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2.5.5　光电插件 41

第1章　工业控制系统概述3

目录3

第1篇　工业控制综述3

1.1 工业控制分类4

1.1.1 运动控制和过程控制4

1.1.2　开环、闭环系统6

1.2　开环、闭环系统的组成8

1.3 反馈控制9

1.4　反馈的实际应用11

1.5 闭环系统的动态响应12

1.6　前馈控制12

1.7 习题14

第2章　接口设备16

2.1 放大器16

2.1.1 晶体管17

2.1.2　运算放大器20

2.2　信号处理器23

2.2.1 积分运算放大器24

2.2.2　微分运算放大器25

2.2.3　波形施密特触发器26

2.3 比较器27

2.3.1　运放比较器27

2.3.2　差分运算放大器28

2.3.3　数字数值比较器30

2.4　半导体控制器件31

2.4.1 晶体管开关32

2.4.2　半导体闸流管33

2.5　光电连接设备39

2.5.1 光敏二极管39

2.5.2　光敏晶体管40

2.5.3 光敏SCR40

2.5.4　光敏双向晶闸管41

2.6　数模转换器42

2.7　模数转换器45

2.8 定时器49

2.8.1 555非稳态多谐振荡器50

2.8.2 555单稳态多谐振荡器52

2.9 习题54

第2篇 控制器59

第3章 控制器的操作59

3.1 控制模式59

3.2 开关控制60

3.3 比例控制63

3.3.1 控制器放大65

3.3.2 静态误差66

3.4 比例-积分控制69

3.5 比例积分微分控制71

3.6 模糊控制概论75

3.7 模糊集合75

3.8 隶属函数76

3.9 模糊逻辑的应用77

3.10 模糊逻辑微控制器84

3.11 小结85

3.12 习题85

第3篇 电动机89

第4章直流电动机89

4.1 运行原理89

4.2 旋转运动91

4 4 磁场控制94

4.5 反电动势94

4.3 实用直流电动机94

4.6 电枢反应95

4.7 电动机的选择96

4.7.1 调速96

4.7.2　转矩97

4.7.3 功99

4.7.4 马力99

4.7.5 电机的功率消耗100

4.7.6 电机效率100

4.8 相互影响101

4.9 电动机的基本构造102

4.10 电动机的分类103

4.10.1 并励式电动机103

4.10.2 串励式电动机106

4.10.3 复励式电动机107

4.10.4 双向直流电动机109

4.11 线圈端识别109

4.12 习题109

第5章 交流电动机112

5.1 基本原理112

5.1.1 交流磁场113

5.1.2 旋转磁场114

5.2 结构与操作115

5.2.1 定子结构115

5.2.2 转子结构117

5.2.3 操作原理119

5.3 单相感应电机121

5.4 电阻启动感应电动机122

5.5 电容启动感应电动机123

5.6 罩极式电动机125

5.8 通用式电动机（交直流两用电机）127

5.7 自检修分相型交流电动机127

5.9 相电动机128

5.10 感应电动机128

5.11 绕线转子式电动机130

5.11.1 启动131

5.11.2 速度控制131

5.1 2 同步电机132

5.12.1 启动同步电机133

5.12.2 实现同步速度133

5.12.3 功率因数矫正135

5.13 习题136

第6章 伺服电动机138

6.1 直流伺服电动机138

6.2 绕线电枢永磁式电动机139

6.3 动圈式电机139

6.4 无刷式直流电动机141

6.5 步进电机143

6.6 永磁式步进电机144

6.7 可变磁阻式步进电机145

6.7.1 步进电机相关术语147

6.7.2 微步进147

6.8 交流伺服电动机148

6.9 习题149

第4篇 调速驱动装置153

第7章 直流调速器153

7.1 直流调速器的基本原理153

7.2 可变电压直流调速器155

7.2.1 电机速度控制156

7.2.2 速度调节157

7.2.3 IR补偿158

7.2.4 电流限制159

7.2.5 高速／低速调节159

7.2.7 参数调节的方法160

7.2.6 加速／减速调节160

7.2.8 励磁电流速度控制161

7.2.9 负载特性161

7.3 电机制动163

7.3.1 动态制动164

7.3.2 再生制动165

7.4 习题166

第8章 交流调速器168

8.1 交流调速器的基本原理169

8.2 交流调速系统170

8.3 可调电压变频器171

8.3.1 组成部分171

8.3.2 变频器的操作175

8.3.3 控制电路的操作177

8.3.4 基极驱动器178

8.3.5 电压／频率比179

8.4 脉宽调制驱动184

8.5 磁束向量驱动188

8.6 由交流调速器驱动的电机192

8.7 控制面板的输入及驱动功能193

8.7.1 输入项194

8.7.2 驱动功能195

8.8 变频器的自保护功能196

8.9 电机制动197

8.10 习题198

第5篇 过程控制及仪表203

第9章 压强系统203

9.2.1 高度204

9.2.2 重量204

9.1 压强定律204

9.2 液体的特性204

9.2.3 温度206

9.2.4 大气压强206

9.2.5 机械设备207

9.3 气体的特性207

9.3.1 气体的温度207

9.3.2 气体容器的体积207

9.3.3 从容器中抽出气体208

9.4 压强的度量208

9.4.1 表压的度量208

9.4.2 绝对压强的度量209

9.4.3 差压度量211

9.4.4 具空度的度量211

9.6 非电子式压强传感器212

9.6.1 液柱定标212

9.5 压强测量仪器212

9.6.2 机械定标215

9.7 电子压强传感器217

9.7.1 半导体应变计217

9.7.2 横向电压应变计218

9.7.3 可变电容压强计218

9.8 压强控制系统219

9.8.1 液压系统219

9.8.2 气压系统220

9.8.3 真空系统221

9.8.4 静压系统222

9.8.5 蒸汽系统222

9.9 习题223

第10章 温度控制225

10.1 关于温度的基本理论225

10.2 热控制系统226

10.3 热传递226

10.4.1 工业炉227

10.4 热源227

10.4.2 冷却系统228

10.5 温度测量230

10.6 温度指示装置230

10.6.1 蜡笔231

10.6.2 油漆231

10.6.3 圆球231

10.6.4 标签231

10.6.5 液晶指示器231

10.6.6 充液温度计232

10.7 电子传感器233

10.7.1 电热调节器233

10.7.2 电阻式温度检测器236

10.7.3 热电偶237

10.7.4 探头组合件242

10.7.5 辐射测温法243

10.8 习题246

第11章 流量控制248

11.1 系统概念248

11.2 流量的度量单位250

11.2.1 体积流量250

11.2.2 质量流量250

11.3 固体流的测量251

11.4 流体流的测量252

11.4.1 管流法则252

11.4.2 雷诺数253

11.4.3 流体流量计的分类253

11.5 电子传感器258

11.51 科里奥利流量计258

11.5.2 转子流量探测器258

11.5.4 热式流量计259

11.5.3 电磁流量探测器259

11.5.5 涡流流量计260

11.56 超声波流量计261

11.5.7 飞行时间流量计262

11.6 流量计的安装262

11.7 流量计的选取263

11.8 习题263

第12章 物位控制系统265

12.1 个物位控制系统266

12.1.1 动力源266

12.1.2 传送系统267

12.2 测量方法267

12.2.1 点物位测量267

12.2.2 连续物位测量268

12.3 物位测量方法268

12.3.1 目测法268

12.3.2 漂浮和排量法269

12.4 电子传感器274

12.4.1 电导探针274

12.4.2 电容探针275

12.4.3 超声波传感器276

12.5 物位传感器的选取276

12.6 习题277

第13章分析仪表279

13.1 pH值的测量和控制279

13.1.1 pH值的测量282

13.1.2 控制pH值284

13.2 导电率286

13.2.1 导电率电极探测器287

13.2.2 导电率电感探测器288

13.2.3 导电率应用和控制289

13.3 燃烧分析和控制290

13.3.1 可燃气体290

13.3.2 烃类气体291

13.3.3 控制燃烧293

13.4 湿度293

13.4.1 湿度的定量测量293

13.4.2 绝对湿度传感器294

13.4.3 相对湿度传感器295

13.4.4 露点测量297

13.4.5 湿度控制299

13.5 采样测量系统299

13.6 习题300

第14章 工业过程技术与仪表301

14.1 分批过程302

14.1.1 控制要求302

14.1.2 分批过程的种类303

14.2 连续过程304

14.3 仪器测量307

14.4 测量装置（传感器）308

14.4.1 动态309

14.4.2 静态309

14.5 反馈回路接口设备312

14.5.1 发送器312

14.5.2 换能器313

14.6 控制器316

14.6.1 气动控制器316

14.6.2 安装式面板控制器316

14.6.3 个人电脑317

14.6.4 可编程逻辑控制器318

14.6.5 离散控制系统（DCS）318

14.7 监控设备318

14.7.1 指示器318

14.7.2 警报器319

14.8 操作设备（终端控制元件）320

14.7.3 记录器320

14.9 仪表符号表示328

14.9.1 通用仪器符号328

14.9.2 标签编码329

14.9.3 线条符号331

14.9.4 阀门和执行器符号332

14.9.5 解读一个回路334

14.9.6 信息模块335

14.10 习题336

第15章 过程控制方法338

15.1 开环控制339

15.2 闭环控制339

15.3 单变量控制回路341

15.3.1 仪器的响应时间341

15.3.2 被控变量的纯延迟342

15.3.3 死区时间343

15.4 控制器的选取344

15.5 开关控制344

15.6 连续控制348

15.6.1 比例模式348

15.6.2 积分模式353

15.6.3 微分模式355

15.7 控制器的整定358

15.7.1 试错整定方法359

15.7.2 Zieg1er-Nicho1s整定方法360

15.7.3 Zieg1er-Nicho1s连续振荡法361

15.7.4 Zieg1er-Nicho1s反应曲线整定法366

15.7.5 直接合成法370

15.7.6 控制器自整定374

15.8 先进控制技术374

15.8.1 串级控制374

15.8.2 前馈控制377

15.8.3 比值控制379

15.8.4 自适应控制380

15.9 习题381

第6篇 检测传感器389

第16章 工业检测传感器及接口技术389

16.1 限位开关390

16.2 接近检测器390

16.3 电感式接近开关391

16.3.1 电感式接近开关的组件391

16.3.2 电感式接近开关的操作393

16.4 电容式接近开关397

16.5 霍耳效应传感器401

16.5.1 线性霍耳效应传感器402

16.5.2 数字式霍耳效应传感器403

16.5.4 应用404

16.5.3 运作模式404

16.6 光电传感器405

16.6.1 光源405

16.6.2 光敏元件406

16.6.3 感应电路406

16.7 检测方式408

16.7.1 对置感应方式408

16.7.2 回射感应方式409

16.7.3 散射感应法411

16.7.4 聚焦感应方式411

16.7.5 镜面感应法412

16.7.6 色彩标记感应法412

16.8 光电传感器封装形式414

16.9 操作说明416

16.9.1 灵敏度416

16.9.2 额外增益417

16.9.3 对比度418

16.9.4 视角418

16.9.5 传感器响应419

16.10　传感器接口技术420

16.10.1 开关信号421

16.10.2 模拟信号428

16.11 习题429

第7篇 可编程控制器435

第17章 可编程控制器概述435

17.1 工业电机控制电路435

17.1.1 连线436

17.1.2 机械连接436

17.1.3 可作为输入设备的元件437

17.1.4 可作为输出设备的元件439

17.2.2 “或”逻辑442

17.2.1 “与”逻辑442

17.2 分段传递式梯形逻辑图442

17.2.3 “非”逻辑443

17.2.4 “与非”逻辑443

17.2.5 “或非”逻辑443

17.2.6 启动／停止联锁电路444

17.3 创建一张梯形图444

17.3.1 修改一445

17.3.2 修改二445

17.3.3 修改三446

17.3.4 修改四446

17.3.5 多水平连接控制446

17.3.6 梯形电路中各个元件的标注及连接447

17.4 电机控制启动器电路448

17.4.1 控制电路部分450

17.4.2 PLC元件概述452

17.5 集成框架453

17.6 电源454

17.7 PLC编程单元454

17.7.1 掌上编程器455

17.7.2 专用终端455

17.7.3 微型计算机455

17.8 输入／输出部分456

17.8.1 输入模块456

17.8.2 输出模块458

17.8.3 模块终端458

17.9 处理器单元459

17.9.1 中央处理单元460

17.9.2 算术逻辑单元460

17.9.3 存储器460

17.10 编址463

17.10.1 字地址464

17.10.2 单元地址465

17.10.3 位地址465

17.10.4 输入／输出地址466

17.11 数据存储器地址与I/O模块之间的关系467

17.12 习题469

第18章 PLC的基本设计原理472

18.1 PLC的程序执行472

18.2 梯形图编程语言474

18.3 梯形图编程474

18.4 分段逻辑指令475

18.5 定时器指令478

18.6 计数器指令483

18.7 数据处理指令486

18.7.1 数据传送486

18.7.2 数据转换488

18.7.3 数据比较490

18.8 算术运算491

18.9 编写程序495

18.10 习题496

第19章 高级编程，PLC接口连接和故障检修499

19.1 jump（跳转）指令499

19.2　数据处理501

19.2.1　移位寄存器502

19.2.2　序列发生器507

19.2.3 可编程控制器接口510

19.3 离散I/O模块510

19.3.1 离散输入模块511

19.3.2　离散输出模块514

19.4 I/O端口的故障检修517

19.5 模拟输入和输出信号519

19.5.1 模拟输入模块519

19.5.2 模拟输出模块521

19.6 特殊用途的模块524

19.6.1 条形码模块524

19.6.2 射频模块526

19.6.3 可视化系统模块526

19.6.4 PID控制模块527

19.6.5 模糊逻辑模块527

19.6.6 步进电机模块527

19.6.7 热电偶模块527

19.7 可编程控制器的故障检修528

19.8 习题529

第8篇 运动控制533

第20章 运动控制反馈装置533

20.1 角速度反馈装置533

20.2 角位移反馈装置534

20.2.1 电位计534

20.2.2 光学编码器535

20.2.3 分解器542

20.3 线性位移反馈装置546

20.3.1 感应式传感器546

20.3.2 线性差动变压器547

20.3.3 线性位移转换器549

20.4 习题550

第21章 运动控制单元552

21.1 运动控制参数552

21.1.1 位置控制552

21.1.2 速度控制553

21.1.3 加速／减速控制553

21.1.4 转矩控制553

21.2 运动控制单元553

21.2.1 操作员界面553

21.2.5　反馈554

21.3 术语554

21.2.2　控制器554

21.2.4　执行器554

21.2.3　放大器554

21.4　操作员界面模块555

21.5　控制器模块555

21.6　放大器模块557

21.7　执行器模块558

21.7.1　电动机558

21.7.2 传动系统561

21.7.3　定位563

21.8 反馈传送模块565

21.8.1 存在指示器565

21.8.2 位置传送器565

21.9 习题566

22.1 闭环速度伺服系统568

第22章 伺服装置的基本原理568

22.2 bang-bang位置伺服系统570

22.3 比例位置伺服系统570

22.3.1 模拟位置伺服系统571

22.3.2 电动液压线性位置伺服系统571

22.4 伺服装置特性573

22.5 设计位置伺服系统574

22.5.1 点到点位置控制574

22.5.2 曲线位置控制577

22.6 数字控制器577

226.1 电流环577

22.6.2 速度环578

22.6.3 位置环579

22.7 伺服装置的调整581

22.8 主从式伺服系统581

22.9 习题584

第23章 功能性工业系统586

23.1 数字位置控制586

23.2 润滑钻床589

23.3 包装分类机590

23.4 热压铸成形机593

23.5 列式灌瓶机595

23.6 批量油漆灌装机598

23.7 X.Y轴向注药器600

23.8 塑料模压机603

23.8.1 漏斗物位控制电路605

23.8.2 圆筒温度控制电路606

23.83 压强控制环电路608

23.8.4 模具温度控制电路610

23.9 习题610

附录A 奇数题号的习题答案612

附录B 术语表624