自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断
《自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断》力图使学习者在短期内基本掌握实际工作中最常用的一些实用知识，为自动化专业大中专毕业生、本科毕业生、研究生及爱好者快速进入实战状态提供帮助。《自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断》可作为自动化专业的短期速成培训教材或自学教材。
编辑推荐
《自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断》根据自动化相关专业的特点，从基本内容入手，对自动化设备的原理、结构、选型、安装、调试、验收和维护进行了较为全面的讲解，能够帮助自动化专业的技术人员在遇到问题时可以得心应手地完成任务。为了提高技术人员对各种自动化设备和工程的适应性，书中内容尽量涵盖自动化领域的方方面面。同时《自动化设备和工程的设计、安装、调试、故障诊断》给出很多实际工作中最常用的设计、选型、安装、调试、故障诊断的方法，使学习者能够快速掌握自动化领域的各种实战技能。
目录
前言
第1章自动化设备和自动化工程
1.1自动化设备、自动化系统和自动化项目
1.2电气自动化和过程自动化系统的特点
1.3电气自动化、电力自动化、采矿自动化和机械自动化系统的构成
1.4过程自动化和冶金自动化系统的构成
1.5综合自动化系统
1.6自动化工程与自动化知识的区别
第2章自动化设备和工程常用器件
2.1指示灯
2.2按钮和急停开关
2.3熔断器
2.4转换开关和电源开关
2.5断路器
2.6交流接触器
2.7中间继电器
2.8热继电器
2.9延时继电器
2.10刀开关
2.11漏电开关
2.12控制变压器和自耦变压器
2.13进线电抗器、直流电抗器和出线
电抗器
2.14固态继电器和调功器
2.15避雷器
2.16多层报警灯
2.17蜂鸣器和报警器
2.18电压表
2.19电流表
2.20电流互感器
2.21功率因数表
2.22电能表
2.23开关电源
第3章自动化设备和工程常用传感器
3.1行程开关
3.2接近开关
3.3光电开关
3.4直线位移（距离）传感器
3.5角度传感器
3.6力传感器
3.7液位传感器
3.8压力传感器
3.9温度传感器
3.10流量传感器
3.11成分分析传感器
3.12测速发电机
3.13安全光幕
3.14视觉传感器
3.15电压变送器
3.16电流变送器
3.17功率因数变送器和功率变送器
第4章自动化设备和工程常用辅件
4.1电线电缆
4.2冷压接线端头、铜线鼻子、压线帽
4.3端子排
4.4电气导轨
4.5绝缘子
4.6配线槽和电缆桥架
4.7拖链
4.8金属蛇管（软管）
4.9尼龙扎带
4.10电缆牌
4.11缠绕管
4.12束线固定座
4.13电缆固定头、护线环、护线齿
4.14酡线标志
4.15热收缩套管
第5章自动化设备和工程常用工具
5.1线号机（打号机）
5.2压线钳
5.3铜（铝）排弯曲机
5.4剥线钳和专用剥线工具
5.5斜口钳、电缆剪
5.6钳子、扳手、螺钉旋具和锉刀
5.7卷尺、千分尺和游标卡尺
5.8手锯、曲线锯和铆钉枪
5.9电钻、开孔器和砂轮机
5.10电烙铁、焊锡丝、电吹风、热熔胶枪和绝缘胶带
5.11验电笔、万用表、钳形表和示波器
5.12绝缘电阻表和接地电阻表
5.13手持式转速表
第6章自动化设备和工程的常用控制
装置
6.1电磁铁
6.2电磁阀和气动阀
6.3电动调节阀和气动调节阀
6.4电／气转换器
6.5气动和液压换向电磁阀
6.6电液比例阀
6.7电液伺服阀
6.8电滚数字阀
6.9磁粉离合器和磁粉制动器
6.10电磁离合器和电磁制动器
6.11电动推杆和电液推杆
6.12自力式调节阀
6.13其他电动装置
第7章三相交流电动机、变频器与
软起动器
7.1三相交流异步电动机的基本原理
7.2三相交流电动机的转速和反向运行
7.3三相交流电动机的极数
7.4三相交流异步电动机的实际结构
7.5三相交流电动机常用参数的计算和
估算
7.6三相永磁同步交流电动机
7.7三相交流同步电动机
7.8绕线转子三相交流异步电动机
7.9三相变频调速电动机
7.10变频器的结构
7.11变频器的变频原理
7.12变频器输入／输出电抗器的估算
7.13变频器的基本使用方法
7.14变频器的散热问题和无功补偿问题
7.15变频器的U／f控制
7.16变频器的矢量控制
7.17交频器的直接转矩控制
7.18MICROMASTER440系列变频器
7.19软起动器
第8章伺服电动机、步进电动机与直流
电动机
8.1伺服电动机
8.2交流伺服电动机驱动器的接线及
外形
8.3步进电动机的原理
8.4步进电动机的参数和接线
8.5直线电动机
8.6直流电动机
8.7直流无刷电动机
第9章PLC和运动控制器
9.1PLC
9.2PLC中的PID闭环控制
9.3PLC的编程工具
9.4S7—200系列小型PLC
9.5S7—300系列中型PLC
9.6运动控制器
第10章人机界面与组态软件
10.1人机界面
10.2人机界面的使用方法
10.3人机界面的外形及生产厂家
10.4组态软件
第11章现场总线的方案设计
和配置
11.1MPI和DP总线的总体方案设计和通信配置
11.2—个网段上接入的设备数
11.3RS—485中继器占用地址
11.4区段连接
11.5MPI通信速度和距离
11.6DP总线通信速度和距离
11.7MPI／DP地址分配
11.8PG电缆的总长度
11.9MPI总线和DP总线混合使用
11.10MPI和DP总线的分叉问题
11.11MPI和DP总线中继器后的电气隔离
11.12MPI总线上PC机的数量
11.13DP总线的光纤传输
11.14—种廉价的双机热备方案
11.15工业以太网PROFINET的总体方案设计
第12章常用电气控制电路
12.1控制柜内电路的一般排列和标注规律
12.2电动机起停控制电路
12.3电动机正、反转控制电路
12.4电动机自耦减压起动控制电路
12.5电动机星一三角形减压起动电路
12.6水箱和压力容器自动上水电路
12.7污水自动排放电路
12.8电动机自动往复运行电路
12.9电动阀门控制电路
12.10定时自动往返喷淋车电控电路
12.11机柜照明
第13章自动化系统常用图形符号
13.1常用电气电路的图形符号
13.2常见过程控制仪表及元件的功能标志、缩写和图形符号
13.3常见气动液压系统的图形符号
第14章自动化项目案例
14.1变频恒压控制系统
14.2恒温度控制
14.3恒流量控制
14.4成分控制
14.5张力控制
14.6负载分配控制
14.7一种四工位套准控制系统的结构设计
14.8用PLC和电台组成的无线遥控遥调自动控制系统
14.9通过PROFIBUS—DP总线实现多台变频器的同步运行
14.10高速闭环同步控制系统
14.11利用RS—485实现S7—226对多台MM440变频器的速度同步控制
14.12用PROFIBUS—DP总线实现单CPU的分布式控制
14.13利用MPI总线实现多PLC的低成本联网监控
14.14利用DP总线实现多PLC联网监控
14.15利用工业以太网实现多PLC的监测与控制
第15章自动化系统的抗干扰
15.1共模干扰
15.2隔离模块的电源隔离及共用问题
15.3通信干扰
15.4变频器干扰
15.5电源干扰
15.6信号线的选择与屏蔽接地问题
第16章故障分析和检修方法
16.1电气电路的故障分析
16.2远距离开关控制失灵的原因分析
16.3现场仪表的故障分析
16.4传感器输出信号紊乱
16.5四线制传感器与两线制传感器的连接与转换
16.6PLC控制柜的故障分析
16.7PLC开关量输入信号紊乱
16.8变频器的故障分析
16.9通信故障分析
16.10现场的视频信号异常
16.11电子控制设备大面积损坏的原因分析
第17章自动化系统的远程维护与软件加密
17.1利用“远程协助”功能实现远程监控、编程与诊断的方法
17.2通过调制解调器拨号方式实现远程监控、编程与诊断的方法
17.3通过以太网ADSL方式实现远程监控、编程与诊断的方法
17.4通过无线上网卡方式实现远程监控、编程与诊断的方法
17.5通过GPRS无线路由卡方式实现远程监控、编程与诊断的方法
17.6通过Windows的虚拟专用网络方式实现远程监控、编程与诊断的方法
17.7程序的加密和保护
第18章自动化工程的特点及相关规范
18.1一个新手的麻烦
18.2自动化工程
18.3自动化工程的特点
18.4自动化工程的相关国内规范
18.5自动化工程相关的标准及规范
18.6自动化工程有关的外国标准与国际标准缩写
18.7自动化工程中常用的缩略词汇
18.8要求的相关资质与认证
18.9工业现场的防爆要求
18.10自动化设备的防尘和防水要求
18.11自动化系统安全运行的其他指标
18.12自动化系统的防雷要求
18.13自动化工程的新趋势
18.14自动化工程实例
18.15一个自动化总包项目可能包含的内容
第19章自动化工程的软、硬件选型与设计
19.1中控常用硬件设备选型设计
19.2变配电间（电动机控制中心）
19.3现场设备
19.4系统网络结构分析、设计与设备选型
19.5电缆用途
19.6常用的几种显示方式
19.7自动化设计应具备的能力
19.8软件选型依据
19.9PLC常用的组态软件
19.10SCADA监控软件
19.11历史站与其他设备编程
19.12设计阶段的变更管理
19.13软件开发
第20章自动化工程的项目管理
20.1常用仪表的几种安装方式
20.2项目图纸内容
20.3项目管理
20.4项目管理经常出现的几个问题
20.5设计变更管理
20.6项目时间管理
20.7项目人力资源管理
20.8项目成本管理
20.9项目质量管理
20.10项目沟通管理
20.11项目采购管理
20.12项目风险管理
20.13执业资格
20.14项目经理应具备的理论知识和能力
20.15项目经理应具备的素质特征和性格特征
20.16如何成为优秀的项目经理
20.17项目经理的辨证法
20.18计划与变化的平衡
20.19高效会议
20.20良好的习惯——时间管理
20.21谈判与谈判技巧
20.22有关项目管理的16条至理名言
20.23高效的项目沟通管理案例分析
20.24项目的国际交流
第21章招投标管理
21.1招投标准备
21.2编制商务标书
21、3编制技术标书
21.4评标答疑
21.5决标与中标通知
第22章系统集成与出厂质检
22.1成立项目组
22.2设计论证／评审
22.3设备考察、采购、招标、分包管理
22.4车间装配
22.5出厂验收
22.6装箱发货
22.7把握项目管理三要素
第23章现场管理与竣工验收
23.1安装准备
23.2设备安装
23.3调试
23.4验收移交
23.5项目组解散
23.6自动化工程项目施工中常用的表格
电气自动化工程师速成教程
本书对电气自动化、仪器仪表、过程控制等相关专业人员在实际工作中最常用的一些器件、传感器、控制电路，控制装置和软件进行了深入浅出的讲解，并对如何提高技术创新能力给出了三种简单易行的训练方法。本书力图使学习者在七天内基本掌握实际工作中最常用的一些实用知识及自我培养创新能力的方法，这将有助于自动化专业大中专毕业生、本科毕业生、研究生及爱好者快速就业并做出成绩。本书可作为自动化专业的短期速成培训教材，适于高中以上文化程度的理工科读者使用。
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目录
前言
第1章 电气控制常用器件及动力设备
1.1 按钮
1.2 指示灯
1.3 电压表
1.4 电流表
1.5 电流互感器
1.6 熔断器
1.7 转换开关
1.8 断路器
1.9 交流接触器
1.10 中间断电器
1.11 热断电器
1.12 延时断电器
1.13 电动机
1.14 变压器
1.15 电磁阀
1.16 电动调节阀
1.17 电线
1.18 接线端子
第2章 常用传感器
2.1 限位开关
2.2 接近开关
2.3 光电开关
2.4 直线传感器
2.5 角度传感器
2.6 力传感器
2.7 液位传感器
2.8 压力传感器
2.9 温度传感器
2.10 流量传感器
2.11 成分分析传感器
第3章 常用电气控制电路及工具
3.1 电动机起停控制电路
3.2 电动机正反转控制电路
3.3 电动机自耦减压起停控制电路
3.4 电动机Y－△减压起动电路
3.5 水箱和压力容器自动上水电路
3.6 污水自动排放电路
3.7 电动机自动往复运行电路
3.8 电动阀门控制电路
3.9 控制柜内线路的一般排列和标注规律
3.10 常用线路施工工具
第4章 可编程序控制器
4.1 梯形图编程方法
4.2 编程器及快速熟悉编程的方法
4.3 不需要编程工具的小型通用逻辑模块
4.4 S7－200小型PLC的快速入门
4.5 S7－300中型PLC的快速入门
4.6 LOGO通用逻辑模块的快速入门
第5章 变频器及常用控制驱动装置
5.1 PID控制器
5.2 软起动器
5.3 变频器
5.4 直流电动机调速器
5.5 交流伺服电动机驱动器
5.6 步进电动机与步进电动机驱动器
5.7 CMC型软起动器的快速入门
5.8 富士FRENIC5000变频器的快速入门
5.9 A4伺服驱动器的快速入门
5.10 LAO型PID控制器的快速入门
5.11 ST系列步进电动机驱动器
5.12 同步控制器
第6章 人机界面与组态软件
第7章 应用案例
第8章 其他电气元件
第9章 常见电子元器件及开发工具
第10章 故障分析及抗干扰措施
第11章 创新能力的自我培养
实施工业4.0:智能工厂的生产·自动化·物流及其关键技术、应用迁移和实战案例
书解答了有关工业4.0的以下问题：什么是工业4.0？它将如何变革生产，自动化和物流？在引进工业4.0时有哪些通向成功的因素？有哪些技术将进行改革，以及信息技术行业的未来将如何？本书以工业4.0的首次应用为出发点，讨论了从经济角度上看比较重要的一些问题，并为成功实现工业4.0制定了一个计划。该作品最重要的一部分内容，同时也是进行投资的前提，即是以直观的实践案例来具体描述信息技术行业所面临的一些挑战和要求。该作品的主题包括从基础技术，到垂直和水平方向的融合，到信息物理系统以及人机交互等方面。
以工业4.0的首次应用为出发点，作者讨论了从经济角度上看比较重要的一些问题，并为成功实现工业4.0制定了一个计划。本书以直观的实践案例来具体描述信息技术行业所面临的一些挑战和要求，主题包括从基础技术到垂直和水平方向的融合，到信息物理系统以及人机交互等方面。数据安全这方面的内容也有所涉及。通过对现实的描述和对未来的展望，这部有关工业4.0权威著作将为我们揭示德国实施工业4.0的真正作为。
作者简介
托马斯•保尔汉森教授（Thomas Bauernhansl）：工程学博士，斯图加特大学工业生产与工厂经营管理学院院长，位于斯图加特的弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所（IPA）负责人，斯图加特大学生产能源效率学院院长。同时，保尔汉森教授也是德国工业4.0平台科学家顾问团的一员。
目录
第一部分引言
第四次工业革命—价值创造的生产范例之路2
从信息技术和自动化技术的视角看待挑战与要求24
第二部分应用案例
工业4.0的实际应用34
生产应用案例：从计算机集成制造到精益生产再到工业4.052
可变的未来汽车制造生产体系66
工业4.0在西门子（巴伐利亚州安贝格）电子工厂的实用案例78
基于代理动态地重新配置互联智能生产设备——用进化取代革命93
使工业4.0成为可能——流程工业的机遇和利益102
智能工厂的理念和应用案例111
第三部分基础技术
iBin—Anthropomatik创造了革命性的物流方案126
从无人驾驶运输系统到智能移动自动化平台135
云端控制145
高性能自动化技术把信息技术与生产联系起来154
通过信息物理系统提高共同生产力173
适应性的物流系统作为工业4.0的探路者185
标准化水平与垂直通信：现状与前景203
工业4.0—世界级选手的机遇与挑战215
半导体工业中价值创造链的横向集成—机遇与挑战225
基于社区云基础之上的更安全的工业4.0平台231
信息技术安全和云计算CloudComputing251
安全：挑战和解决方法271
智能生产，智能工厂中的人机通信283
劳动者对信息物理生产系统的支持305
人与工业4.0场景的融合312
人机交互323
工业4.0时代下的人机互动333
数据挖掘与分析344
第四部分迁移
可编程存储控制系统的自动化与信息技术的结合354
从自动化金字塔到企业控制网络362
工业4.0—准备就绪：向工业4.0加工迁移368
第五部分展望
利用工业4.0的机遇380
物流4.0388
工业4.0—原动力，前景，方法395
索引
编者与作者404
序言
前 言
2013 年4 月，在汉诺威工业博览会上决定设立工业4.0 平台之后，工业4.0 这一概念得到了迅速发展。在此期间，这一概念被广泛引用，但这同时也让它的内涵变得模糊不清。所以，编写一本阐述工业4.0 核心要素的书籍就变得非常必要。
本书将围绕工业4.0 这一主题的方方面面，尤其是对工业4.0 战略所能带来的效益进行阐释。对这一理念的研究不仅应该基于技术层面，还应该是市场驱动的，我们认为这一点非常重要。从制造业的利益角度出发，我们研究的首要问题是“工业4.0 能给相关技术的使用者带来怎样的经济效益？”
因此在引入主题之后，本书第二部分会着重讨论分析应用案例。我们的首要任务是通过应用案例展示工业4.0在实际应用中的潜力。在弄清楚主要问题与基本概念，以及从自动化技术角度对信息技术所面临的挑战与要求有了了解以后，各个行业对工业4.0 战略的针对性使用才能得到较好的阐释。
本书第三部分主要涉及一些基础技术和一个问题：“是哪些技术使得工业4.0成为可能？”同时会研究这些技术在特定基础技术中的情况。也会指出因达不到工业4.0基础技术所要求的条件（如安全性、关联性、标准化、费用）而出现的问题，并介绍一些旨在解决此类问题的研究活动。在最后，我们会解答“为什么提出的解决方案是明智的？”这一问题，同时说明其多种可能性。
迁移情景及过程是本书第四部分的主题。这一部分主要描述了工业4.0背景下基础技术的变化过程及应用。在对初始状态的描述之后，我们会开始研究实际运用情景中可能遇到的挑战及在迁移框架下基础技术的应用。在这方面，与商业模型及年龄系统的研究、兼容性和第四次工业革命的范例，即开放性、实时性和安全性的相互联系发挥了重要的作用。在本书的第五部分，我们会从工业及研究的角度出发，探讨工业4.0 的机遇及其应用的可能性。
通过本书，我们想给读者提供这样一种可能性——让读者自己发掘出工业4.0背景下附加的个人施展空间。读者应该了解到：“这会给我带来什么？什么是真正的新东西？工业4.0的真正内涵是什么？哪些东西并不属于工业4.0这一概念？”拥有本书的读者应该学会评估与合理决策，知道哪些产品和解决方案是他们真正需要的，哪些挑战是他们能够利用手中现有资源克服的。除此之外，也有企业能够完全自发地重新塑造自己的商业模式及过程。所以，这些通向第四次工业革命可能的迁移方式是必不可少的。本书内容为2014年春季的情况。出版者希望在未来也提供一种框架，以继续书写第四次工业革命的历史。为此应该有一本《工业4.0手册》收录本书中的文章，并补充其他文章和主题，不断更新。与革命性主题相符，本书会有线上版与纸质版以供选择。这是考虑到未来几年中可能出现的巨大变革。《工业4.0 手册》第一版预计会在2015 年由施普林格出版社出版，并且会不断更新。
·VI·
本书编者按姓氏字母排序，所有的编者享有同等权利。
在此我们要感谢所有参与编写本书的作者，感谢编辑及审校人员，同时也感谢出版社各位同仁给予我们的大力支持与帮助。
另外，尤其要感谢我们的同事安德烈亚斯·比尔施泰因先生、布里吉特·施佩特博士、多萝特娅·庞特菲尔德女士、尤利娅娜·菲舍尔女士及苏珊·惠舍女士。他们在协调和组织方面的不懈努力保证了本书的按时出版。
托马斯·鲍尔汉斯教授、工程学博士
米夏埃尔·腾·洪佩尔教授、博士
布里吉特·福格尔−霍尔泽教授、工程博士
2014 年2 月前 言
2013年4月，在汉诺威工业博览会上决定设立工业4.0平台之后，工业4.0这一概念得到了迅速发展。在此期间，这一概念被广泛引用，但这同时也让它的内涵变得模糊不清。所以，编写一本阐述工业4.0核心要素的书籍就变得非常必要。本书将围绕工业4.0 这一主题的方方面面，尤其是对工业4.0 战略所能带来的效益进行阐释。对这一理念的研究不仅应该基于技术层面，还应该是市场驱动的，我们认为这一点非常重要。从制造业的利益角度出发，我们研究的首要问题是“工业4.0 能给相关技术的使用者带来怎样的经济效益？”
因此在引入主题之后，本书第二部分会着重讨论分析应用案例。我们的首要任务是通过应用案例展示工业4.0在实际应用中的潜力。在弄清楚主要问题与基本概念，以及从自动化技术角度对信息技术所面临的挑战与要求有了了解以后，各个行业对工业4.0 战略的针对性使用才能得到较好的阐释。
本书第三部分主要涉及一些基础技术和一个问题：“是哪些技术使得工业4.0成为可能？”同时会研究这些技术在特定基础技术中的情况。也会指出因达不到工业4.0基础技术所要求的条件（如安全性、关联性、标准化、费用）而出现的问题，并介绍一些旨在解决此类问题的研究活动。在最后，我们会解答“为什么提出的解决方案是明智的？”这一问题，同时说明其多种可能性。迁移情景及过程是本书第四部分的主题。这一部分主要描述了工业4.0 背景下基础技术的变化过程及应用。在对初始状态的描述之后，我们会开始研究实际运用情景中可能遇到的挑战及在迁移框架下基础技术的应用。在这方面，与商业模型及年龄系统的研究、兼容性和第四次工业革命的范例，即开放性、实时性和安全性的相互联系发挥了重要的作用。
在本书的第五部分，我们会从工业及研究的角度出发，探讨工业4.0 的机遇及其应用的可能性。
通过本书，我们想给读者提供这样一种可能性——让读者自己发掘出工业4.0背景下附加的个人施展空间。读者应该了解到：“这会给我带来什么？什么是真正的新东西？工业4.0的真正内涵是什么？哪些东西并不属于工业4.0这一概念？”拥有本书的读者应该学会评估与合理决策，知道哪些产品和解决方案是他们真正需要的，哪些挑战是他们能够利用手中现有资源克服的。除此之外，也有企业能够完全自发地重新塑造自己的商业模式及过程。所以，这些通向第四次工业革命可能的迁移方式是必不可少的。
本书内容为2014年春季的情况。出版者希望在未来也提供一种框架，以继续书写第四次工业革命的历史。为此应该有一本《工业4.0手册》收录本书中的文章，并补充其他文章和主题，不断更新。与革命性主题相符，本书会有线上版与纸质版以供选择。这是考虑到未来几年中可能出现的巨大变革。《工业4.0 手册》第一版预计会在2015 年由施普林格出版社出版，并且会不断更新。
·VI·
本书编者按姓氏字母排序，所有的编者享有同等权利。在此我们要感谢所有参与编写本书的作者，感谢编辑及审校人员，同时也感谢出版社各位同仁给予我们的大力支持与帮助。另外，尤其要感谢我们的同事安德烈亚斯·比尔施泰因先生、布里吉特·施佩特博士、多萝特娅·庞特菲尔德女士、尤利娅娜·菲舍尔女士及苏珊·惠舍女士。他们在协调和组织方面的不懈努力保证了本书的按时出版。
托马斯·鲍尔汉斯教授、工程学博士
米夏埃尔·腾·洪佩尔教授、博士
布里吉特·福格尔−霍尔泽教授、工程博士
2014年2月
