学习路径，帮助大家在工业自动化的浪潮中，成为一名优秀的系统工程师和故障排除专家。在日新月异的技术变革中，持续学习和实践是永恒的主题，愿本书成为您在工业自动化领域探索前进的宝贵伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，让我想起了我大学时期第一次接触到自动控制原理的场景。那时的我，对于那些复杂的数学模型和抽象的理论概念感到十分困惑，总觉得离实际应用很遥远。而这本《常用控制电路设计及应用》，则像是为我搭建了一座连接理论与实践的桥梁。它并没有回避那些理论上的深度，但却是以一种更加贴近工程实际的方式来呈现。 书中对各种控制元件的特性和选型原则进行了深入的剖析，这对于我来说是极其宝贵的。我之前常常为如何选择合适的传感器、执行器或者保护元件而苦恼，这本书为我提供了清晰的指导。它不仅仅是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么”以及“如何做”。通过对不同工业场景的案例分析，我能够看到这些理论知识是如何转化为实际可用的解决方案的，这极大地激发了我学习的兴趣和动力。 而且，作者在讲解过程中，经常会穿插一些关于系统可靠性、安全性和经济性的考量，这让我意识到，一个好的控制电路设计，不仅仅是功能的实现，更要注重其综合性能。书中的一些关于抗干扰设计和故障诊断的章节，对我日后的工程实践也大有裨益。它让我明白，一个成熟的控制系统，背后需要考虑的因素远比我想象的要多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式，让我想起了当年我第一次接触到电力系统分析时的那种茅塞顿开的感觉。作者在讲解每一个控制电路的原理时，都力求用最简洁明了的语言，配合精美的图示，将复杂的概念化繁为简。这对于我这样在非电气专业背景下，希望了解控制电路设计的读者来说，无疑是莫大的帮助。 我最喜欢书中关于“如何从需求出发进行控制电路设计”的部分。它并非直接给出各种电路图，而是先引导读者分析实际需求，明确控制目标，然后才能逐步选择合适的元器件和设计控制逻辑。这种“由外向内”的设计思路，让我能够更好地理解控制电路设计的整体流程。 书中的很多案例都具有很强的代表性，涵盖了工业生产中常见的各种控制场景，比如生产线自动化、机器人控制、楼宇自动化等。通过对这些案例的学习，我能够看到不同控制电路的组合应用，以及它们如何在实际环境中发挥作用。而且，书中对于不同控制技术的比较和选择，也给了我很大的启发。我不再是盲目地选择某种技术，而是能够根据项目特点，做出最适合的决策。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师，我阅览过不少关于控制系统的书籍，但《常用控制电路设计及应用》这本书，却以其独特的视角和扎实的干货，给我留下了深刻的印象。它并没有刻意追求新颖的理论，而是专注于那些在实际工程中应用最广泛、最核心的控制电路。 我尤其欣赏作者在讲解一些经典控制电路时，所注入的深厚工程经验。例如，在介绍伺服控制系统时，书中不仅讲解了基本原理，还详细阐述了如何根据实际负载情况进行参数整定，以及如何处理常见的抖动和超调问题。这些细节的处理，往往是决定一个控制系统能否稳定可靠运行的关键。 这本书的逻辑结构也非常清晰，从基础的元器件入手，逐步过渡到各种典型应用场景下的控制系统设计。它不仅仅是提供了一个“模板”，而是教会我如何理解和分析实际问题，并在此基础上进行创新性的设计。书中的一些关于故障诊断和维护的内容，也为我们一线工程师提供了宝贵的参考。总而言之，这是一本值得反复研读的实用性很强的书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是一本宝藏！作为一个对电路设计充满好奇但又有些许畏惧的爱好者，我一直想找到一本能够让我系统学习控制电路的书。市面上琳琅满目的书籍，有的过于理论化，看得我头昏脑胀；有的又过于浅显，无法深入了解。直到我遇到了《常用控制电路设计及应用》，我才找到了真正适合我的那本。这本书的语言非常生动有趣，作者仿佛是一位经验丰富的老师，循循善诱地引导我一步步走进控制电路的奇妙世界。 从最基础的继电器控制，到稍复杂的逻辑控制，再到更高级的PLC应用，这本书都进行了详尽而清晰的阐述。它不是简单地罗列公式和图纸，而是通过大量的实际案例，让我能够直观地理解每一个电路的工作原理以及它们在实际生产中的应用。我特别喜欢书中的“疑难解答”和“经验之谈”部分，这些都是作者多年实践积累下来的宝贵经验，能够帮助我避开许多新手常犯的错误，少走弯路。而且，书中提供的电路图也都非常规范、清晰，配合文字说明，很容易就能理解。 书中的知识点循序渐进，难度适中，既不会让初学者感到 overwhelming，又能让有一定基础的读者温故知新。我最欣赏的是作者在讲解每一个控制电路时，都会从其基本功能、组成部分、工作原理、典型应用等多个角度进行分析，并且还会针对不同应用场景给出优化建议。这种深度和广度兼备的讲解方式，让我能够真正掌握控制电路的设计思路和方法，而不是仅仅停留在死记硬背的层面。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在翻阅《常用控制电路设计及应用》之前，我对于“控制电路”这个概念，还停留在比较模糊的认知阶段。我只知道它在工业自动化中扮演着重要角色，但具体如何设计，又有哪些核心要素，我一直没有一个清晰的概念。这本书的出现，彻底改变了我的这种看法。 它从最基础的逻辑门电路，到固态继电器、光电耦合器等关键器件的原理和应用，都做了极其详尽的讲解。作者并没有直接跳到复杂的系统设计，而是非常有耐心地从每一个小的功能模块入手，一步步构建起完整的控制系统。让我印象深刻的是，书中对不同类型控制器的优缺点进行了详细的对比分析，这让我能够根据实际需求，做出更明智的方案选择。 更重要的是，书中的案例分析非常贴合实际生产需求，例如针对不同行业的设备，如何设计相应的控制系统。这些案例不仅仅是理论的堆砌，而是包含了从需求分析、方案设计、元器件选型到最终实现的全过程。这对于我这样希望将理论知识转化为实际技能的读者来说，简直是量身定做的。书中的一些图表和流程图也非常直观，大大降低了理解门槛。