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目次
商品簡介
本書詳細介紹了工業4.0背景下智能製造中的電氣工程技術，包括：常用低壓電器的基本結構原理；通用變頻器、可編程序控制器（PLC）等的基本原理及應用；PLC相關的IEC 61131、IEC 61499和IEC 61804三個重要國際標準，以及集成開發環境EcoStruxure Machine Expert 1.1和CODESYS V3.5 SP16工程工具的使用；工業4.0技術框架及使能技術相關的“采標”；工業4.0的技術支柱，RAMI 4.0的技術內容，工業4.0的核心技術CPS和數字孿生的工程應用。本書還介紹了國內外工業4.0相關zui新技術、新產品及其應用和發展方向。全書圖文並茂、知識性強、理論聯繫實際，側重于實際應用和創新思路的發展。
本書適宜於從事電氣工程及自動化和生產過程自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也適合作為高等學校電氣工程、工業自動化、自動控制等專業的高年級本科生、研究生教材和教學參考書，亦可作為企業電氣工程技術人員的培訓教材，高等職業、中等職業學校的類似專業也可選用。另外，本書也可作為剛剛推出的國家職業技術技能標準《智能製造工程技術人員（2021版）》的培訓教材。
本書適宜於從事電氣工程及自動化和生產過程自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也適合作為高等學校電氣工程、工業自動化、自動控制等專業的高年級本科生、研究生教材和教學參考書，亦可作為企業電氣工程技術人員的培訓教材，高等職業、中等職業學校的類似專業也可選用。另外，本書也可作為剛剛推出的國家職業技術技能標準《智能製造工程技術人員（2021版）》的培訓教材。
名人/編輯推薦
工業4.0背景下智能製造中的電氣工程技術
目次
目 錄
第3版前言
第2版前言
緒論 1
D.1章 常用低壓電器的基本原理 8
1.1 概述 8
1.1.1 相關術語 8
1.1.2 常用低壓電器的分類 9
1.1.3 低壓電器的發展概況 9
1.2 常用低壓電器的基本問題 12
1.2.1 電器的觸頭和電弧 12
1.2.2 電弧的產生及滅弧方法 15
1.2.3 電磁機構 19
1.2.4 永磁體機構 23
1.3 低壓電器相關的主要術語和參數 25
1.3.1 關於開關電器的通斷工作類型 26
1.3.2 開關電器有關的電流參數 27
1.3.3 有關開關電器動作時間的參數 28
1.3.4 工作制類型 28
1.3.5 使用類別 29
1.3.6 開關電器的操作頻率和使用壽命 31
1.3.7 低壓電器的污染等級（參考GB/T 16935.1―2008） 32
1.3.8 外殼防護IP代碼（參考GB/T 4208―2017） 32
1.4 電氣技術中的顏色代碼 34
1.4.1 指示燈和顯示器的顏色代碼 34
1.4.2 操動器用色的統一規定 35
1.4.3 絕緣導體和裸導體的顏色代碼 36
1.5 電氣技術文件的編制 37
1.5.1 電氣簡圖相關國家標準 38
1.5.2 電氣技術文件的概念 41
1.5.3 文件集與結構樹的概念 43
1.5.4 項目代號和參照代號 46
1.5.5 項目代號的代號段 47
1.5.6 項目代號的應用 49
1.6 電氣簡圖用圖形符號 51
1.6.1 電氣圖形符號的組成 52
1.6.2 電氣技術常用簡圖圖形符號 54
1.7 電氣簡圖用文字符號 60
1.7.1 項目分類與項目主類字母代碼 61
1.7.2 按預期用途或任務的項目子類字母代碼 63
1.7.3 按基礎設施劃分的項目類別 68
1.7.4 項目類別界定規則 69
1.8 電氣技術文件CAD製圖 71
1.8.1 電氣工程CAD製圖的一般性規則 72
1.8.2 電氣簡圖的繪製 76
1.8.3 圖形符號的選取 79
1.8.4 電氣簡圖的佈局 80
D.2章 常用低壓配電電器 86
2.1 低壓配電系統的基本概念 86
2.1.1 低壓配電系統的負荷分級與配電要求 86
2.1.2 低壓配電系統的分級 88
2.1.3 低壓（220/380V）配電系統的接地方式 89
2.2 低壓熔斷器 95
2.2.1 低壓熔斷器的結構及工作原理 95
2.2.2 低壓熔斷器的主要技術參數 99
2.2.3 低壓熔斷器的應用 101
2.3 隔離器、隔離開關與熔斷器組合電器 107
2.3.1 基本概念 108
2.3.2 產品類型簡介 109
2.3.3 選擇與應用 110
2.4 低壓斷路器 111
2.4.1 低壓斷路器的分類 112
2.4.2 低壓斷路器的工作原理與基本特性 113
2.4.3 萬能式低壓斷路器 118
2.4.4 塑料外殼式低壓斷路器 125
2.4.5 微型斷路器 130
2.4.6 低壓斷路器的產品數據和術語 132
2.4.7 低壓斷路器的一般選用原則 134
2.4.8 剩餘電流動作保護電器 135
2.5 智能化低壓斷路器 142
2.5.1 智能化低壓斷路器的技術概貌 142
2.5.2 智能配電的實現 149
2.5.3 工業互聯網平臺與生態架構的概念 150
2.5.4 智能模塊單元簡介 154
2.5.5 Masterpact MTZ系列低壓斷路器 157
2.6 控制與保護開關電器（設備） 165
2.6.1 接觸器 165
2.6.2 熱過載繼電器 170
2.7 起動器 175
2.7.1 有關起動器的術語和定義 176
2.7.2 繼電邏輯控制的基本控制環節 177
2.7.3 星-三角起動器 183
2.7.4 自耦變壓器起動器 184
2.7.5 變阻式起動器 185
2.7.6 軟起動器 188
2.8 控制電路和輔助電路電器 197
2.8.1 繼電器 198
2.8.2 主令電器 203
2.8.3 電氣安裝附件 216
第3章.電力傳動系統 220
3.1 電力傳動系統的概念 220
3.1.1 電力傳動系統的模型 221
3.1.2 電力傳動系統的定義 221
3.1.3 成套傳動模塊 223
3.1.4 BDM/CDM/PDS的特性與基本拓撲結構 224
3.2 電力傳動系統相關標準 226
3.2.1 IEC 61800系列標準簡介 233
3.2.2 IEC 61800-5：2016簡介 234
3.2.3 IEC 61800-7：2015簡介 238
3.2.4 IEC 61800-9-1、9-2：2017簡介 244
3.3 電力傳動技術基礎 247
3.3.1 感應電動機控制系統模型 247
3.3.2 電動機的類型 248
3.3.3 三相異步電動機的特性 251
3.3.4 異步電動機調速時的機械特性 253
3.3.5 電力傳動系統的配置 256
3.3.6 電力傳動中的電力電子技術概述 261
3.3.7 感應電動機的模型 263
3.3.8 感應電動機的控制算法概述 268
3.4 通用變頻器 276
3.4.1 通用變頻器的類型 277
3.4.2 通用變頻器的內部結構原理 278
3.4.3 通用變頻器的外部接口電路 279
3.4.4 通用變頻器的外部接口應用示例 281
3.5 通用變頻器的應用原理 292
3.5.1 通用變頻器的控制位置 292
3.5.2 通用變頻器的工作模式 292
3.6 通用變頻器的常用參數功能及應用 306
3.6.1 給定斜坡函數 306
3.6.2 恒速/恒頻（多段速） 308
3.6.3 臨界轉速/頻率（防危險轉速、防失速、跳躍速度）309
3.6.4 泵和風機控制（PFC） 311
3.6.5 泵和風機軟起動控制（SPFC） 312
3.6.6 變頻器與保護有關的功能 312
3.7 通信 319
3.8 變頻器的諧波問題 321
3.8.1 共模電壓與軸承電流 321
3.8.2 接地導體和電氣屏蔽措施 322
第4章 智能製造使能技術――采標篇 325
4.1 智能製造概述 325
4.1.1 兩化融合生態系統參考架構 325
4.1.2 智能製造核心技術概述 329
4.1.3 採用國際標準和國外先進標準 333
4.2 智能製造系統架構 338
4.2.1 生命週期維度 339
4.2.2 系統層級維度 341
4.2.3 智能特徵維度 342
4.3 智能製造標準體系 343
4.3.1 智能製造標準體系結構框架 343
4.3.2 基礎共性（A）標準與規範 344
4.3.3 關鍵技術（B）標準與規範 345
4.3.4 行業應用（C）標準與規範 346
4.3.5 智能裝備（BA）標準子體系 346
4.3.6 智能工廠（BB）和智能服務（BC）標準子體系 350
4.3.7 智能使能技術（BD）和工業網絡（BE）標準子體系 351
4.4 工業機器人的標準體系 359
4.4.1 工業機器人的定義 360
4.4.2 機器人的基本結構與特徵 360
4.5 PLC的標準體系 365
4.5.1 PLC相關的系列標準 365
4.5.2 PLC的定義及發展背景 366
4.5.3 IEC 61499、IEC 61804和IEC 61131系列標準的特點373
4.5.4 工業自動化系統集成相關標準 375
4.5.5 工業自動化系統數據交換相關標準 378
4.5.6 IEC 61131（GB/T 15969）PLC系列標準概貌 381
4.5.7 IEC 61499（GB/T 19769）系列標準概貌 387
4.5.8 IEC 61804（GB/T 21099）系列標準概貌 401
4.6 分布式系統功能塊應用 406
4.6.1 功能塊的概念總結 406
4.6.2 圖形化功能塊的基本特徵 408
4.6.3 基本功能塊應用舉例 410
4.6.4 定義基本功能塊與執行控制圖 413
4.6.5 基本功能塊實例的特性 417
第5章 智能製造使能技術――IEC 61131-3編程語言 418
5.1 三個模型 418
5.1.1 軟件模型 419
5.1.2 通信模型 423
5.1.3 編程模型 424
5.2 編程語言的公共元素 429
5.2.1 字符集和關鍵字 430
5.2.2 數據的外部表示 434
5.2.3 數據類型 439
5.2.4 變量 450
5.2.5 變量的表示 459
5.2.6 POU的特性 465
5.2.7 函數 469
5.2.8 功能塊 475
5.2.9 程序 486
5.3 面向對象 487
5.3.1 類 487
5.3.2 方法 490
5.3.3 類繼承 494
5.4 文本編程語言 498
5.4.1 常用編程語言元素（關鍵字） 498
5.4.2 結構化文本（ST）編程語言 499
5.4.3 指令表（IL）編程語言 513
5.5 圖形語言 515
5.5.1 FBD和LD語言的網絡、圖形元素和連接 515
5.5.2 功能塊圖（FBD）語言 517
5.5.3 梯形圖（LD）語言 518
5.5.4 順序功能圖（SFC）語言 523
5.6 統一建模語言（UML）――狀態圖 534
5.6.1 UML簡介 535
5.6.2 UML圖簡介 550
5.6.3 程序開發的週期 558
5.7 PLC的集成開發環境 574
5.7.1 集成開發環境和應用程序的概念 575
5.7.2 EcoStruxure Machine Expert簡介 590
5.7.3 CODESYS軟件工具簡介 601
第6章 智能製造-工業4.0、CPS與數字孿生 608
6.1 信息技術發展歷史的啟迪 608
6.1.1 未來的意義 608
6.1.2 未來的工作 611
6.2 工業4.0概述 623
6.2.1 工業4.0的背景概念 624
6.2.2 工業4.0國際標準架構 631
6.3 參考體系架構模型（RAMI 4.0） 651
6.3.1 RAMI 4.0的概念 652
6.3.2 RAMI 4.0的三維體系 653
6.3.3 工業4.0組件 658
6.3.4 工業4.0相關的重要標準 659
6.4 信息物理系統 679
6.4.1 CPS的背景 679
6.4.2 CPS的基本概念 680
6.4.3 工程CPS的基本概念 682
6.4.4 CPS標準框架 688
6.5 數字孿生（DT） 695
6.5.1 DT的概念 695
6.5.2 DT的模型、特點和關鍵技術 697
6.5.3 DT的製造參考模型 701
6.5.4 DT功能視圖 702
6.5.5 DT的設計 704
6.5.6 可觀察製造元素的現有技術標準 706
6.6 知識圖譜 707
6.7 語義網絡 708
6.8 物聯網 708
6.9 區塊鏈 709
參考文獻 712
第3版前言
第2版前言
緒論 1
D.1章 常用低壓電器的基本原理 8
1.1 概述 8
1.1.1 相關術語 8
1.1.2 常用低壓電器的分類 9
1.1.3 低壓電器的發展概況 9
1.2 常用低壓電器的基本問題 12
1.2.1 電器的觸頭和電弧 12
1.2.2 電弧的產生及滅弧方法 15
1.2.3 電磁機構 19
1.2.4 永磁體機構 23
1.3 低壓電器相關的主要術語和參數 25
1.3.1 關於開關電器的通斷工作類型 26
1.3.2 開關電器有關的電流參數 27
1.3.3 有關開關電器動作時間的參數 28
1.3.4 工作制類型 28
1.3.5 使用類別 29
1.3.6 開關電器的操作頻率和使用壽命 31
1.3.7 低壓電器的污染等級（參考GB/T 16935.1―2008） 32
1.3.8 外殼防護IP代碼（參考GB/T 4208―2017） 32
1.4 電氣技術中的顏色代碼 34
1.4.1 指示燈和顯示器的顏色代碼 34
1.4.2 操動器用色的統一規定 35
1.4.3 絕緣導體和裸導體的顏色代碼 36
1.5 電氣技術文件的編制 37
1.5.1 電氣簡圖相關國家標準 38
1.5.2 電氣技術文件的概念 41
1.5.3 文件集與結構樹的概念 43
1.5.4 項目代號和參照代號 46
1.5.5 項目代號的代號段 47
1.5.6 項目代號的應用 49
1.6 電氣簡圖用圖形符號 51
1.6.1 電氣圖形符號的組成 52
1.6.2 電氣技術常用簡圖圖形符號 54
1.7 電氣簡圖用文字符號 60
1.7.1 項目分類與項目主類字母代碼 61
1.7.2 按預期用途或任務的項目子類字母代碼 63
1.7.3 按基礎設施劃分的項目類別 68
1.7.4 項目類別界定規則 69
1.8 電氣技術文件CAD製圖 71
1.8.1 電氣工程CAD製圖的一般性規則 72
1.8.2 電氣簡圖的繪製 76
1.8.3 圖形符號的選取 79
1.8.4 電氣簡圖的佈局 80
D.2章 常用低壓配電電器 86
2.1 低壓配電系統的基本概念 86
2.1.1 低壓配電系統的負荷分級與配電要求 86
2.1.2 低壓配電系統的分級 88
2.1.3 低壓（220/380V）配電系統的接地方式 89
2.2 低壓熔斷器 95
2.2.1 低壓熔斷器的結構及工作原理 95
2.2.2 低壓熔斷器的主要技術參數 99
2.2.3 低壓熔斷器的應用 101
2.3 隔離器、隔離開關與熔斷器組合電器 107
2.3.1 基本概念 108
2.3.2 產品類型簡介 109
2.3.3 選擇與應用 110
2.4 低壓斷路器 111
2.4.1 低壓斷路器的分類 112
2.4.2 低壓斷路器的工作原理與基本特性 113
2.4.3 萬能式低壓斷路器 118
2.4.4 塑料外殼式低壓斷路器 125
2.4.5 微型斷路器 130
2.4.6 低壓斷路器的產品數據和術語 132
2.4.7 低壓斷路器的一般選用原則 134
2.4.8 剩餘電流動作保護電器 135
2.5 智能化低壓斷路器 142
2.5.1 智能化低壓斷路器的技術概貌 142
2.5.2 智能配電的實現 149
2.5.3 工業互聯網平臺與生態架構的概念 150
2.5.4 智能模塊單元簡介 154
2.5.5 Masterpact MTZ系列低壓斷路器 157
2.6 控制與保護開關電器（設備） 165
2.6.1 接觸器 165
2.6.2 熱過載繼電器 170
2.7 起動器 175
2.7.1 有關起動器的術語和定義 176
2.7.2 繼電邏輯控制的基本控制環節 177
2.7.3 星-三角起動器 183
2.7.4 自耦變壓器起動器 184
2.7.5 變阻式起動器 185
2.7.6 軟起動器 188
2.8 控制電路和輔助電路電器 197
2.8.1 繼電器 198
2.8.2 主令電器 203
2.8.3 電氣安裝附件 216
第3章.電力傳動系統 220
3.1 電力傳動系統的概念 220
3.1.1 電力傳動系統的模型 221
3.1.2 電力傳動系統的定義 221
3.1.3 成套傳動模塊 223
3.1.4 BDM/CDM/PDS的特性與基本拓撲結構 224
3.2 電力傳動系統相關標準 226
3.2.1 IEC 61800系列標準簡介 233
3.2.2 IEC 61800-5：2016簡介 234
3.2.3 IEC 61800-7：2015簡介 238
3.2.4 IEC 61800-9-1、9-2：2017簡介 244
3.3 電力傳動技術基礎 247
3.3.1 感應電動機控制系統模型 247
3.3.2 電動機的類型 248
3.3.3 三相異步電動機的特性 251
3.3.4 異步電動機調速時的機械特性 253
3.3.5 電力傳動系統的配置 256
3.3.6 電力傳動中的電力電子技術概述 261
3.3.7 感應電動機的模型 263
3.3.8 感應電動機的控制算法概述 268
3.4 通用變頻器 276
3.4.1 通用變頻器的類型 277
3.4.2 通用變頻器的內部結構原理 278
3.4.3 通用變頻器的外部接口電路 279
3.4.4 通用變頻器的外部接口應用示例 281
3.5 通用變頻器的應用原理 292
3.5.1 通用變頻器的控制位置 292
3.5.2 通用變頻器的工作模式 292
3.6 通用變頻器的常用參數功能及應用 306
3.6.1 給定斜坡函數 306
3.6.2 恒速/恒頻（多段速） 308
3.6.3 臨界轉速/頻率（防危險轉速、防失速、跳躍速度）309
3.6.4 泵和風機控制（PFC） 311
3.6.5 泵和風機軟起動控制（SPFC） 312
3.6.6 變頻器與保護有關的功能 312
3.7 通信 319
3.8 變頻器的諧波問題 321
3.8.1 共模電壓與軸承電流 321
3.8.2 接地導體和電氣屏蔽措施 322
第4章 智能製造使能技術――采標篇 325
4.1 智能製造概述 325
4.1.1 兩化融合生態系統參考架構 325
4.1.2 智能製造核心技術概述 329
4.1.3 採用國際標準和國外先進標準 333
4.2 智能製造系統架構 338
4.2.1 生命週期維度 339
4.2.2 系統層級維度 341
4.2.3 智能特徵維度 342
4.3 智能製造標準體系 343
4.3.1 智能製造標準體系結構框架 343
4.3.2 基礎共性（A）標準與規範 344
4.3.3 關鍵技術（B）標準與規範 345
4.3.4 行業應用（C）標準與規範 346
4.3.5 智能裝備（BA）標準子體系 346
4.3.6 智能工廠（BB）和智能服務（BC）標準子體系 350
4.3.7 智能使能技術（BD）和工業網絡（BE）標準子體系 351
4.4 工業機器人的標準體系 359
4.4.1 工業機器人的定義 360
4.4.2 機器人的基本結構與特徵 360
4.5 PLC的標準體系 365
4.5.1 PLC相關的系列標準 365
4.5.2 PLC的定義及發展背景 366
4.5.3 IEC 61499、IEC 61804和IEC 61131系列標準的特點373
4.5.4 工業自動化系統集成相關標準 375
4.5.5 工業自動化系統數據交換相關標準 378
4.5.6 IEC 61131（GB/T 15969）PLC系列標準概貌 381
4.5.7 IEC 61499（GB/T 19769）系列標準概貌 387
4.5.8 IEC 61804（GB/T 21099）系列標準概貌 401
4.6 分布式系統功能塊應用 406
4.6.1 功能塊的概念總結 406
4.6.2 圖形化功能塊的基本特徵 408
4.6.3 基本功能塊應用舉例 410
4.6.4 定義基本功能塊與執行控制圖 413
4.6.5 基本功能塊實例的特性 417
第5章 智能製造使能技術――IEC 61131-3編程語言 418
5.1 三個模型 418
5.1.1 軟件模型 419
5.1.2 通信模型 423
5.1.3 編程模型 424
5.2 編程語言的公共元素 429
5.2.1 字符集和關鍵字 430
5.2.2 數據的外部表示 434
5.2.3 數據類型 439
5.2.4 變量 450
5.2.5 變量的表示 459
5.2.6 POU的特性 465
5.2.7 函數 469
5.2.8 功能塊 475
5.2.9 程序 486
5.3 面向對象 487
5.3.1 類 487
5.3.2 方法 490
5.3.3 類繼承 494
5.4 文本編程語言 498
5.4.1 常用編程語言元素（關鍵字） 498
5.4.2 結構化文本（ST）編程語言 499
5.4.3 指令表（IL）編程語言 513
5.5 圖形語言 515
5.5.1 FBD和LD語言的網絡、圖形元素和連接 515
5.5.2 功能塊圖（FBD）語言 517
5.5.3 梯形圖（LD）語言 518
5.5.4 順序功能圖（SFC）語言 523
5.6 統一建模語言（UML）――狀態圖 534
5.6.1 UML簡介 535
5.6.2 UML圖簡介 550
5.6.3 程序開發的週期 558
5.7 PLC的集成開發環境 574
5.7.1 集成開發環境和應用程序的概念 575
5.7.2 EcoStruxure Machine Expert簡介 590
5.7.3 CODESYS軟件工具簡介 601
第6章 智能製造-工業4.0、CPS與數字孿生 608
6.1 信息技術發展歷史的啟迪 608
6.1.1 未來的意義 608
6.1.2 未來的工作 611
6.2 工業4.0概述 623
6.2.1 工業4.0的背景概念 624
6.2.2 工業4.0國際標準架構 631
6.3 參考體系架構模型（RAMI 4.0） 651
6.3.1 RAMI 4.0的概念 652
6.3.2 RAMI 4.0的三維體系 653
6.3.3 工業4.0組件 658
6.3.4 工業4.0相關的重要標準 659
6.4 信息物理系統 679
6.4.1 CPS的背景 679
6.4.2 CPS的基本概念 680
6.4.3 工程CPS的基本概念 682
6.4.4 CPS標準框架 688
6.5 數字孿生（DT） 695
6.5.1 DT的概念 695
6.5.2 DT的模型、特點和關鍵技術 697
6.5.3 DT的製造參考模型 701
6.5.4 DT功能視圖 702
6.5.5 DT的設計 704
6.5.6 可觀察製造元素的現有技術標準 706
6.6 知識圖譜 707
6.7 語義網絡 708
6.8 物聯網 708
6.9 區塊鏈 709
參考文獻 712
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