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陶权，吴尚庆 著

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• 工业自动化
• 驱动技术
• 节能技术
• 故障诊断
• 应用案例
• 控制系统
• 电气工程

店铺： 广影图书专营店

出版社： 华南理工大学出版社

ISBN：9787562326557

商品编码：29725346790

包装：平装

出版时间：2007-08-01

基本信息

书名：变频器应用技术

定价：19.00元

作者：陶权,吴尚庆

出版社：华南理工大学出版社

出版日期：2007-08-01

ISBN：9787562326557

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.281kg

编辑推荐

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内容提要

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本书在内容编排上以应用为重点，以6个模块，共27个项目构成本课程内容。每个项目都有其明确的项目目标，并针对各自目标展开相关知识的介绍及技能训练、技能测试。主要内容包括变频器基础知识，变频器操作及主要参数设定，变频器常用控制功能，变频器的工程应用、选型、维护，变频器实训等。
本书力求体现以下特点：
（1）应用性：有丰富的工程应用例子。
（2）实践性：本教材安排了5个实训项目，并且每个模块都有技能测试。
（3）针对性：教材内容针对西门子MM420通用型变频器。
本书可作为高职高专院校电气自动化技术专业、生产过程自动化专业、机电一体化技术专业、自动控制技术专业及相关专业的教材，也可作为企业相关技术人员的参考资料。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《工业自动化基础与实践》 内容简介 本书旨在为读者构建一个全面而深入的工业自动化知识体系，涵盖从基本概念到实际应用的各个层面。全书共分为五个部分，逻辑清晰，层层递进，力求使读者能够系统地理解工业自动化的核心原理，并掌握解决实际工程问题的能力。 第一部分：工业自动化的基石——信号、传感器与执行器 本部分将深入剖析工业自动化系统中信息传递的源头和终端。我们将从最基础的电信号和数字信号讲起，介绍它们在工业环境中的特性、传输方式以及常见的干扰与防护措施。 接着，我们将详细介绍各类工业传感器。这部分内容将不仅局限于传感器的种类划分，更会深入探讨各种传感器的核心工作原理、技术参数的含义及其在不同工业场景下的适用性。我们会重点讲解： 测量原理： 如电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、磁阻式、超声波式、红外式、激光式、霍尔效应等。 测量对象： 包括但不限于温度传感器（热电偶、热电阻、红外测温）、压力传感器（应变片式、电容式、压阻式）、液位传感器（浮球式、导波雷达式、超声波式）、流量传感器（电磁流量计、涡轮流量计、质量流量计）、位移传感器（LVDT、编码器、激光测距）、速度传感器（测速发电机、编码器）、加速度传感器（压电式、MEMS）、光电传感器（光电开关、接近开关）、气体传感器（催化燃烧式、电化学式、半导体式）、图像传感器（CCD、CMOS）等。 选型依据： 详细阐述如何根据被测量的物理量、精度要求、响应速度、工作环境（温度、湿度、腐蚀性、防爆等级）、供电方式、输出信号类型（模拟量4-20mA、0-10V，数字量RS485、CAN、EtherNet/IP等）以及成本等因素，选择最合适的传感器。 安装与调试： 介绍传感器的正确安装位置、固定方式、电气连接以及初步的信号验证和校准方法，以确保其在实际应用中的稳定性和准确性。 在了解了信息的采集之后，本部分将聚焦于如何将控制指令转化为实际动作的执行器。我们将系统介绍各种工业执行器的类型、工作原理、性能特点及选型原则： 电气执行器： 电机类： 直流电机、交流电机（同步电机、异步电机）、步进电机、伺服电机。重点讲解它们的结构、工作原理、调速方法（如PWM）、制动方式以及与负载的匹配关系。 电磁阀： 介绍其结构、动作原理（直动式、先导式），不同阀芯类型（二通、三通、四通）及其在流体控制中的应用。 继电器与接触器： 讲解其作为开关元件的作用、线圈驱动原理、触点类型（常开、常闭）、额定参数以及在电力控制和信号隔离中的应用。 气动执行器： 气缸： 单作用气缸、双作用气缸，及其在直线运动控制中的应用。 气动马达： 介绍其在旋转驱动中的应用。 气动阀： 比例阀、伺服阀，及其在精确流量和压力控制中的作用。 液压执行器： 液压缸： 讲解其高压力、大扭矩的特性，以及在重载、精密运动控制中的应用。 液压马达： 介绍其在需要大功率驱动的场合的应用。 液压阀： 方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀，及其在复杂液压回路中的组合应用。 针对不同类型的执行器，我们将详细阐述其选型时需要考虑的因素，包括驱动功率、输出力/扭矩、运动行程/角度、响应速度、重复定位精度、使用寿命、工作环境适应性以及与控制系统的接口兼容性。同时，我们还会介绍执行器在实际应用中常见的故障及其诊断与排除方法。 第二部分：工业控制系统的核心——PLC与 DCS 本部分将深入探讨现代工业自动化中两大核心控制平台——可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）。 2.1 可编程逻辑控制器（PLC） 我们将从PLC的基本概念、硬件结构和软件组成入手，构建完整的PLC认知框架。 PLC的体系结构： 详细介绍CPU模块、输入模块（数字量、模拟量）、输出模块（数字量、模拟量）、通信模块、电源模块以及特殊功能模块（如高速计数、定位、PID控制模块）的功能和选型。 PLC的编程语言： 深入讲解IEC 61131-3国际标准定义的五种编程语言，包括： 梯形图（Ladder Diagram, LD）： 重点阐述其图形化特性，如何将电气原理图转化为PLC程序，以及常用的逻辑指令（AND, OR, NOT, XOR等）、定时器、计数器、比较指令、数学运算指令等。 指令表（Instruction List, IL）： 介绍其汇编语言式的编程方式，适用于特定逻辑的快速实现。 结构化文本（Structured Text, ST）： 讲解其类似高级语言的语法，适用于复杂的算法和数据处理。 功能块图（Function Block Diagram, FBD）： 介绍其模块化、图形化的编程方式，便于复用和构建复杂控制逻辑。 顺序功能图（Sequential Function Chart, SFC）： 阐述其适用于顺序控制和状态机设计的图形化工具。 PLC的通信： 介绍PLC常用的通信协议，如RS-232、RS-485、MPI、Profibus、Profinet、EtherNet/IP、Modbus（TCP/RTU）等，以及它们在PLC之间、PLC与上位机、PLC与外围设备通信中的应用。 PLC的实际应用： 通过多个典型案例，如简单的电机启停控制、传送带联动控制、泵的自动启停、液位控制、温度PID控制等，展示PLC在实际工程中的编程方法、调试技巧和故障排除思路。我们将强调如何从工艺流程分析入手，将实际控制需求转化为PLC程序。 2.2 分布式控制系统（DCS） DCS作为大型、复杂自动化系统的核心，我们将对其进行深入的介绍。 DCS的系统架构： 详细解析DCS的纵向和横向集成，包括操作员站（监控、报警、报表）、工程师站（组态、编程、诊断）、控制器（I/O处理、控制算法执行）、通信网络（现场总线、以太网）以及现场仪表等组成部分。 DCS的功能特点： 重点讲解DCS在数据采集、实时控制、回路控制、顺序控制、报警管理、历史数据记录与分析、操作员界面友好性、系统可靠性与冗余性（硬件冗余、软件冗余、网络冗余）、系统集成性、安全性等方面的优势。 DCS的组态与编程： 介绍DCS系统中常用的组态软件，讲解如何通过图形化界面完成I/O点配置、控制回路设计（如PID回路、逻辑控制逻辑）、报警策略设定、操作员界面构建（画面组态）以及与PLC等其他系统的集成。 DCS的应用领域： 结合石化、电力、冶金、制药、水处理等典型行业，介绍DCS在复杂生产过程的集中监控与自动化控制方面的应用，以及如何通过DCS实现工艺优化和生产管理。 第三部分：工业网络与现场总线技术 本部分将聚焦于工业自动化系统中的“神经系统”——工业通信网络和现场总线技术，这是实现设备互联互通、数据高效传输的关键。 工业通信网络概述： 介绍工业网络与传统IT网络的区别，如对实时性、可靠性、鲁棒性、防干扰能力的要求，以及常见的工业以太网和串行通信的应用场景。 现场总线技术： 基本概念与分类： 讲解现场总线（Fieldbus）的定义、起源，以及按通信介质（如电缆、光纤）和拓扑结构（如总线型、星型、环型）的分类。 主流现场总线介绍： 详细介绍几种重要的现场总线技术，包括： Profibus： 重点讲解Profibus DP（用于现场级设备连接）和Profibus PA（用于过程自动化，适用于危险区域）的特点、帧结构、通信机制，以及在PLC与现场设备（传感器、执行器）通信中的应用。 Foundation Fieldbus（FF）： 介绍其“设备互联”的理念，支持数字通信、回路组态、自诊断等高级功能，以及在过程控制中的优势。 DeviceNet： 讲解其基于CAN总线，易于集成，常用于中小型自动化系统，如机械设备、汽车制造等。 CANopen： 介绍其在嵌入式系统和运动控制领域的广泛应用，以及其标准化程度高、实时性好的特点。 EtherNet/IP： 讲解其如何将以太网技术应用于工业控制，支持IP协议，易于与IT系统集成，适用于各种自动化应用。 Modbus TCP/IP： 介绍其作为一种非常广泛应用的工业以太网通信协议，易于实现，适用于PLC、HMI、SCADA系统之间的数据交换。 现场总线的选型原则： 详细阐述在选择现场总线时需要考虑的因素，如通信速率、传输距离、支持的设备类型、系统规模、实时性要求、成本、厂商支持、在特定行业（如防爆、高粉尘）的应用兼容性等。 现场总线的应用实践： 通过案例分析，讲解如何设计和部署基于现场总线的自动化系统，包括总线拓扑结构的选择、设备接入、通信故障诊断和排除。 第四部分：人机界面（HMI）与监控系统（SCADA） 本部分将深入探讨人机交互的界面以及对整个工业生产过程的监控与管理。 人机界面（HMI）： HMI的功能与作用： 讲解HMI在可视化操作、参数设定、工艺流程显示、报警提示、数据查询等方面的核心价值。 HMI的硬件类型： 介绍触摸屏、按键式操作面板、工业平板电脑等不同类型的HMI硬件，以及它们的性能特点和适用场景。 HMI组态软件： 讲解常用HMI组态软件（如WinCC, GT Works, RSView, Ignition等）的基本操作，包括画面设计（控件拖拽、属性设置）、变量连接、报警配置、配方管理、数据趋势图绘制、事件记录等。 HMI与PLC的通信： 详细介绍HMI与PLC之间通过各种通信协议（如Modbus, Profinet, EtherNet/IP等）进行数据交换的原理和设置方法。 HMI的设计原则： 强调用户友好性、信息直观性、操作便捷性、安全性等设计原则，以及如何根据不同操作人员的技能水平设计合适的界面。 监控与数据采集系统（SCADA）： SCADA系统的概念与架构： 讲解SCADA系统的核心功能，包括数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition）、过程监控、报警管理、事件记录、报表生成、远程控制等，以及其典型的分层架构（如现场设备层、通信层、监控层、应用层）。 SCADA系统的关键组件： 介绍SCADA系统中的重要组成部分，如数据服务器、历史数据库、报警服务器、报告服务器、客户端应用程序（操作员界面）。 SCADA系统的通信方式： 详细阐述SCADA系统如何通过OPC服务器、各种工业协议（Modbus, Profinet, DNP3等）或私有协议，从PLC、RTU（远程终端单元）等设备采集数据。 SCADA系统的应用： 结合实际案例，如电力监控系统、给排水监控系统、油气管道监控系统、交通监控系统等，展示SCADA系统如何实现对大规模、分布式工业过程的集中化管理和优化。 第五部分：工业自动化系统集成与高级应用 本部分将超越单一设备的介绍，着重于如何将不同的自动化模块有机地组合起来，构建功能更强大、性能更优越的工业自动化系统，并介绍一些前沿的应用方向。 工业自动化系统的集成： 系统集成流程： 讲解从需求分析、方案设计、设备选型、硬件安装、软件组态、系统调试到最终验收的完整集成流程。 不同层级的集成： 探讨现场设备层、控制层、监控层（HMI/SCADA）以及企业管理层（MES, ERP）之间的集成挑战与解决方案。 标准化与互操作性： 强调OPC UA等开放标准的在实现不同厂商设备和系统之间互操作性方面的作用。 系统冗余与容错设计： 介绍在关键应用中实现系统的高可用性和可靠性，如PLC冗余、网络冗余、服务器冗余等。 网络安全： 讨论工业自动化系统面临的网络安全威胁，以及如何通过防火墙、VPN、访问控制、加密等手段保障系统安全。 高级应用与发展趋势： 运动控制： 介绍伺服系统、步进系统在精密位移、速度、力矩控制方面的应用，以及多轴联动控制技术。 机器人技术： 讲解工业机器人的类型（如关节型、SCARA、Delta）、工作原理、编程与示教，以及在装配、焊接、搬运等自动化生产中的作用。 机器视觉： 介绍机器视觉系统在产品检测、尺寸测量、缺陷识别、引导定位等方面的应用，以及其核心组件（相机、光源、镜头、图像处理软件）。 工业物联网（IIoT）与工业4.0： 探讨传感器、设备、系统之间通过网络互联，实现数据共享、协同工作、智能化决策的理念，以及云计算、大数据、人工智能等技术在工业领域的应用前景。 数字化孪生（Digital Twin）： 介绍如何构建物理实体在数字世界的虚拟模型，实现实时监控、模拟预测、优化控制。 能源管理与环保自动化： 探讨如何在工业生产过程中实现节能降耗、减少排放的自动化监控与控制。 本书的编写力求语言精练，图文并茂，通过大量的实例和图表，将抽象的技术概念具象化，帮助读者建立直观的理解。我们希望通过本书的学习，读者不仅能够掌握工业自动化基础知识，更能培养解决实际工程问题的能力，为投身于蓬勃发展的工业自动化领域打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是“厚重大气，内涵丰富”。它不仅仅是一本单纯的“如何操作”的指南，更像是一部关于电力电子驱动技术的“百科全书式”的著作。我尤其欣赏作者在引言和结论中对行业未来发展趋势的宏观把握和深刻洞察。书中对不同工业现场（如冶金、化工、水处理）变频器选型差异化的分析，非常到位，展现了作者丰富的工程经验。比如，书中对比了在需要高动态响应场合与在需要高可靠性场合下，不同滤波电路和IGBT选型策略的权衡艺术。这种对“工程权衡”的深入探讨，是很多纯理论书籍所欠缺的。读完它，你获得的不仅仅是操作技能，更是一种对复杂系统进行全面、理性评估的思维框架。这本书的份量，绝对值得为其留出书架上最显眼的位置。

评分☆☆☆☆☆

我通常对那些内容臃肿、重点不突出的技术书籍持保留态度，但这本书的逻辑结构堪称教科书级别的典范。它的章节划分非常清晰，层层递进，从基本的电路拓扑到复杂的控制算法，再到系统集成和调试维护，每一步都衔接得无比自然。作者似乎深谙读者的学习路径，总能在读者感到困惑之前，巧妙地引入下一个解释性的概念。尤其值得称赞的是，书中对参数设置和调试步骤的描述详尽到近乎偏执的程度。它没有使用那种“根据经验调整”的模糊说法，而是给出了详细的“如果出现A现象，请检查参数B，并尝试调整范围C到D”的明确指令集。这对于一线工程师来说，简直是救命稻草。它极大地缩短了从理论学习到实际操作的“转化周期”，让学习成果能够快速转化为生产力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计简直是一次视觉盛宴，完全颠覆了我对传统技术书籍的刻板印象。封面设计简约而不失力量感，内页的字体选择、行距的处理都非常考究，长时间阅读也不会让人感到视觉疲劳。更值得称赞的是，书中对各种实际应用案例的呈现方式。它不是简单地罗列参数表，而是通过大量的实测波形图和现场安装照片，辅以精妙的注释，将理论知识与工程实践紧密地结合起来。比如，在讲解如何优化电机节能运行时，书中展示了不同负载率下的电能消耗曲线对比，这种直观的数据对比，远比抽象的文字描述要有说服力得多。我甚至可以想象到作者在编写过程中，是如何一丝不苟地斟酌每一个图表的细节，力求让读者在阅读时获得最大的信息密度和最佳的阅读体验。这绝对是一本值得收藏，并且会忍不住经常翻阅的工具书。

评分☆☆☆☆☆

天呐，这本书简直是技术迷的福音！我刚翻开目录就被深深吸引了。首先，它在讲解控制理论基础部分的处理方式就非常独到。作者没有像其他教材那样枯燥地堆砌公式，而是用了一种非常生活化的比喻来解释复杂的数学模型，这让像我这种非科班出身的读者也能迅速抓住核心要点。特别是关于矢量控制和直接转矩控制那几章，图文并茂，流程图清晰到让人感觉自己就能立刻上手编程一样。我印象最深的是书中对各种保护功能的深入剖析，不仅仅是告诉你“什么情况下会跳闸”，更是详细解释了背后的电流、电压变化曲线，那种严谨又不失趣味的讲解，让我对底层逻辑有了前所未有的清晰认识。读完这部分，我感觉自己仿佛打通了任督二脉，对整个变频器的工作原理和故障排查都有了一种“了如指掌”的自信感。它的深度和广度都拿捏得恰到好处，既满足了资深工程师对细节的苛求，也为初学者搭建了一个坚实的知识阶梯。

评分☆☆☆☆☆

要说这本书最让我惊喜的地方，那绝对是它对新兴技术的覆盖面和前瞻性。很多现有的变频器书籍都停留在传统开关电源拓扑的介绍上，但这本书却花了相当大的篇幅去探讨了基于新型功率器件，比如SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）在高端变频器中的应用潜力。作者不仅分析了这些新材料带来的高频开关优势，还探讨了由此引发的EMI/EMC设计挑战和散热策略的革新。这种与时俱进的视角，让我这个身处行业前沿的人也感到收获颇丰。它不仅仅是在教授“如何做”，更是在引导我们思考“未来该怎么做”。读完关于磁性元件设计优化和电磁兼容性的那一章后，我立刻回去审视了我们正在进行的一个项目，发现了几处原本被忽略的关键优化点。这本书的价值，已经超越了一本单纯的技术手册，更像是一位行业先驱在与我们进行深度对话。