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本书系统地介绍了电气控制系统的基本原理、单元控制环节、控制线路分析、电气控制系统的设计原理与方法、电气工艺设计的基本知识。本书可供从事电气工程及自动化、生产过程自动化领域的工程技术人员阅读,也可作为高等学校电气工程、工业自动化、自动控制类等专业的教材和教学参考书及企业电气工程技术人员的培训教材,中等工业学校类似专业也可选用。
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内容简介
本书详细介绍了电气工程中常用低压电器、智能电器的基本结构、工作原理和选用方法;固态软起动器、变频器、可编程控制继电器等新型低压电器的基本原理及应用;可通信低压电器的基本原理及现场总线网络技术等。系统地介绍了电气控制系统的基本原理、单元控制环节、控制线路分析、电气控制系统的设计原理与方法、电气工艺设计的基本知识。并简要介绍了应用计算机绘制电气工程图的基本知识。书中介绍了国内外低压电器的新技术、新产品及其应用和发展方向。全书图文并茂,理论联系实际,侧重于实际应用,便于自学。
本书可供从事电气工程及自动化、生产过程自动化领域的工程技术人员阅读,也可作为高等学校电气工程、工业自动化、自动控制类等专业的教材和教学参考书及企业电气工程技术人员的培训教材,中等工业学校类似专业也可选用。
内页插图
目录
第2版前言
第1版前言
绪论
第1章 常用低压电器的基本原理
1.1 概述
1.1.1 常用低压电器的分类
1.1.2 我国低压电器的发展概况
1.1.3 国内外低压电器的发展趋势
1.2 常用低压电器的基本问题
1.2.1 电器的触头和电弧
1.2.2 电磁机构
1.3 低压电器的主要技术性能指标和参数
1.3.1 主电路电器和控制电器
1.3.2 有关低压电器的主要技术性能、参数的概念
1.3.3 电气控制中的颜色标志
1.4 电气制图规则
1.4.1 电气制图标准
1.4.2 电气工程图及技术文件
1.4.3 电气控制技术中常用的图形、文字符号
第2章 常用低压电器
2.1 概述
2.2 隔离器、刀开关
2.2.1 隔离器、刀开关的基本概念
2.2.2 开启式刀开关
2.2.3 熔断器式刀开关
2.2.4 负荷-隔离开关
2.2.5 隔离开关熔断器组
2.2.6 负荷开关
2.2.7 隔离器、刀开关的选用、安装与操作
2.3 低压断路器
2.3.1 低压断路器的结构与工作原理
2.3.2 塑料外壳式断路器
2.3.3 万能式断路器
2.3.4 智能型万能式断路器
2.3.5 智能型塑料外壳式低压断路器
2.3.6 模数化小型断路器
2.3.7 剩余电流动作保护装置
2.3.8 低压断路器的选择与应用-
2.3.9 配电系统接地型式
2.4 接触器
2.4.1 接触器的结构与工作原理
2.4.2 常用典型交流接触器简介
2.4.3 机械联锁交流接触器
2.4.4 切换电容器接触器
2.4.5 低压交流真空接触器
2.4.6 直流接触器
2.4.7 接触器的主要特性参数与选用原则
2.4.8 接触器常见故障分析
2.5 热继电器“
2.5.1 热继电器的工作原理
2.5.2 常用热继电器简介
2.5.3 三相异步电动机断相运行分析
2.5.4 热继电器的选用
2.6 熔断器
2.6.1 熔断器的结构与工作原理
2.6.2 常用典型熔断器简介
2.6.3 熔断器的选用
2.7 继电器
2.7.1 继电器的结构原理与分类
2.7.2 小型电磁式继电器
2.7.3 时间继电器
2.7.4 温度继电器
2.7.5 固态继电器
2.7.6 可编程逻辑控制继电器
2.7.7 继电器的选用
2.8 主令电器
2.8.1 控制按钮和指示灯
2.8.2 行程开关
2.8.3 接近开关
2.8.4 转换开关
2.8.5 主令控制器
2.8.6 主令电器的一般选用原则
2.9 电磁执行机构
2.9.1 电磁铁
2.9.2 电磁阀
2.9.3 电磁制动器
2.10 电气安装附件
2.10.1 接线座与接插件
2.10.2 安装附件
第3章 电气控制的基本原理
3.1 逻辑控制的基本概念
3.1.1 数字逻辑与继电逻辑
3.1.2 电气控制的逻辑函数
3.1.3 继电逻辑控制线路的逻辑函数
3.1.4 逻辑控制线路的逻辑设计方法
3.1.5 梯形图逻辑
3.2 三相异步电动机的基本控制环节
3.2.1 起停、自锁和点动控制环节
3.2.2 可逆控制与互锁环节
3.2.3 联锁控制与互锁控制
3.2.4 多地点控制
3.2.5 自锁、互锁和联锁的逻辑关系
3.3 三相交流电动机的起动控制
3.3.1 星一三角减压起动控制线路
3.3.2 自耦变压器减压起动控制线路
3.3.3 三相绕线转子异步电动机的起动控制
3.3.4 固态减压软起动控制
3.4 三相异步电动机的制动控制
3.4.1 反接制动控制
3.4.2 能耗制动控制
3.4.3 速度继电器简介
3.5 三相异步电动机的转速控制
3.5.1 变压调速
3.5.2 变极调速
3.5.3 变转差率调速
3.5.4 通用变频器调速
3.6 逻辑控制系统
3.6.1 逻辑控制系统的原理
3.6.2 顺序控制的原理
3.6.3 顺序功能图(sFc)程序设计语言
3.6.4 布尔逻辑指令
3.6.5 西门子SIMATIcs7PLC简介
3.7 电气控制系统的控制与保护环节
3.7.1 电气系统故障与电气安全
3.7.2 电流型保护
3.7.3 电压型保护
3.7.4 位置控制与保护
3.7.5 温度、压力、流量、转速等物理量的控制与保护
3.8 电气控制线路分析基础
3.8.1 电气控制系统的一般功能原理
3.8.2 PID控制
3.8.3 电气控制线路分析的内容
第4章 电气控制系统设计
4.1 电气控制设计基础
4.1.1 电气控制系统设计的基本方法
4.1.2 电气控制设计的若干规则
4.2 电气传动基础
4.2.1 电气传动系统的概念
4.2.2 电气传动方式
4.2.3 典型生产机械传动方案的选择
4.3 电气控制线路的设计方法
4.3.1 电气控制设计方法
4.3.2 电气控制线路的逻辑表达式
4.4 电气工艺设计基础
4.4.1 电气工艺设计的主要内容
4.4.2 电气设备总体配置设计
4.4.3 电气柜、箱及非标准零件的设计
4.4.4 设计示例
4.5 电气控制线路计算机辅助设计
4.5.1 Protel99简介
4.5.2 Protel99的功能特点
4.5.3 Protel99在电气控制线路设计中的应用
第5章 可通信低压电器与现场总线
5.1 概述
5.2 低压电器数据通信的技术基础
5.2.1 低压电器数据通信的概念
5.2.2 网络控制的内容
5.3 OSI参考模型简介
5.4 现场总线基础
5.4.1 现场总线的技术特点和优点
5.4.2 现场总线通信协议模型
5.4.3 现场总线控制系统的访问方法
5.4.4 现场总线的网络拓扑
5.4.5 现场总线的主要产品
5.4.6 现场总线控制系统的类型
5.4.7 现场总线PROFIBUS+PROFInet
5.4.8 现场总线DeviceNet
5.4.9 MODBUS通信协议
5.5 可通信低压开关电器简介
5.6 智能化配电系统简介
参考文献
精彩书摘
第1章 常用低压电器的基本原理
1.1 概述
低压电器包括配电电器和控制电器两大类,是组成成套电气设备的基础配套元件。本书将“低压电器”定义为:根据使用要求及控制信号,通过一个或多个器件组合,能手动或自动分合额定电压在直流(DC)1200V、交流(AC)1500V及以下的电路,以实现电路中被控制对象的控制、调节、变换、检测、保护等作用的基本件称为低压电器。采用电磁原理构成的低压电器元件,称为电磁式低压电器;利用集成电路或电子元件构成的低压电器元件,称为电子式低压电器;利用现代控制原理构成的低压电器元件或装置,称为自动化电器、智能化电器或可通信电器;根据电器的控制原理、结构原理及用途,又可有终端组合式电器、智能化电器和模数化电器等。
本书主要介绍常用低压电器及一些新型电器的结构、工作原理、用途及其应用,不涉及元件的设计、制造。另外,介绍它们的图形符号及文字符号,为电气控制电路设计打下基础。
1.1.1 常用低压电器的分类
低压电器的种类繁多,功能多样,用途广泛,结构各异,其分类方法亦很多,通常按下列方法分类。
1.按用途和功能分类
(1)控制电器控制电器是指主要用于控制受电设备,使其达到预期要求的工作状态的电器元件。如转换开关、按钮、接触器、继电器、熔断器及控制设备等。用于开关设备的控制设备中作控制、信号、联锁用的电器称为控制电路电器。控制设备是指主要用来控制受电设备的开关电器及这些开关电器和相关联的控制、测量、保护及调节设备的组合的通称,也指由这些电器和设备及相关联的内连接线、辅助件、外壳和支持结构件的组合件。
(2)配电电器配电电器是指主要用于低压配电电路,对电路及设备进行保护及通断、转换电源或负载的电器。如刀开关、隔离器、熔断器、低压断路器、负荷开关等。
(3)终端电器 终端电器是用于线路末端的一种小型化、模数化的组合式开关电器,可根据需要,组合成对电路和用电设备进行配电、保护、控制、调节、报警等功能,包括各种小型化断路器、智能单元、信号指示、防护外壳和附件等。
(4)执行电器执行电器是指用于完成某种控制动作的电器,如电动操作机构、电磁铁、电磁离合器等。
(5)可通信电器可通信低压电器的基本特征是带有通信接口,如RS232/RS485接口等,可与工业网络连接,进行网络化控制。如智能化断路器、智能化接触器、通用变频器、可编程序控制器、软起动器及各种智能控制器等。
前言/序言
自从2001年《常用低压电器原理及其控制技术》出版以来,该书在指导电气控制技术的教学和应用方面起到了应有的作用,受到了广大读者的普遍欢迎,许多学校选用该书作为教材。由于现代工业自动化技术的迅速发展,原书的某些内容已显陈旧,因此决定编写第2版。其目的仍是希望向广大读者提供一本能体现现代电气控制技术发展和应用技术的参考书,尤其是对生产现场的工程技术人员。
与第1版相比,全书内容有较大更动,但仍然包括电气工程中的常用低压电器、智能化电器的基本结构、工作原理和选用方法;固态软起动器、通用变频器、可编程逻辑控。
现代光学传感与图像处理技术:原理、应用与实践 图书简介 本书深入探讨了现代光学传感与图像处理领域的核心原理、前沿技术及其在各个工业与科研领域的广泛应用。全书结构严谨,内容涵盖了从基础的光学元件特性到复杂的非线性成像算法,旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践指导意义的技术参考。 第一部分:光学传感器的基础与设计 本部分详细阐述了构成现代光学测量系统的基本单元及其工作机理。 第一章:电磁波与光场的波动理论基础 本章首先回顾了电磁波的传播特性,重点讨论了光波在不同介质中的传播规律,包括菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的数学描述。随后,引入了傅里叶光学的基础,解释了透镜系统对光场频谱的调制作用。内容深入到光场的相干性与偏振态的描述,为理解后续的干涉测量奠定理论基础。尤其关注了偏振态的琼斯矩阵和穆勒矩阵表示法及其在光束整形中的应用。 第二章:关键光学元件的特性与优化 本章聚焦于构成传感系统的关键物理器件。详细分析了各类透镜(球面、非球面、衍射光学元件)的设计原则和像差校正方法,如波前误差的量化与MTF(调制传递函数)的计算。对反射镜和分束器的表面精度要求及其制造公差进行了深入探讨。此外,本章还专门讲解了滤光片(吸收型、干涉型)的光谱特性设计,以及光纤(单模、多模、特种光纤)的模式耦合与损耗分析。 第三章:主流光电探测器的物理原理 本章系统介绍了当前广泛使用的光电转换器件。对半导体光电二极管(PIN、雪崩光电二极管APD)的响应机制、噪声来源(散粒噪声、热噪声)及其等效电路模型进行了详尽的分析。CCD与CMOS图像传感器的像素结构、电荷收集过程、量子效率(QE)的频率响应特性是本章的重点。特别对比了背照式(BSI)和堆栈式CMOS的优势与局限性,并引入了高动态范围(HDR)传感器的实现技术,如双增益像素和时间延迟积分(TDI)技术。 第二部分:先进光学传感技术与测量方法 本部分转向具体的测量范式,涵盖了高精度、非接触式的传感技术。 第四章:干涉测量技术及其在形貌学中的应用 本章系统梳理了基于光波叠加原理的干涉测量技术。从杨氏双缝实验出发,过渡到迈克尔逊、萨尼亚克、庞纳克-比尔曼干涉仪的设计与优化。重点剖析了数字全息干涉测量(DHM)和散斑干涉测量(DSPI)的原理及其在微小形变监测中的应用。对于相位测量干涉术(PSI),详细阐述了相位的解包裹算法(如基于时域、空间域的算法)的鲁棒性与局限性。 第五章:光谱分析与傅里叶变换光谱仪 本章深入探讨了如何通过光的频率信息进行物质成分分析。详细介绍了吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱的基本物理过程。核心内容是傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪的工作原理,包括其光路设计、采样定理在时间域的应用以及利用快速傅里叶变换(FFT)进行光谱重建的过程。讨论了对仪器线宽、寄生干涉和热噪声的控制技术。 第六章:时间分辨成像与激光雷达(LiDAR) 本章专注于光信号的时间维度信息获取。讲解了脉冲激光源的特性(皮秒、飞秒激光器)及其与光电导椐的同步技术。重点阐述了飞行时间(ToF)测量原理,包括直测法、相位差法和调制连续波(FMCW)LiDAR的工作流程。对大气散射、背景噪声抑制和三维点云数据的配准与滤波技术进行了细致的分析。 第三部分:数字图像处理与机器视觉 本部分侧重于如何从采集到的光信号中提取有效信息。 第七章:数字图像的采集与预处理 本章探讨了图像的数字化过程,包括采样定理在二维空间中的应用、量化误差的分析。图像增强技术是本章的重点,详细介绍了空间域增强(如直方图均衡化、同态滤波)和频率域增强(高通、低通、带通滤波器的设计)。对噪声模型的识别(高斯噪声、椒盐噪声、泊松噪声)及其对应的最优滤波算法(维纳滤波、中值滤波)的选择标准进行了对比。 第八章:图像分割与特征提取 本章涵盖了从图像中分离出感兴趣目标的关键技术。阈值分割方法(如Otsu法、自适应阈值)的原理及适用场景得到深入讨论。区域生长法、基于边缘的检测(Sobel、Canny算子)的数学基础被详细推导。对于更复杂的场景,本章引入了基于活动轮廓模型(Snakes)和图割(Graph Cut)的先进分割技术,并讨论了描述符(如Hu矩、傅里叶描述子)的选择与应用。 第九章:图像配准与三维重建 本章讲解了如何将来自不同时间、视角或传感器的图像信息融合成一致的数据集。图像配准技术(基于灰度、特征点、相位相关)的数学模型被详细阐述。对于三维重建,重点介绍了基于多视图几何的经典方法(如三角测量、本质矩阵/基本矩阵的求解),并讨论了结构光投影和扫描式LiDAR数据的点云配准流程。 第十章:深度学习在光学与视觉中的前沿应用 本章面向当前技术热点,探讨了卷积神经网络(CNN)在图像处理中的变革性作用。详细介绍了ResNet、U-Net等经典网络架构在图像去噪、超分辨率重建和语义分割任务中的应用实例。特别关注了迁移学习的策略以及在小样本光学数据集中进行模型训练的优化方法。 本书特色: 本书将严谨的物理学和数学原理与工程实践紧密结合,书中包含大量精心设计的算例和实验验证数据,旨在帮助读者不仅理解“如何做”,更能理解“为何如此”。它不仅仅是一本理论参考书,更是光学传感系统设计、图像分析算法开发与机器视觉工程实施的实用指南。