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出版社： 机械工业出版社
ISBN：9787111543824
商品编码：27006882443
包装：平装
开本：16
出版时间：2016-09-01
具体描述
内容介绍
基本信息
| 书名： | 西门子S7-200 SMART PLC编程及应用教程 | ||
| 作者： | 侍寿永 | 开本： | |
| YJ： | 39.9 | 页数： | |
| 现价： | 见1；CY =CY部 | 出版时间 | 2016-09 |
| 书号： | 9787111543824 | 印刷时间： | |
| 出版社： | 机械工业出版社 | 版次： | |
| 商品类型： | 正版图书 | 印次： | |
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工业自动化控制系统的演进与实践 第一章：工业自动化控制的基石——传感器技术 工业自动化控制系统的核心在于对物理世界的实时感知与精确响应。传感器作为连接物理世界与自动化控制系统的“眼睛”和“触角”，其技术发展直接影响着自动化系统的性能和应用范围。本章将深入探讨各类工业传感器的工作原理、技术特性、选型要点以及在不同工业场景中的应用。 1.1 传感器分类与基本原理： 1.1.1 接触式与非接触式传感器： 详细阐述两种传感器在测量方式上的根本区别，分析其优缺点，并结合具体工业应用场景（如物料输送、产品检测）说明其适用性。 1.1.2 模拟量与数字量传感器： 深入讲解模拟量传感器（如温度、压力、液位传感器）的信号输出形式（电压、电流）及其转换原理，以及数字量传感器（如编码器、接近开关）的信号特性。重点分析数字量传感器在提高数据精度和传输效率方面的优势。 1.1.3 物理量传感器分类： 位置与位移传感器： 详细介绍光电传感器、接近开关、超声波传感器、磁致伸缩传感器、激光位移传感器等的工作原理，并分析其测量范围、精度、响应速度等关键参数。例如，解释光电传感器利用光束遮断或反射原理进行检测，而磁致伸缩传感器则利用磁场与声波的相互作用实现高精度位移测量。 力与压力传感器： 深入剖析电阻应变片式、压电式、电容式压力传感器的内部结构和测量机制。重点讲解应变片如何将形变转化为电信号，以及压电效应在动态压力测量中的应用。 温度传感器： 详细介绍热电偶、热电阻（RTD）、红外温度传感器的工作原理。分析不同类型温度传感器的测量范围、精度、响应时间、耐环境性等特点，并给出在高温、低温、非接触式测量等场景下的选型建议。 流量传感器： 深入探讨电磁流量计、涡轮流量计、超声波流量计、质量流量计等不同原理的流量测量技术。分析它们各自的适用介质（导电液体、气体、粘稠液体）、测量精度、压力损失、安装要求等。 液位传感器： 详细介绍浮球式、电阻式、电容式、超声波式、雷达式液位传感器的技术原理，并分析它们在不同介质（导电、非导电、腐蚀性）和不同工作环境（常压、压力）下的应用优势。 气体传感器： 介绍用于检测CO、H2S、O2、可燃气等气体的传感器技术，如半导体式、电化学式、红外式传感器，分析其灵敏度、选择性、响应时间等关键指标。 1.2 传感器选型原则与注意事项： 1.2.1 明确测量需求： 强调准确理解被测物理量的性质、变化范围、精度要求、响应速度要求等是选型的前提。 1.2.2 考虑工作环境： 详细分析温度、湿度、压力、腐蚀性、电磁干扰、防爆要求等环境因素对传感器性能和寿命的影响，并提供相应的防护措施建议。 1.2.3 信号接口与兼容性： 讲解不同传感器输出信号（4-20mA、0-10V、RS485、IO-Link等）的特点，以及与控制器的接口匹配问题。 1.2.4 经济性与可靠性： 在满足技术要求的前提下，权衡传感器的初始投资、维护成本、使用寿命等经济因素，同时强调选择信誉良好的品牌和可靠的产品。 1.3 传感器在工业现场的应用案例： 1.3.1 制造业： 结合汽车制造、电子产品组装等典型场景，分析传感器如何用于工件定位、尺寸检测、表面缺陷识别、焊接质量监控等。 1.3.2 石油化工： 阐述传感器在油气管道压力监测、储罐液位测量、气体泄漏检测、反应釜温度控制等环节的关键作用。 1.3.3 水处理与环保： 介绍传感器在水质监测（pH、溶解氧、浊度）、流量计量、气体排放监测等方面的应用。 1.3.4 食品饮料： 分析传感器在产品温度控制、包装检测、成分分析等过程中的应用。 第二章：工业自动化控制的核心——执行器技术 执行器是自动化控制系统中将控制器的指令转化为实际物理动作的“手臂”和“腿脚”。本章将系统介绍各类工业执行器的类型、工作原理、选型要点，以及它们在不同工业自动化场景中的作用。 2.1 执行器分类与基本原理： 2.1.1 按能量来源分类： 电动执行器： 详细讲解伺服电机、步进电机、直流电机、交流电机在执行器中的应用。重点分析伺服电机的高精度定位能力、步进电机的开环定位特点，以及它们在阀门控制、机器人关节驱动等方面的应用。 气动执行器： 深入阐述气缸（单作用、双作用）、气动马达的工作原理。重点分析气动执行器响应速度快、结构简单、易于防爆的优势，并讨论其在阀门开关、抓取、搬运等场景的应用。 液压执行器： 介绍液压缸、液压马达的工作原理。强调液压系统的高动力输出、高承载能力，以及其在重型机械、注塑机、压力机等设备中的应用。 2.1.2 按功能分类： 开关型执行器： 讲解电磁阀、气动阀、接触器等实现“开”或“关”动作的执行器，分析其快速响应和简单的控制逻辑。 调节型执行器： 详细介绍伺服阀、比例阀、变频器等能够实现连续、精确调节输出的执行器。重点阐述比例阀如何通过控制电磁力的大小来调节阀门开度，以及变频器如何通过改变电机供电频率来调节转速。 2.2 典型工业执行器详解： 2.2.1 电机与驱动器： 伺服电机系统： 详细讲解伺服电机、编码器、伺服驱动器的组成及工作原理。重点分析伺服驱动器如何接收上位控制器的指令，并根据编码器反馈的实时位置信息，对伺服电机进行精确的速度、位置、扭矩控制。 步进电机系统： 介绍步进电机的分步运动原理，以及步进电机驱动器如何通过步进脉冲控制电机的旋转角度。分析步进电机在无需编码器反馈的开环定位应用中的优势。 变频器（VFD）： 深入讲解变频器如何通过改变电压和频率来控制交流电机的转速，分析其在节能、平滑启停、扭矩补偿等方面的功能。 2.2.2 阀门执行器： 电动阀门执行器： 详细介绍电动阀门执行器的工作原理，包括电机驱动、减速机构、限位开关、力矩限制、开度反馈等。分析其在远程控制、精确调节方面的优势。 气动阀门执行器： 阐述气动阀门执行器（角行程、直行程）的工作原理，重点讲解其与电磁换向阀的配合使用。分析其在危险环境下的安全性。 液动阀门执行器： 介绍液动阀门执行器的驱动方式，以及其在高压、大口径阀门控制中的应用。 2.2.3 工业机器人关节驱动： 简要介绍工业机器人关节通常采用高精度伺服电机驱动，结合减速器实现大扭矩输出和高精度运动控制。 2.3 执行器选型原则与注意事项： 2.3.1 确定所需的动作类型： 是开关动作还是连续调节？需要多大的力矩或推力？ 2.3.2 考虑负载特性： 负载的惯量、摩擦力、工作频率等都会影响执行器的选型。 2.3.3 响应速度要求： 根据工艺过程的动态特性，选择具有合适响应速度的执行器。 2.3.4 工作环境适应性： 与传感器选型类似，需考虑温度、湿度、腐蚀性、防爆等因素。 2.3.5 控制信号与接口： 确保执行器的控制接口与控制器的输出信号兼容。 2.3.6 能源消耗与效率： 考虑执行器的功耗、效率以及对系统整体能源消耗的影响。 2.4 执行器在工业现场的应用案例： 2.4.1 自动化生产线： 分析执行器如何驱动传送带、机械臂、冲压设备、包装机械等，实现连续、高效的生产流程。 2.4.2 流体控制系统： 介绍执行器在调节阀门开度、控制泵的流量、调节管道压力等方面的应用。 2.4.3 物料搬运与仓储： 阐述执行器在起重设备、AGV（自动导引车）、输送系统中的作用。 2.4.4 能源与电力： 分析执行器在发电机组调速、开关站设备操作、锅炉燃烧控制等方面的应用。 第三章：人机交互与监控——上位机与HMI技术 在复杂的工业自动化系统中，操作员需要直观、高效的界面来监控生产过程、调整参数、处理报警。本章将介绍上位机软件和人机界面（HMI）在工业自动化中的作用、功能以及技术发展趋势。 3.1 上位机软件的功能与作用： 3.1.1 数据采集与处理： 讲解上位机如何通过通信接口（如Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP）从PLC或其他设备实时读取传感器数据、设备状态等，并进行必要的格式转换和计算。 3.1.2 过程监控与显示： 描述上位机如何以图形化、可视化的方式（如仪表盘、趋势图、实时画面）直观地展示生产过程的运行状态。 3.1.3 参数设置与控制： 讲解操作员如何通过上位机界面修改PLC的控制参数，或直接发送控制指令给现场设备。 3.1.4 报警管理与事件记录： 详细说明上位机如何接收、显示、记录、处理设备报警信息，以及记录生产过程中的重要事件。 3.1.5 报表生成与数据分析： 介绍上位机如何汇总历史数据，生成生产报表（如产量报表、效率报表、能耗报表），为管理决策提供依据。 3.1.6 远程监控与诊断： 阐述通过网络连接实现对生产现场的远程监控和故障诊断。 3.2 人机界面（HMI）的类型与设计： 3.2.1 HMI的定义与重要性： HMI是操作员与自动化系统之间进行信息交换和指令输入的接口，其设计直接影响操作的便捷性和系统的易用性。 3.2.2 HMI的硬件类型： 触摸屏HMI： 介绍主流的工业触摸屏，包括电阻式、电容式触摸屏的工作原理，以及其集成显示与输入功能的优势。 显示器+键盘/鼠标： 传统的HMI形式，适用于需要大量文本输入或复杂操作的场景。 平板电脑/工控机： 结合通用计算设备实现HMI功能，提供更大的灵活性和更强的计算能力。 3.2.3 HMI的软件设计原则： 直观性与易用性： 强调界面布局的合理性、图标的易懂性、操作流程的简洁性。 一致性： 保持整个HMI界面设计风格和操作习惯的一致性。 信息层级： 根据重要性将信息进行分级显示，避免信息过载。 反馈机制： 操作后应有明确的视觉或听觉反馈，让操作员知晓指令是否被执行。 安全性： 设置操作员权限，防止未经授权的修改。 3.3 工业通信协议与网络： 3.3.1 串行通信协议： RS-232/RS-485： 介绍串行通信的基本概念，以及RS-485在多点通信和长距离传输方面的优势。 Modbus RTU/ASCII： 详细讲解Modbus协议的报文结构、功能码，以及其在PLC与上位机、PLC之间通信中的广泛应用。 3.3.2 以太网通信协议： TCP/IP基础： 简要介绍TCP/IP协议族的原理。 Industrial Ethernet： 介绍Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP等工业以太网协议。重点分析Profinet在实时性、确定性、诊断能力方面的优势。 3.3.3 现场总线技术： Profibus DP： 阐述Profibus DP作为一种高性能、低成本的串行通信总线，在连接PLC与分布式I/O、驱动器等设备中的作用。 DeviceNet： 介绍DeviceNet基于CAN总线，适用于中低速数据传输和传感器/执行器级连接。 3.4 案例分析： 3.4.1 某化工生产线的HMI监控画面设计： 展示一个典型的化工生产线HMI画面，包括工艺流程图、关键参数显示、报警指示、操作按钮等，并解释各个元素的设计意图。 3.4.2 生产数据报表生成流程： 描述上位机软件如何从PLC读取历史生产数据，经过汇总、计算，生成日报、周报、月报等，并提供导出为Excel等格式的功能。 第四章：工业现场的“大脑”——PLC技术概览 可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业自动化的核心控制单元，它集成了逻辑控制、数据处理、通信等多种功能，能够高效、可靠地完成复杂的自动化任务。本章将对PLC的技术发展、基本结构、工作原理、编程方式等进行宏观介绍。 4.1 PLC的技术发展历程： 4.1.1 从继电器控制到PLC： 回顾继电器控制系统的局限性（接线复杂、修改困难、可靠性问题），以及PLC的出现如何革命性地解决了这些问题。 4.1.2 PLC的功能演进： 介绍PLC从最初的离散逻辑控制，逐步发展到模拟量控制、运动控制、通信控制、PID控制等复杂功能。 4.1.3 模块化与分布式架构： 讲解PLC从一体机向模块化、机架式、以及与分布式I/O集成的方向发展。 4.2 PLC的硬件结构与组成： 4.2.1 CPU模块： PLC的“大脑”，负责执行用户程序、处理I/O信号、进行通信等。介绍CPU的处理速度、内存容量、指令集等关键参数。 4.2.2 输入模块（I/O模块）： 负责将外部传感器信号转换为PLC内部可以识别的数字信号。详细介绍数字量输入模块（DI）和模拟量输入模块（AI）的工作原理及隔离保护。 4.2.3 输出模块（I/O模块）： 负责将PLC内部的控制信号转换为外部执行器可以识别的信号。详细介绍数字量输出模块（DO）、模拟量输出模块（AO）及其驱动能力。 4.2.4 电源模块： 为PLC系统提供稳定的工作电源。 4.2.5 通信模块： 实现PLC与上位机、其他PLC、HMI、驱动器等设备之间的数据交换。介绍常见的通信接口和协议。 4.2.6 特殊功能模块（SFM）： 如计数器模块、定位模块、PID模块、通信处理器模块等，用于实现特定功能。 4.3 PLC的工作原理（扫描周期）： 4.3.1 扫描周期的概念： 详细解释PLC的工作是按照固定的扫描周期进行的。 4.3.2 扫描周期的四个阶段： 读取输入（Read Inputs）： PLC扫描所有输入点，将现场的输入信号读入输入映像区。 执行用户程序（Execute Program）： PLC按照程序指令的顺序，根据输入映像区和内部存储器的状态，执行用户编写的控制逻辑，并将结果写入输出映像区。 处理通信（Communications）： PLC进行与其他设备的通信操作，如发送和接收数据。 刷新输出（Update Outputs）： PLC将输出映像区中的数据输出到实际的输出点，驱动执行器工作。 4.3.3 影响扫描周期的因素： 用户程序复杂度、I/O点数量、通信任务、指令执行速度等。 4.4 PLC的编程语言与IEC 61131-3标准： 4.4.1 梯形图（Ladder Diagram, LD）： 介绍梯形图如何模拟继电器电路，易于电气工程师理解和使用。 4.4.2 功能块图（Function Block Diagram, FBD）： 讲解FBD如何使用预定义的块来构建复杂的控制逻辑，适合结构化编程。 4.4.3 指令表（Instruction List, IL）： 介绍IL作为一种低级语言，类似于汇编语言，执行效率高。 4.4.4 结构化文本（Structured Text, ST）： 讲解ST是一种高级编程语言，类似于Pascal或C，适合实现复杂的算法和数据处理。 4.4.5 时序图（Sequential Function Chart, SFC）： 介绍SFC用于描述顺序控制流程，易于理解和管理复杂的顺序逻辑。 4.4.6 IEC 61131-3标准的重要性： 强调该标准统一了PLC的编程语言，提高了软件的可移植性和开发效率。 4.5 PLC在工业自动化中的应用领域： 4.5.1 离散制造： 汽车、电子、家电等行业的生产线自动化。 4.5.2 过程控制： 石油化工、制药、食品饮料等行业的连续生产过程。 4.5.3 楼宇自动化： 暖通空调（HVAC）、照明、安防系统的控制。 4.5.4 能源与公用事业： 电力、水务、燃气等行业的监控与调度。 第五章：工业控制系统的集成与应用 工业自动化控制系统是一个由传感器、执行器、控制器、上位机等多个部分组成的复杂整体。本章将探讨这些组件如何协同工作，构建出高效、可靠的自动化解决方案，并介绍现代工业控制系统的一些关键发展趋势。 5.1 自动化控制系统的层次模型： 5.1.1 现场设备层： 传感器、执行器、现场仪表等。 5.1.2 控制层： PLC、DCS（分布式控制系统）、PAC（可编程自动化控制器）等。 5.1.3 监控与管理层： SCADA（数据采集与监控系统）、HMI、MES（制造执行系统）等。 5.1.4 企业管理层： ERP（企业资源规划）等。 5.1.5 阐述各层之间的信息流与控制流。 5.2 控制系统的集成挑战与解决方案： 5.2.1 通信兼容性： 不同厂商、不同协议的设备如何互联互通。强调工业以太网和OPC UA（开放平台通信统一架构）等开放标准的重要性。 5.2.2 数据一致性与实时性： 确保数据在各个层级之间的同步更新和准确传输。 5.2.3 系统冗余与可靠性： 针对关键应用，介绍CPU冗余、电源冗余、网络冗余等技术，提高系统的可用性。 5.2.4 网络安全： 随着工业互联网的发展，网络安全成为重要课题，介绍防火墙、VPN、身份认证等安全措施。 5.3 现代工业控制系统的发展趋势： 5.3.1 工业物联网（IIoT）： 强调将传统自动化系统与互联网连接，实现设备互联、数据共享和智能化应用。 5.3.2 工业4.0与智能制造： 介绍CPS（网络物理系统）、大数据分析、人工智能（AI）在提升制造柔性、效率和个性化生产中的作用。 5.3.3 云计算与边缘计算： 分析云计算在数据存储、分析和远程访问方面的优势，以及边缘计算在本地实时处理和响应方面的必要性。 5.3.4 模块化与平台化： 强调标准化模块和开放平台的设计，便于系统的扩展、升级和集成。 5.3.5 预测性维护： 利用传感器数据和AI算法，预测设备故障，提前进行维护，减少停机时间。 5.4 实际工业应用案例分析： 5.4.1 某自动化立体仓库系统： 详细描述该系统如何集成PLC、AGV、输送带、传感器、HMI等，实现物料的自动存储、检索和分拣。 5.4.2 某大型水处理厂的自动化控制： 分析该系统如何利用PLC和SCADA系统，实现对水泵、阀门、曝气设备、污泥处理设备的精确控制和远程监控，保证水质安全。 5.4.3 柔性生产线的实现： 探讨如何通过PLC、机器人、视觉检测系统、MES等集成，构建能够快速切换产品、满足小批量、多品种生产需求的柔性生产线。 通过对工业自动化控制系统的各个组成部分的深入剖析，本系列内容旨在为读者构建一个全面、系统的工业自动化知识框架，理解不同技术之间的相互关联，以及它们在实际工业应用中发挥的关键作用。
用户评价
评分
这本书的印刷质量真的让人惊喜，封面设计很有质感，不是那种廉价的纸张，摸上去有种沉甸甸的感觉，感觉像是那种可以摆在家里的艺术品。内页的纸张也很厚实，即使长时间翻阅也不会轻易泛黄或者起卷，而且油墨的印刷非常清晰，文字和图片都锐利分明，阅读起来一点都不会费眼。我特别喜欢它在细节上的处理，比如书脊的装订非常牢固，打开书的时候不会出现页码脱落的情况，这对于经常需要参考的教材来说至关重要。而且，它还带有一个书签带，这个小小的设计真的太贴心了，省去了我到处找书签的麻烦，可以随时标记到我需要复习的部分。整本书拿在手里，就给人一种非常专业、用心制作的感觉，这让我对里面内容的质量也充满了期待。即使还没有开始深入阅读，光是这本书的外在表现，就已经让我觉得物超所值，是个值得珍藏的好书。
评分读这本书的体验，就像是遇到了一位经验丰富、耐心细致的良师益友。作者在讲解时，语调非常亲切，没有那种高高在上的学术腔调，而是用一种循循善诱的方式，一步步引导读者进入学习的殿堂。尤其是在解释一些基础概念时，他会反复强调一些关键点，并结合实际的应用场景进行类比，让我这种初学者也能快速理解。我还发现，作者在讲解的过程中，会穿插一些“过来人”的经验之谈，比如在某个步骤容易出错的地方，会提前给出提醒，甚至会分享一些自己曾经遇到的典型问题和解决方案，这简直是宝藏信息。这种充满人情味的教学方式，极大地降低了学习的门槛，也让我感受到一种被支持和鼓励的力量，让我觉得学习过程不再是孤军奋战，而是有引路人在旁边指点迷津。
评分这本书在实用性和可操作性上做得非常扎实，这一点让我尤为看重。它并没有拘泥于理论的空谈，而是将大量的篇幅用在了实际的案例分析和项目演练上。我看到书中有不少详细的步骤拆解，从硬件的选型、接线，到软件的组态、编程，再到最终的调试和优化，都进行了非常详尽的描述。而且，作者似乎还很注重让读者亲自动手实践，提供了很多可以模仿和修改的程序示例，这些示例覆盖了工业生产中常见的各种自动化控制场景，比如物料输送、过程控制、设备联动等等。通过这些实践性的练习，我可以将书本上的知识立刻转化为实际的操作能力，这种“学以致用”的感觉，无疑是最能激发学习兴趣和提升学习效果的。它让我感觉，我不仅仅是在“读”一本技术书，更是在“做”一个真正的PLC项目。
评分这本书在排版和布局上做得非常出色，让我这种对细节要求比较高的人都感到非常满意。每一页的内容都经过了精心的组织，标题、副标题、正文、图例之间的层次分明，逻辑清晰。图表部分尤其突出，很多复杂的概念通过生动形象的图示得以直观呈现，这比单纯的文字描述要有效得多。我特别欣赏作者在处理例题和代码块时所采用的格式，代码的缩进、关键字的着色都很规范，阅读起来就像在专业的IDE环境中一样舒适，大大降低了理解难度。此外，书中的一些辅助性信息，比如术语解释、注意事项提示等，都被巧妙地放置在页面的边缘或者通过特殊的标记区分开来，不会打断阅读的流畅性，却又能随时注意到。这种细致入微的设计，充分体现了作者对读者阅读体验的深刻理解和高度重视，使得学习过程更加高效和愉快，也减少了很多不必要的摸索和试错。
评分对于那些追求深度和广度的读者来说，这本书同样能够提供相当丰富的价值。虽然它以教程的形式呈现，但在某些章节的探讨上，作者并没有流于表面，而是深入剖析了S7-200 SMART PLC在实际工业自动化领域中的一些高级应用和精妙之处。我发现其中有几段关于网络通信和故障诊断的部分，讲解得非常透彻，不仅限于基础的连接，还涉及到了协议的细节和一些底层原理的分析，这对于想要深入理解PLC通信机制的工程师来说，非常有启发性。而且，作者在论述中，还会时不时地提及一些行业内的发展趋势和前沿技术，这让我在学习基础知识的同时，也能对未来的发展方向有一个初步的认知，不至于学得过于陈旧。这本书的深度和广度，使得它不仅仅是一本入门教材，更可能成为一本可以反复翻阅的参考书。
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