内容简介
工业自动化已成为各行业减少人力投入和成本的热门解决方案，本书深入浅出地讲解工业自动化的方方面面，带读者从入门到入行。
全书包括三部分。第一部分（第 1 ～ 6 章）讲基本概念与技能，读者将了解开关、传感器、执行器和电机的应用，以及直接在线（DOL）启动器及其组件；第二部分（第 7 ～ 11 章）深入讲解主要工业自动化工具——PLC、HMI 和 SCADA——的接线和编程方法；第三部分（第 12 ～ 14 章）讲过程控制、工业网络与智能工厂，读者将通过实践深入了解过程控制与测量，并了解各种工业网络协议，以及制造业（工业4.0）的新兴趋势及其赋能技术（如物联网、人工智能和机器人）。
本书适合电气、电子、机械、机电一体化、化学或计算机工程专业的学生阅读，也适合正在转行工业自动化领域的工程师，或希望在工业自动化领域发展职业的人。
目录
第一部分 基本概念与技能
第 1 章 工业自动化简介 3
1.1 什么是工业自动化 3
1.1.1 固定自动化系统 5
1.1.2 可编程自动化系统 5
1.1.3 灵活自动化系统 6
1.1.4 集成自动化系统 6
1.2 理解工业自动化的层级 7
1.2.1 现场层 8
1.2.2 控制层 8
1.2.3 监督和生产层 8
1.3 探索工业自动化的优劣势 9
1.3.1 工业自动化的优势 9
1.3.2 工业自动化的劣势 9
1.4 总结 10
1.5 习题 10
第 2 章 开关和传感器的工作原理、应用及接线 11
2.1 开关和传感器概述 11
2.2 手动操作开关 12
2.2.1 按钮开关 12
2.2.2 翘板开关 13
2.2.3 拨动开关 14
2.2.4 滑动开关 15
2.2.5 选择器开关 15
2.2.6 刀闸开关 15
2.3 机械操作开关 15
2.3.1 限位开关 16
2.3.2 液位开关 18
2.3.3 压力开关 21
2.3.4 温度开关 22
2.4 接近传感器 24
2.4.1 电容式接近传感器 24
2.4.2 电感式接近传感器 26
2.4.3 光电式接近传感器 27
2.5 总结 29
2.6 习题 29
第 3 章 执行器及其在工业自动化中的应用 30
3.1 执行器概述 30
3.2 电动执行器 31
3.2.1 直流电机 32
3.2.2 交流电机 33
3.2.3 步进电机 33
3.2.4 伺服电机 33
3.2.5 电磁阀、电磁继电器和接触器 34
3.3 气动执行器 37
3.3.1 气动直线执行器 38
3.3.2 气动旋转执行器 39
3.4 液压执行器 41
3.5 总结 42
3.6 习题 42
第 4 章 交流、直流及特种电机概述 44
4.1 交流电机 45
4.1.1 同步交流电机 45
4.1.2 异步交流电机（感应电机） 46
4.1.3 三相电机星形连接和三角形连接的区别 48
4.1.4 直接在线启动器 49
4.2 直流电机 52
4.2.1 有刷直流电机 52
4.2.2 无刷直流电机 54
4.3 步进电机和伺服电机 54
4.3.1 单极性步进电机 55
4.3.2 双极性步进电机 55
4.3.3 如何驱动步进电机 55
4.3.4 伺服电机 57
4.4 总结 57
4.5 习题 58
第 5 章 变频器概述 59
5.1 变频器简介 59
5.1.1 变频器的工作原理 60
5.1.2 变频器的优点 61
5.1.3 变频器的缺点 62
5.1.4 如何选择变频器 62
5.2 变频器接线 63
5.3 基本的变频器参数设置 65
5.4 使用面板按键控制三相电机的启停和速度 67
5.5 使用按钮或开关控制三相电机正转 / 反转，并用面板按键设置频率（速度） 68
5.6 使用按钮或开关控制三相电机正转 / 反转，并用电位器（旋钮）设置频率（速度） 69
5.7 总结 70
5.8 习题 70
第 6 章 使用 CAD 软件绘制原理图和接线图 71
6.1 CAD 软件系统安装要求 71
6.2 电气图解析 72
6.3 PCSCHEMATIC Automation 软件概述 73
6.4 下载和安装 PCSCHEMATIC Automation 74
6.4.1 下载 PCSCHEMATIC Automation 74
6.4.2 安装 PCSCHEMATIC Automation 76
6.5 启动 PCSCHEMATIC Automation 并探索界面元素 78
6.5.1 启动应用程序 78
6.5.2 探索界面元素 78
6.6 在 PCSCHEMATIC Automation 中创建和保存设计方案 79
前言/序言
通过这本易于理解的指南，读者将探索工业自动化和控制的相关概念，如变频器（VFD）和可编程逻辑控制器（PLC）的接线和编程，以及智能工厂（工业 4.0）等内容。
主要特色
??通过探索的方法深入了解工业自动化和控制的方方面面。
??获得使用 PLC 实现制造过程自动化的实用见解。
??了解如何使用人机界面（HMI）和 SCADA 监控和控制工业流程。
本书内容
工业自动化已成为各行业通过流程自动化来减少人力投入和成本的热门解决方案。本书将帮助读者掌握在该领域取得卓越成绩所需的技能。
本书从工业自动化的基础开始，逐步介绍开关、传感器、执行器和电机的应用以及直接在线（DOL）启动器及其组件，如断路器、接触器和过载继电器。接下来，将带领读者探索变频器（VFD），了解其参数设置，以及如何对其进行接线和编程来控制感应电机。随着学习的深入，读者将掌握主要工业自动化工具——PLC、HMI 和 SCADA ——的接线和编程方法。读者还将深入了解过程控制和测量（温度、压力、液位和流量），并通过将 4 ～ 20 mA 变送器连接到 PLC 获得模拟信号处理的实践经验。最后，将帮助读者掌握各种工业网络协议，如 FOUNDATION Fieldbus、Modbus、PROFIBUS、PROFINET 和 HART，以及制造业（工业4.0）的新兴趋势及其赋能技术（如物联网、人工智能和机器人）。
学完本书内容后，读者将对工业自动化中有关机器自动化与控制的核心概念形成实用而深入的理解。
你将学到什么
??掌握工业自动化和控制的基本要点。
??了解如何使用工业传感器和执行器。
??熟悉交流、直流、伺服和步进电机。
??深入理解 VFD、PLC、HMI 和 SCADA 及其应用。
??探索实践过程控制系统，包括使用 PLC 的模拟信号处理。
??熟悉工业网络和通信协议，掌握有线（如工业以太网）与无线（如 Wi-Fi）协议的基础，并了解 5G 在工业应用中的优势与实践。
??探索制造业的当前趋势，如智能工厂、物联网、人工智能和机器人。
这本书适合谁
本书适合电气、电子、机械、机电一体化、化学或计算机专业的本科生和研究生，正在转行的工程师，或者希望在工业自动化领域发展职业的人。本书涵盖从基础到高级的主题，对于在制造业、石油和天然气等领域工作的初级电气、工业物联网、自动化、过程、仪表与控制、生产和维护工程师来说，是一本宝贵的参考书。
作者
2025 年 5 月
