電氣與自動(dòng)化工程作業(yè)指導(dǎo)書

電氣與自動(dòng)化工程作業(yè)指導(dǎo)書TOC\o"1-2"\h\u25613第1章電氣工程基礎(chǔ) 431791.1電路分析基本概念 4200861.1.1電路組成 4183271.1.2基本電路元件 431631.1.3電路基本定律 491611.2電路分析方法 425001.2.1等效電路法 4314071.2.2節(jié)點(diǎn)分析法 521201.2.3網(wǎng)孔分析法 591261.2.4等效電源法 555021.3電氣設(shè)備及其特性 57151.3.1電阻器 516241.3.2電容器 575591.3.3電感器 597031.3.4電壓源和電流源 5186071.3.5變壓器 5316321.3.6電動(dòng)機(jī) 525708第2章自動(dòng)化控制原理 6275982.1控制系統(tǒng)概述 6318702.1.1控制系統(tǒng)的基本概念 6204442.1.2控制系統(tǒng)的分類 660522.2控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 6174252.2.1線性微分方程 659302.2.2狀態(tài)空間方程 6106712.2.3傳遞函數(shù) 6204532.3控制系統(tǒng)分析方法 61002.3.1時(shí)域分析法 641432.3.2頻域分析法 774012.3.3狀態(tài)空間分析法 788602.3.4系統(tǒng)仿真與優(yōu)化 711599第3章傳感器與檢測技術(shù) 770413.1傳感器基本原理 7166373.1.1傳感器定義與分類 7285463.1.2傳感器轉(zhuǎn)換機(jī)理 8310943.1.3傳感器特性 89623.2常用傳感器及其應(yīng)用 8292673.2.1溫度傳感器 8113763.2.2壓力傳感器 887333.2.3流量傳感器 8298813.2.4位移傳感器 8171313.3檢測電路設(shè)計(jì) 890763.3.1信號放大電路 822833.3.2信號濾波電路 8189443.3.3信號轉(zhuǎn)換電路 9241323.3.4信號處理與顯示電路 922308第4章電力電子技術(shù) 9222544.1電力電子器件 9138204.1.1PN結(jié)二極管 9257244.1.2晶閘管 93064.1.3金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET） 9207044.1.4絕緣柵雙極型晶體管（IGBT） 9217784.2電力電子電路 91844.2.1整流電路 9243854.2.2晶閘管逆變電路 9165534.2.3斬波電路 92804.2.4交流調(diào)壓電路 9160704.3電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù) 10168874.3.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 1061804.3.2保護(hù)電路設(shè)計(jì) 10309864.3.3驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的故障處理 10256014.3.4驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路在實(shí)際應(yīng)用中的案例分析 104692第5章電機(jī)與拖動(dòng) 10125825.1電機(jī)原理與結(jié)構(gòu) 10125435.1.1電機(jī)基本原理 10203415.1.2電機(jī)結(jié)構(gòu) 10167065.2電機(jī)拖動(dòng)技術(shù) 10201575.2.1電機(jī)拖動(dòng)概述 10241555.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 1095405.2.3同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 10218695.2.4直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 11173335.3電機(jī)控制系統(tǒng) 1151895.3.1電機(jī)控制概述 11187615.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 1129005.3.3同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 11251855.3.4直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 111116第6章可編程邏輯控制器（PLC） 11278986.1PLC概述 11152656.1.1PLC的定義 1165526.1.2PLC的組成 11142456.1.3PLC的工作原理 11134596.2PLC編程語言 12316696.2.1梯形圖（LD） 12253416.2.2指令表（IL） 12214486.2.3順序功能圖（SFC） 12141936.2.4功能塊圖（FBD） 12114006.2.5結(jié)構(gòu)化文本（ST） 12262436.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 12165096.3.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 12245076.3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 12275686.3.3PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用 13305136.3.4PLC發(fā)展趨勢 1316705第7章變頻調(diào)速技術(shù) 13279767.1變頻調(diào)速原理 1368477.1.1電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率的關(guān)系 13197477.1.2變頻調(diào)速的基本方法 13223497.2變頻器及其應(yīng)用 1381257.2.1變頻器的組成 13288827.2.2變頻器的選型與應(yīng)用 1384027.3變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14327127.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 14194467.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 14190477.3.3系統(tǒng)保護(hù)與故障處理 1429657.3.4系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)收 148764第8章工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò) 14247448.1工業(yè)通信技術(shù)概述 14111198.1.1發(fā)展歷程 14208398.1.2特點(diǎn) 15172238.1.3應(yīng)用 1577488.2常用工業(yè)通信協(xié)議 15101498.2.1Modbus 15306988.2.2Profibus 15203718.2.3IndustrialEthernet 1515668.2.4CAN 1695018.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 16201408.3.1網(wǎng)絡(luò)層次 1648718.3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?16176148.3.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 16115528.3.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 1619625第9章過程控制系統(tǒng) 16123519.1過程控制系統(tǒng)概述 1671269.1.1定義與分類 16161839.1.2基本構(gòu)成 17263869.1.3基本原理 17113229.2過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1737189.2.1設(shè)計(jì)原則 17231749.2.2設(shè)計(jì)步驟 17177419.3過程控制策略與優(yōu)化 17251719.3.1控制策略 18220459.3.2優(yōu)化方法 1812635第10章自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施與管理 183026910.1自動(dòng)化工程項(xiàng)目概述 182981110.1.1項(xiàng)目背景 182488110.1.2項(xiàng)目目標(biāo) 181511110.1.3項(xiàng)目范圍 18275510.2自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施流程 19294810.2.1項(xiàng)目立項(xiàng) 192516910.2.2項(xiàng)目策劃 19612510.2.3自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 191472510.2.4設(shè)備選型與采購 193178510.2.5系統(tǒng)集成與調(diào)試 191277610.2.6設(shè)備安裝與施工 193170410.2.7項(xiàng)目驗(yàn)收 192865410.3自動(dòng)化工程項(xiàng)目管理與驗(yàn)收 19913210.3.1項(xiàng)目進(jìn)度管理 19189210.3.2質(zhì)量管理 19475410.3.3成本管理 192981410.3.4風(fēng)險(xiǎn)管理 20440810.3.5項(xiàng)目驗(yàn)收 201986410.3.6運(yùn)維管理 20第1章電氣工程基礎(chǔ)1.1電路分析基本概念1.1.1電路組成電路是由電氣設(shè)備、電源和連接線路組成的閉合回路，用于實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和控制。電路的組成部分包括電阻、電容、電感、電壓源和電流源等。1.1.2基本電路元件本節(jié)介紹電路中的基本元件，包括電阻器、電容器、電感器、電壓源和電流源。分析這些元件的電壓、電流和功率特性，為后續(xù)電路分析奠定基礎(chǔ)。1.1.3電路基本定律介紹歐姆定律、基爾霍夫定律、電壓分壓定律和電流分流定律等電路基本定律，為電路分析提供理論依據(jù)。1.2電路分析方法1.2.1等效電路法等效電路法是將復(fù)雜電路簡化為一個(gè)等效電路，便于分析電路的功能參數(shù)。本節(jié)介紹等效電路的構(gòu)建方法及其應(yīng)用。1.2.2節(jié)點(diǎn)分析法節(jié)點(diǎn)分析法是利用節(jié)點(diǎn)電壓方程求解電路中各節(jié)點(diǎn)電壓的一種方法。介紹節(jié)點(diǎn)分析法的原理和步驟，并通過實(shí)例說明其應(yīng)用。1.2.3網(wǎng)孔分析法網(wǎng)孔分析法是利用網(wǎng)孔電流方程求解電路中各網(wǎng)孔電流的一種方法。本節(jié)介紹網(wǎng)孔分析法的原理和步驟，并通過實(shí)例說明其應(yīng)用。1.2.4等效電源法等效電源法是將復(fù)雜電路中的電源部分替換為一個(gè)等效電源，簡化電路分析。介紹等效電源法的構(gòu)建方法及其應(yīng)用。1.3電氣設(shè)備及其特性1.3.1電阻器介紹電阻器的類型、符號、參數(shù)及其在電路中的作用。分析電阻器的電壓電流特性，即歐姆定律。1.3.2電容器介紹電容器的類型、符號、參數(shù)及其在電路中的作用。分析電容器的電壓電流特性，包括充電和放電過程。1.3.3電感器介紹電感器的類型、符號、參數(shù)及其在電路中的作用。分析電感器的電壓電流特性，包括自感和互感現(xiàn)象。1.3.4電壓源和電流源介紹電壓源和電流源的類型、符號、參數(shù)及其在電路中的作用。分析理想電壓源和理想電流源的特性，以及實(shí)際電源的線性與非線性特性。1.3.5變壓器介紹變壓器的原理、類型、符號及其在電路中的作用。分析變壓器的電壓、電流和功率變換關(guān)系。1.3.6電動(dòng)機(jī)介紹電動(dòng)機(jī)的類型、符號、參數(shù)及其在電路中的應(yīng)用。分析電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)特性。第2章自動(dòng)化控制原理2.1控制系統(tǒng)概述2.1.1控制系統(tǒng)的基本概念控制系統(tǒng)是由一定的控制對象、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)組成的整體，其目的是使被控制對象的輸出量按照預(yù)定的規(guī)律變化?？刂葡到y(tǒng)的核心是控制器，它根據(jù)給定的參考輸入和被控制對象的輸出反饋，產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.1.2控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為以下幾類：（1）線性與非線性控制系統(tǒng)；（2）連續(xù)與離散控制系統(tǒng)；（3）定常與變?？刂葡到y(tǒng)；（4）開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型2.2.1線性微分方程控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常可以表示為線性微分方程。線性微分方程描述了系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，是分析控制系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。2.2.2狀態(tài)空間方程狀態(tài)空間方程是描述控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的另一種數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的通用性。狀態(tài)空間方程包括狀態(tài)變量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和輸入矩陣等概念，可以方便地分析控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性。2.2.3傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)是控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的一種特殊形式，用于描述系統(tǒng)輸入與輸出之間的頻率特性。傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)簡單，易于分析控制系統(tǒng)的功能。2.3控制系統(tǒng)分析方法2.3.1時(shí)域分析法時(shí)域分析法是在時(shí)間域內(nèi)分析控制系統(tǒng)功能的方法。主要包括以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；（2）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功能分析；（3）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功能分析。2.3.2頻域分析法頻域分析法是在頻率域內(nèi)分析控制系統(tǒng)功能的方法。主要包括以下內(nèi)容：（1）Bode圖繪制；（2）Nyquist圖繪制；（3）Nichols圖繪制；（4）系統(tǒng)穩(wěn)定性、幅值裕度和相位裕度分析。2.3.3狀態(tài)空間分析法狀態(tài)空間分析法是利用狀態(tài)空間方程對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法。主要包括以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；（2）可控性和可觀測性分析；（3）狀態(tài)反饋和觀測器設(shè)計(jì)。2.3.4系統(tǒng)仿真與優(yōu)化控制系統(tǒng)分析方法還包括系統(tǒng)仿真與優(yōu)化。通過建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)在不同條件下的功能，進(jìn)而對控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)功能。主要包括以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)仿真模型建立；（2）參數(shù)優(yōu)化方法；（3）仿真結(jié)果分析。第3章傳感器與檢測技術(shù)3.1傳感器基本原理傳感器作為一種將非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，是電氣與自動(dòng)化工程中不可或缺的部分。本章首先介紹傳感器的基本原理，包括傳感器的定義、分類、轉(zhuǎn)換機(jī)理及特性。3.1.1傳感器定義與分類傳感器是一種能夠感知指定的被測參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成可用電信號輸出的裝置。根據(jù)不同的分類方法，傳感器可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等。3.1.2傳感器轉(zhuǎn)換機(jī)理傳感器根據(jù)不同的工作原理，可將其轉(zhuǎn)換機(jī)理分為以下幾類：電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、熱電式和光電式等。3.1.3傳感器特性傳感器的特性包括線性度、靈敏度、分辨率、重復(fù)性、遲滯、漂移等。這些特性是衡量傳感器功能的重要指標(biāo)。3.2常用傳感器及其應(yīng)用本節(jié)將介紹電氣與自動(dòng)化工程中常用的傳感器，包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器等，并分析它們在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。3.2.1溫度傳感器溫度傳感器主要包括熱電阻、熱電偶和集成電路溫度傳感器等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家電、汽車等領(lǐng)域。3.2.2壓力傳感器壓力傳感器主要采用壓電式、電容式和應(yīng)變片式等原理。壓力傳感器在石油、化工、航空航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。3.2.3流量傳感器流量傳感器根據(jù)測量原理不同，可分為體積流量傳感器和質(zhì)量流量傳感器。流量傳感器在給排水、石油、化工等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。3.2.4位移傳感器位移傳感器包括電感式、電容式、磁電式和光電式等類型。位移傳感器在機(jī)械制造、自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域具有重要作用。3.3檢測電路設(shè)計(jì)檢測電路是傳感器信號處理的最后一環(huán)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的功能。本節(jié)將介紹檢測電路的設(shè)計(jì)方法。3.3.1信號放大電路信號放大電路是檢測電路中的關(guān)鍵部分，主要包括運(yùn)算放大器、儀表放大器和隔離放大器等。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮放大倍數(shù)、帶寬、噪聲等指標(biāo)。3.3.2信號濾波電路信號濾波電路用于抑制噪聲和干擾，提高信號質(zhì)量。常用的濾波電路有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等。3.3.3信號轉(zhuǎn)換電路信號轉(zhuǎn)換電路將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于后續(xù)處理。常見的轉(zhuǎn)換電路有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等。3.3.4信號處理與顯示電路信號處理與顯示電路包括信號處理算法、驅(qū)動(dòng)電路和顯示器件等。設(shè)計(jì)時(shí)需關(guān)注人機(jī)交互、實(shí)時(shí)性和可靠性等方面的要求。第4章電力電子技術(shù)4.1電力電子器件4.1.1PN結(jié)二極管本節(jié)主要介紹PN結(jié)二極管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其在電力電子電路中的應(yīng)用。4.1.2晶閘管本節(jié)詳細(xì)闡述晶閘管的構(gòu)造、工作特性以及其在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用。4.1.3金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）本節(jié)討論金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的工作原理、特點(diǎn)及其在電力電子電路中的應(yīng)用。4.1.4絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）本節(jié)重點(diǎn)介紹絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)、工作特性及其在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用。4.2電力電子電路4.2.1整流電路本節(jié)介紹各種整流電路的原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及應(yīng)用。4.2.2晶閘管逆變電路本節(jié)詳細(xì)闡述晶閘管逆變電路的工作原理、控制策略及其應(yīng)用。4.2.3斬波電路本節(jié)討論斬波電路的原理、分類及其在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用。4.2.4交流調(diào)壓電路本節(jié)介紹交流調(diào)壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用。4.3電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)4.3.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本節(jié)闡述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)原則、電路拓?fù)浼捌潢P(guān)鍵參數(shù)。4.3.2保護(hù)電路設(shè)計(jì)本節(jié)介紹電力電子器件保護(hù)電路的原理、分類及其設(shè)計(jì)方法。4.3.3驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的故障處理本節(jié)討論驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路在故障情況下的響應(yīng)和處理措施。4.3.4驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路在實(shí)際應(yīng)用中的案例分析本節(jié)通過實(shí)際案例，分析電力電子器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。第5章電機(jī)與拖動(dòng)5.1電機(jī)原理與結(jié)構(gòu)5.1.1電機(jī)基本原理電機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的裝置。本章主要介紹交流異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。5.1.2電機(jī)結(jié)構(gòu)（1）交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：主要包括定子、轉(zhuǎn)子、軸承、風(fēng)扇等部件。（2）同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：包括定子、轉(zhuǎn)子、軸承、勵(lì)磁系統(tǒng)等。（3）直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：包括定子、轉(zhuǎn)子、電刷、換向器、軸承等。5.2電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)5.2.1電機(jī)拖動(dòng)概述電機(jī)拖動(dòng)是指利用電機(jī)作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)其他機(jī)械設(shè)備進(jìn)行工作的過程。本章主要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)技術(shù)。5.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)（1）起動(dòng)方式：直接起動(dòng)、星角起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)等。（2）調(diào)速方法：變極調(diào)速、變頻調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。5.2.3同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)（1）起動(dòng)方法：變頻起動(dòng)、勵(lì)磁調(diào)壓起動(dòng)等。（2）調(diào)速方式：勵(lì)磁調(diào)速、變頻調(diào)速等。5.2.4直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)（1）起動(dòng)方式：直接起動(dòng)、降壓起動(dòng)、串聯(lián)電阻起動(dòng)等。（2）調(diào)速方法：電樞電壓調(diào)速、勵(lì)磁電流調(diào)速、電樞串電阻調(diào)速等。5.3電機(jī)控制系統(tǒng)5.3.1電機(jī)控制概述電機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向、調(diào)速等功能。本章主要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。5.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（1）開關(guān)控制：接觸器、繼電器等。（2）調(diào)速控制：變頻器、變極調(diào)速器等。5.3.3同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)：自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等。（2）調(diào)速控制系統(tǒng)：變頻調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)壓器等。5.3.4直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（1）開關(guān)控制：刀開關(guān)、斷路器等。（2）調(diào)速控制：直流調(diào)速器、電樞電阻調(diào)節(jié)器等。本章內(nèi)容旨在幫助讀者深入了解電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)，掌握電機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用。第6章可編程邏輯控制器（PLC）6.1PLC概述6.1.1PLC的定義可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的數(shù)字運(yùn)算控制器，其主要功能是執(zhí)行用戶編制的控制程序，完成對生產(chǎn)過程的監(jiān)控、控制和調(diào)節(jié)。6.1.2PLC的組成PLC主要由處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口（I/O）、通信接口、電源模塊等組成。6.1.3PLC的工作原理PLC通過循環(huán)掃描的方式執(zhí)行用戶程序，包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。6.2PLC編程語言6.2.1梯形圖（LD）梯形圖是PLC編程中最常用的編程語言，其圖形化表示方法直觀易懂，便于操作人員理解和掌握。6.2.2指令表（IL）指令表是一種以指令代碼形式表示的編程語言，適合于熟悉計(jì)算機(jī)編程的技術(shù)人員。6.2.3順序功能圖（SFC）順序功能圖以功能塊的形式表示程序的執(zhí)行順序，適用于描述具有順序執(zhí)行特點(diǎn)的控制過程。6.2.4功能塊圖（FBD）功能塊圖是將程序劃分為若干功能塊，通過連接功能塊之間的輸入輸出關(guān)系來實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。6.2.5結(jié)構(gòu)化文本（ST）結(jié)構(gòu)化文本是一種高級編程語言，適用于編寫復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯控制功能的程序。6.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用6.3.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則（1）保證系統(tǒng)可靠性和安全性；（2）簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本；（3）提高系統(tǒng)功能，滿足工藝要求；（4）考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。6.3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）分析控制對象和工藝要求；（2）選擇合適的PLC型號和I/O模塊；（3）設(shè)計(jì)控制程序和通信網(wǎng)絡(luò)；（4）編制電氣圖紙和設(shè)備清單；（5）系統(tǒng)調(diào)試和優(yōu)化；（6）編制操作手冊和維護(hù)指南。6.3.3PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用（1）開關(guān)量控制；（2）模擬量控制；（3）運(yùn)動(dòng)控制；（4）通信與聯(lián)網(wǎng)；（5）數(shù)據(jù)處理與分析；（6）綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。6.3.4PLC發(fā)展趨勢（1）集成化；（2）網(wǎng)絡(luò)化；（3）智能化；（4）開放式系統(tǒng)；（5）安全性。第7章變頻調(diào)速技術(shù)7.1變頻調(diào)速原理7.1.1電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率的關(guān)系變頻調(diào)速技術(shù)是基于電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率之間的密切關(guān)系。電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f成正比，即n=(1s)f1/P，其中s為滑差，f1為同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率，P為極對數(shù)。通過改變供電頻率，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。7.1.2變頻調(diào)速的基本方法變頻調(diào)速的基本方法包括：電壓頻率控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制和無速度傳感器控制。各種控制方法根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。7.2變頻器及其應(yīng)用7.2.1變頻器的組成變頻器主要由整流器、濾波器、逆變器、控制單元等組成。其中，整流器將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，濾波器對直流電源進(jìn)行濾波，逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換為可控的交流電源，控制單元負(fù)責(zé)整個(gè)變頻器的控制。7.2.2變頻器的選型與應(yīng)用根據(jù)負(fù)載特性、調(diào)速范圍、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、控制精度等要求，選擇合適的變頻器。變頻器廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)、輸送帶等設(shè)備的調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化水平的目的。7.3變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、易于操作和維護(hù)。同時(shí)要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境、負(fù)載特性、設(shè)備要求等因素。7.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）確定負(fù)載類型和特性，選擇合適的電機(jī)和變頻器。（2）確定調(diào)速范圍、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、控制精度等參數(shù)。（3）設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電氣接線圖，包括主電路、控制電路和信號電路。（4）根據(jù)實(shí)際需求，選擇合適的控制策略和控制參數(shù)。（5）對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。7.3.3系統(tǒng)保護(hù)與故障處理在設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的保護(hù)措施，包括過載保護(hù)、短路保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等。同時(shí)要制定故障處理預(yù)案，保證系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)得到處理。7.3.4系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)收系統(tǒng)調(diào)試主要包括電氣接線檢查、參數(shù)設(shè)置、功能測試等。驗(yàn)收時(shí)應(yīng)檢查系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便，各項(xiàng)功能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。第8章工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)8.1工業(yè)通信技術(shù)概述工業(yè)通信技術(shù)是電氣與自動(dòng)化工程領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，其主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備、控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息交換與數(shù)據(jù)傳輸。本節(jié)將對工業(yè)通信技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行簡要介紹。8.1.1發(fā)展歷程工業(yè)通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，從最初的模擬通信、數(shù)字通信，發(fā)展到現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線通信等。工業(yè)4.0和智能制造的推進(jìn)，工業(yè)通信技術(shù)在傳輸速率、實(shí)時(shí)性、可靠性等方面提出了更高要求。8.1.2特點(diǎn)工業(yè)通信技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)性：工業(yè)通信技術(shù)需要滿足實(shí)時(shí)性要求，以保證控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場景的穩(wěn)定運(yùn)行。（2）可靠性：工業(yè)通信技術(shù)需具備較高的可靠性，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確無誤。（3）抗干擾性：工業(yè)環(huán)境下，電磁干擾、溫度、濕度等因素對通信質(zhì)量產(chǎn)生影響，工業(yè)通信技術(shù)需要具備良好的抗干擾功能。（4）兼容性：工業(yè)通信技術(shù)需兼容不同設(shè)備、不同協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互操作性和互換性。8.1.3應(yīng)用工業(yè)通信技術(shù)在電氣與自動(dòng)化工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于以下場景：（1）分布式控制系統(tǒng)（DCS）（2）程序可編程控制器（PLC）（3）監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）（4）智能制造設(shè)備（5）工業(yè)（6）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)8.2常用工業(yè)通信協(xié)議工業(yè)通信協(xié)議是工業(yè)通信技術(shù)的重要組成部分，本節(jié)將介紹幾種常用的工業(yè)通信協(xié)議。8.2.1ModbusModbus是一種串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備之間的通信。Modbus協(xié)議具有簡單、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，支持多種傳輸介質(zhì)。8.2.2ProfibusProfibus是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線通信協(xié)議，適用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的通信。Profibus具有實(shí)時(shí)性高、傳輸速率快、可靠性高等特點(diǎn)。8.2.3IndustrialEthernet工業(yè)以太網(wǎng)是基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)通信協(xié)議，具有傳輸速率高、兼容性好、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)通信的主流技術(shù)。8.2.4CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，簡稱CAN）是一種適用于汽車和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的通信協(xié)議，具有實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性等特點(diǎn)。8.3工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是工業(yè)通信技術(shù)的核心組成部分，本節(jié)將從以下幾個(gè)方面介紹工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。8.3.1網(wǎng)絡(luò)層次工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常分為三個(gè)層次：設(shè)備層、控制層和管理層。（1）設(shè)備層：負(fù)責(zé)底層設(shè)備的通信與控制。（2）控制層：實(shí)現(xiàn)控制策略的執(zhí)行，以及對設(shè)備層的監(jiān)控。（3）管理層：負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理、監(jiān)控和優(yōu)化。8.3.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔I(yè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、環(huán)型、總線型、樹型等，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。8.3.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、路由器、網(wǎng)關(guān)等，用于實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)層次之間的連接和通信。8.3.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層和應(yīng)用層等，以滿足不同層次的數(shù)據(jù)傳輸需求。通過以上內(nèi)容，本章對工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為電氣與自動(dòng)化工程領(lǐng)域的工程師提供了有益的參考。第9章過程控制系統(tǒng)9.1過程控制系統(tǒng)概述9.1.1定義與分類過程控制系統(tǒng)是指對生產(chǎn)過程中涉及的物理量或化學(xué)量進(jìn)行測量、反饋、調(diào)節(jié)和控制的系統(tǒng)。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，過程控制系統(tǒng)可分為連續(xù)過程控制系統(tǒng)、離散過程控制系統(tǒng)和混合過程控制系統(tǒng)。9.1.2基本構(gòu)成過程控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：（1）被控對象：生產(chǎn)過程中需要控制的設(shè)備或過程；（2）控制器：根據(jù)設(shè)定值和被控對象輸出，產(chǎn)生控制作用的裝置；（3）傳感器：將被控對象的物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號；（4）執(zhí)行器：將控制信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制；（5）人機(jī)界面：用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)、設(shè)定參數(shù)和操作控制。9.1.3基本原理過程控制系統(tǒng)基于反饋控制原理，通過比較被控對象的實(shí)際輸出與設(shè)定值，產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)過控制器處理后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被控對象的輸出逐漸接近設(shè)定值。9.2過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.2.1設(shè)計(jì)原則過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）穩(wěn)定性：保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，防止出現(xiàn)振蕩或發(fā)散；（2）準(zhǔn)確性：提高系統(tǒng)控制精度，滿足工藝要求；（3）快速性：提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間；（4）經(jīng)濟(jì)性：在滿足控制要求的前提下，降低系統(tǒng)成本。9.2.2設(shè)計(jì)步驟過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下步驟：（1）明確控制目標(biāo)：分析被控對象的特性和工藝要求，確定控制目標(biāo)；（2）選擇控制器：根據(jù)控制目標(biāo)和被控對象特性，選擇合適的控制器；（3）設(shè)計(jì)傳感器和執(zhí)行器：根據(jù)被控對象的物理量或化學(xué)量，選擇合適的傳感器和執(zhí)行器；（4）參數(shù)整定：通過實(shí)驗(yàn)或仿真，整定控制器參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期功能；（5）系統(tǒng)調(diào)試：對設(shè)計(jì)好的過程控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，保證其穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地運(yùn)行。9.3過程控制策略與優(yōu)化9.3.1控制策略過程控制策略主要包括以下幾種：（1）PID控制：比例、積分