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第1章 工业电子技术概述2

1.1 简介2

1.2 工业电子技术的历史2

1.2.1 反馈控制2

1.2.2 重要事件2

1.3 制造业分类4

1.3.1 制造业系统的分类4

1.4 工业控制电子学的分类6

1.4.1 工业系统和工业电子技术7

1.5 技术金字塔及树状结构7

1.5.1 技术树状结构8

本章小节10

思考与练习11

第2章 离散控制输入输出设备和可编程控制器14

2.1 机械和电子开关的分类14

2.1.1 开关触点配置方式15

2.1.2 其他开关触点技术规范17

2.2 电子电路开关21

2.2.1 由人工触发的电子开关21

2.2.2 机械触发的电子电路开关25

2.3 工业控制开关27

2.3.1 人工触发的工业控制开关27

2.3.2 机械触发的工业控制开关32

2.3.3 过程触发的工业控制开关35

2.4 离散输出设备——执行器41

2.4.1 螺线管41

2.5 继电器42

2.5.1 触点额定值44

2.5.2 继电器触点配置方式45

2.5.3 时间继电器45

2.6 接触器48

2.7 电气控制图50

2.7.1 梯形图简介50

2.7.2 继电器梯形逻辑功能51

2.7.3 梯形逻辑图的设计方法54

2.8 可编程逻辑控制器简介58

2.8.1 PLC系统及其组成部分60

2.8.2 PLC的种类62

2.8.3 IEC 61131-3标准语言64

2.9 梯形逻辑语言编程66

2.9.1 PLC梯形逻辑程序66

2.9.2 符号库68

2.9.3 常开和常闭触点69

2.9.4 输入、输出和扫描时间70

2.9.5 常开元件和常闭元件的选择73

2.9.6 Allen Bradley公司SLC500指令简述74

本章小节86

思考与练习89

第3章 固态电子器件在工业中的应用94

3.1 固态电子器件简介94

3.1.1 导电性94

3.2 PN结和固态电子器件94

3.2.1 二极管的概念95

3.2.2 正向和反向偏置95

3.2.3 工业中的二极管器件96

3.3 双极型晶体管103

3.3.1 简介104

3.3.2 构成104

3.3.3 BJT操作104

3.3.4 BJT参数106

3.4 晶体管开关108

3.4.1 截止区操作109

3.4.2 饱和区操作109

3.4.3 放大区操作110

3.4.4 转换周期111

3.4.5 达林顿结构113

3.5 晶体管偏置和放大113

3.5.1 两个电阻的偏置电路114

3.5.2 4电阻偏置电路116

3.6 共发射极晶体管放大电路116

3.7 晶体管稳压电路119

3.7.1 串联稳压电路119

3.7.2 并联稳压电路120

3.8 BJT电路的故障检修121

3.9 其他固态电子器件121

3.9.1 半导体闸流管122

3.9.2 场效应晶体管122

3.9.3 结型场效应管122

3.9.4 金属氧化物半导体FET126

3.9.5 互补金属氧化物半导体126

本章小节128

思考与练习129

第4章 运算放大器和线性集成电路134

4.1 运算放大器的历史134

4.2 运算放大器参数的介绍134

4.3 运算放大器的数据手册136

4.4 反相放大器142

4.4.1 输入和输出电阻142

4.4.2 输出饱和143

4.4.3 输出偏置143

4.5 同相放大器144

4.5.1 输入和输出电阻145

4.5.2 电压跟随器146

4.6 加法放大器146

4.7 差分放大器148

4.8 电压-电流转换器149

4.9 电流-电压转换器150

4.10 积分器和微分器150

4.10.1 运算放大积分器150

4.10.2 运算放大微分器151

4.11 比较器和窗口检波器152

4.11.1 运算放大器比较器153

4.11.2 集成电压比较器155

4.11.3 窗口比较器158

4.12 有源滤波器电路158

4.12.1 低通滤波器159

4.12.2 高通滤波器163

4.12.3 带通滤波器164

4.12.4 带阻滤波器166

4.13 仪用放大器167

4.13.1 离散和单片集成电路的实现168

4.13.2 小结169

4.14 电流差分放大器169

4.14.1 偏压电流差分放大器173

4.14.2 电流差分放大器的应用174

本章小节179

思考与练习180

第5章 晶闸管184

5.1 晶闸管概述184

5.2 可控硅整流器184

5.2.1 SCR器件符号186

5.2.2 特性曲线和波形187

5.2.3 了解SCR的数据表191

5.2.4 典型的门极触发电路193

5.2.5 电源控制的工作情况分析196

5.3 晶闸管触发器件198

5.3.1 肖特基二极管198

5.3.2 二极管交流开关管199

5.3.3 单结晶体管200

5.3.4 可编程单结晶体管203

5.4 SCR的实际应用205

5.4.1 延时电路205

5.4.2 闪光电路205

5.4.3 电动机速度控制电路206

5.4.4 保护电路206

5.5 三端双向可控硅开关207

5.5.1 特性曲线和波形208

5.5.2 了解三端双向可控硅开关的数据表211

5.5.3 三端双向可控硅开关的典型操作211

5.6 三端双向可控硅开关的应用217

5.6.1 简单的交流开关217

5.6.2 照明控制218

5.6.3 零点开关电路219

5.7 可控晶闸管开关219

5.7.1 可关断晶闸管220

5.7.2 硅控制开关221

5.7.3 硅双向开关221

5.8 晶闸管的故障诊断223

本章小节224

思考与练习225

第6章 工业传感器230

6.1 传感器简介230

6.1.1 控制传感器、变送器和换能器230

6.1.2 校准231

6.1.3 传感器分类232

6.2 接近开关传感器233

6.2.1 电感和电容接近传感器233

6.2.2 接近开关的工作过程235

6.2.3 电感接近传感器特性239

6.3 光电传感器246

6.3.1 光电传感器的工作原理248

6.3.2 光电传感器检测方式251

6.3.3 光电传感器特性259

6.3.4 解释光电传感器特性259

6.4 温度传感器265

6.4.1 温度传感器的分类266

6.4.2 电阻式温度检测器266

6.4.3 热敏电阻268

6.4.4 热电偶269

6.4.5 集成温度传感器270

6.4.6 高温计272

6.5 压力传感器273

6.5.1 压力传感器的类型273

6.5.2 波登管、膜片和波纹管压力传感器274

6.5.3 压差传感器275

6.5.4 压电式传感器275

6.5.5 固态压力传感器275

6.5.6 电阻应变计和测压仪276

6.6 流量传感器279

6.6.1 流量传感器的分类280

6.6.2 差压流量传感器281

6.6.3 速度流量传感器283

6.6.4 容积式流量计287

6.6.5 质量流量传感器288

6.6.6 视觉流量传感器289

6.7 液位传感器289

6.7.1 液位传感器的分类290

6.7.2 点接触式液位传感器290

6.7.3 连续液位传感器293

6.8 位置传感器296

6.8.1 线性电位器296

6.8.2 旋转电位器296

6.8.3 线性可变差动变压器297

6.9 其他类型的过程传感器297

6.9.1 密度传感器298

6.9.2 黏度传感器299

6.9.3 湿度传感器299

6.10 传感器输出接口300

6.10.1 电流宿和电流源300

6.10.2 传感器输出结构301

6.10.3 传感器与自动控制器的接口304

6.10.4 两线和三线输出传感器304

本章小节305

思考与练习309

第7章 电动机316

7.1 相关电工知识316

7.1.1 磁体316

7.1.2 电磁场316

7.1.3 转矩317

7.1.4 功318

7.1.5 马力318

7.2 直流电动机的构造319

7.2.1 电枢319

7.2.2 定子320

7.2.3 端盘320

7.2.4 电刷和电气接口320

7.3 直流电动机的种类和典型的操作321

7.3.1 直流串励电动机323

7.3.2 直流并励电动机326

7.3.3 直流复励电动机328

7.4 直流电动机的方向控制、调速和制动330

7.4.1 脉宽调制330

7.4.2 制动技术332

7.5 交流电动机的工作原理334

7.5.1 交变磁场335

7.5.2 旋转磁场335

7.6 交流电动机的组成338

7.6.1 定子的结构338

7.6.2 转子的结构340

7.6.3 离心式启动开关340

7.6.4 热过载保护341

7.6.5 端盖342

7.7 单相感应电动机342

7.7.1 电阻启动电动机343

7.7.2 电容启动电动机344

7.7.3 罩极电动机345

7.8 三相交流电动机347

7.8.1 笼型感应电动机349

7.8.2 绕线型转子感应电动机351

7.8.3 同步电动机352

7.8.4 功率因数354

7.8.5 功率因数修正355

7.9 电动机的铭牌356

7.10 交流电动机驱动358

7.10.1 可变电压逆变器驱动358

7.10.2 脉宽调制驱动359

7.10.3 磁通量向量驱动359

7.11 永磁直流电动机360

7.11.1 性能指数361

7.11.2 分类和特征362

7.11.3 传统的永磁电动机363

7.12 步进电动机363

7.12.1 永磁步进电动机364

7.12.2 原理和励磁模式365

7.13 伺服电动机368

7.13.1 直流伺服电动机368

7.13.2 交流伺服电动机369

7.14 光学编码器370

7.14.1 增量编码器371

7.14.2 绝对编码器373

本章小节374

思考与练习376

第8章 连续过程控制380

8.1 自动控制简介380

8.2 系统响应381

8.2.1 死区时间延迟382

8.2.2 瞬态响应简介383

8.2.3 稳态响应简介383

8.3 控制系统的组成383

8.3.1 系统建模387

8.3.2 开环控制系统389

8.3.3 闭环控制系统391

8.3.4 负载变化：过程干扰395

8.4 一个有效的控制系统的特征395

8.4.1 瞬态响应395

8.4.2 稳态响应398

8.4.3 稳定性405

8.5 滞后和超前过程406

8.5.1 一阶滞后系统407

8.5.2 二阶滞后系统410

8.5.3 二阶滞后过程的闭环响应412

8.6 单闭环间歇控制器415

8.6.1 开关控制器416

8.6.2 双向控制417

8.6.3 浮点控制423

8.7 单闭环连续控制器424

8.7.1 比例控制器424

8.7.2 比例积分控制427

8.7.3 比例微分控制432

8.7.4 比例积分微分控制器434

8.8 数字控制440

8.8.1 数字采样和保持440

8.8.2 比例控制441

8.8.3 积分控制443

8.8.4 微分控制443

8.9 模糊控制器445

8.9.1 模糊逻辑术语445

8.9.2 模糊化446

8.9.3 模糊规则基础448

8.9.4 反模糊化449

8.9.5 模糊逻辑控制器450

8.10 过程控制系统的调整451

8.10.1 最终周期法451

8.10.2 过程响应法453

8.10.3 改进的控制技术455

本章小节459

思考与练习462