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第1章 机电控制系统与机电控制技术概论 1

1.1 机电控制系统的基本概念及发展概况 1

1.1.1 机电控制系统 1

1.1.2 控制的基本概念 1

1.1.3 机电控制基本理论 2

1.1.4 机电控制系统的发展概况 3

1.2 机电控制系统的一般构成 4

1.2.1 机电控制系统的构成 4

1.2.2 控制装置 4

1.2.3 执行装置 5

1.2.4 传感器 6

1.2.5 机械部分 7

1.3 机电控制系统的基本控制方式 7

1.3.1 开环控制方式 8

1.3.2 按偏差调节的闭环控制方式 9

1.3.3 复合控制方式 10

1.4 机电系统关键技术 10

1.4.1 机械技术与精密机械技术 11

1.4.2 计算机与信息处理技术 11

1.4.3 自动控制技术 11

1.4.4 传感与检测技术 12

1.4.5 执行与驱动技术 12

1.4.6 系统总体技术 12

1.5 岸边集装箱起重机控制系统 13

1.5.1 岸桥的总体结构及其功能 14

1.5.2 岸桥电气控制系统的组成 15

本章习题 18

第2章 电力电子器件 19

2.1 电力电子器件简介 20

2.1.1 电力电子器件的发展过程 20

2.1.2 电力电子器件的分类 21

2.2 常用的电力电子器件 24

2.2.1 不可控器件——电力二极管 24

2.2.2 电流半控双极型器件—晶闸管（SCR） 27

2.2.3 电压全控单极型器件—功率场效应晶体管（Power MOSFET） 33

2.2.4 电压全控复合型器件—绝缘栅双极型晶体管IGBT 35

2.2.5 电压全控混合型器件—智能功率模块IPM 38

本章习题 41

第3章 通用变频器原理及功能 42

3.1 交—直—交变频调速基本原理 42

3.1.1 异步电动机交流调速方法 42

3.1.2 变频交流调速相关技术 44

3.1.3 交—直—交变频器的基本电路 46

3.1.4 三相电压型逆变器基本工作原理 49

3.1.5 变频器的调压——脉宽调制（PWM）控制技术 52

3.2 不同控制方式的交—直—交变频调速系统 57

3.2.1 恒压频比控制的变压变频调速系统 57

3.2.2 矢量控制的调速系统 60

3.2.3 直接转矩控制的调速系统概述 67

3.3 通用变频器的外部接口电路 70

3.3.1 变频器主电路端子连接 70

3.3.2 变频器控制端子 71

3.4 通用变频器的主要控制功能 73

3.4.1 变频器频率设定功能 73

3.4.2 变频器运转控制功能 76

3.4.3 变频器的升速和启动功能 78

3.4.4 变频器的降速与制动功能 81

3.4.5 通用变频器的V/f控制功能 85

3.4.6 通用变频器的矢量控制功能 86

3.4.7 变频器的PID控制功能 89

3.4.8 变频器的保护功能 93

本章习题 93

第4章 工业控制现场总线 95

4.1 数据通信基础 95

4.1.1 数字数据传输方式 95

4.1.2 数据串行通信方式 98

4.1.3 OSI参考模型及网络通信协议 99

4.1.4 通信传输介质 112

4.1.5 网络拓扑结构 115

4.1.6 介质访问控制 117

4.2 工业网络常用标准串行通信接口 119

4.2.1 RS232C串行通信接口 120

4.2.2 RS422串行通信接口 122

4.2.3 RS485串行通信接口 123

4.2.4 USB总线接口 124

4.2.5 蓝牙技术简介 126

4.3 工业控制现场总线 127

4.3.1 工业自动化的发展及现场总线的产生 127

4.3.2 现场总线技术特点 130

4.3.3 主流现场总线简介 134

本章习题 137

第5章 Modbus通信协议 139

5.1 Modbus通信协议概述 139

5.1.1 Modbus通信协议特点 139

5.1.2 Modbus的传输网络 140

5.1.3 Modbus的查询—回应周期 141

5.1.4 Modbus的两种传输模式 141

5.2 Modbus消息帧格式（Modbus Message Framing） 143

5.2.1 消息帧包含的信息 143

5.2.2 差错校验方法（奇偶校验、LRC校验、CRC校验） 145

5.2.3 消息帧格式 146

本章习题 151

第6章 基于PLC的控制系统设计 152

6.1 PLC控制系统设计原则与步骤 152

6.1.1 PLC控制系统设计原则 152

6.1.2 PLC控制系统设计的内容与步骤 153

6.2 PLC应用系统程序设计 155

6.2.1 PLC应用系统程序设计过程 156

6.2.2 PLC应用系统程序设计方法 156

6.3 系统的安全性可靠性设计 164

6.3.1 可靠性概念 164

6.3.2 抗干扰设计 166

6.3.3 环境技术条件设计 169

6.3.4 冗余系统设计 170

6.3.5 供电系统设计 171

6.3.6 安全电路设计 173

6.3.7 系统故障自我诊断 178

6.3.8 PLC程序可靠性设计 180

本章习题 183

第7章 PLC和变频器在起重机控制系统设计中的应用 184

7.1 起重机起升机构组成与控制要求 184

7.1.1 起重机的起升机构和控制结构 184

7.1.2 起重机控制要求 186

7.1.3 起升控制系统的主要器件 187

7.2 起重机控制系统设计—变频器端子控制方式 199

7.2.1 控制系统技术设计 199

7.2.2 控制系统PLC控制程序设计 205

7.3 起重机控制系统设计—变频器其他控制方式 220

7.3.1 起重机控制系统设计—变频器模拟量控制方式 220

7.3.2 起重机控制系统设计—USS通讯控制方式 222

本章习题 229

参考文献 232

附录 233

附录1 233

附录2 236