Промышленная электроника (4000,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

УДК 631.38 ББК 32.859я73 Р31 Рег Дж. Р31 Промышленная электроника. – М.: ДМК Пресс; 2016. – 1136 с.: ил. ISBN 978-5-97060-218-8 Предметом промышленной электроники является электроника, используемая при выполнении технологических процессов, необходимых для производства различных видов товаров и услуг. В этой книге рассмотрены многие элементы электронных систем, причем акцент сделан на том, как эти элементы вписываются в промышленное применение. Учебник выстроен в соответствии с традиционными курсами промышленной электроники, существующими в технических университетах. В нем рассматриваются двигатели постоянного и переменного токов, вопросы дискретного и аналогового управления производственным процессом, ключи и датчики, а также системы управления и автоматизации производства. Кроме того, разделы, посвященные механотронике, в равной степени полезны и для изучающих курс механики, поскольку знакомят с концепциями электромеханики, использующимися в промышленных машинах и автоматике. Издание предназначено студентам старших курсов радио- и электротехнических специальностей вузов, обучающихся по специальности «Промышленная электроника», инженерам, а также будет полезно всем читателям, интересующимся современной электроникой. Рег Джеймс Промышленная электроника Главный редактор Мовчан Д. А. Корректор Синяева Г. И. Верстка Паранская Н. В. Дизайн обложки Мовчан А. Г.             Формат 70×100 1/16. Гарнитура «Петербург». Печать офсетная. Усл. печ. л. 106,5. Web-сайт издательства: www.dmkpress.com ISBN 978-0-13-206418-7 (англ.) Copyright © Pearson Education Inc., ISBN 978-5-97060-218-8 (рус.) © Издание, оформление ДМК Пресс, 2016 (075.8 )

Стр.3

лУ‰ВК‡МЛВ ПРЕДИСЛОВИЕ ...................................................................................................... 12 ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННУЮ ЭЛЕКТРОНИКУ ......................... 19 Цель главы ............................................................................................. 19 Применение знаний в профессиональной деятельности ........................ 20 1.1 Введение ........................................................................................ 21 1.2 Краткая история развития промышленной электроники ............... 22 1.3 Типы промышленного производства .............................................. 25 1.4 Классификация устройств управляющей промышленной электроники ................................................................................... 27 1.5 Пирамида и дерево технологий ...................................................... 29 1.6 Поиск и устранение неисправностей системы ............................... 33 1.7 Знания, необходимые для схемотехнического анализа .................. 47 1.8 Вебсайты для данного раздела ..................................................... 48 Резюме ................................................................................................... 48 Вопросы.................................................................................................. 50 Проблемы поиска неисправностей ........................................................ 51 Задачи ..................................................................................................... 52 ГЛАВА 2 ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ....................................................................................... 54 Цель главы ............................................................................................. 54 Применение знаний в профессиональной деятельности ........................ 55 2.1 Введение в дискретное управление ............................................... 56 2.2 Классификация переключателей по механическим и электрическим свойствам ........................................................... 56 2.3 Ручные переключатели для электронных схем .............................. 71 2.4 Механические переключатели электронных схем ......................... 78 2.5 Мощные ручные переключатели для промышленого управления ..................................................................................... 81 2.6 Переключатели для промышленого управления с механическим приводом .............................................................. 92 2.7 Переключатели, управляемые технологическим процессом ....... 100 2.8 Дискретные выходные устройства — приводы ........................... 106 2.9 Реле .............................................................................................. 109 2.10 Контакторы .................................................................................. 117 2.11 Клапаны ....................................................................................... 119 2.12 Нагреватели и сигнальные лампы ............................................... 128 2.13 Схемы управления ....................................................................... 129 3

Стр.4

лУ‰ВК‡МЛВ 4 2.14 Поиск неисправностей во входных и выходных устройствах ....... 140 2.15 Вебсайты производителей входных и выходных устройств ........ 145 Краткий обзор главы 2 ......................................................................... 146 Вопросы................................................................................................ 149 Вопросы по справочным данным.......................................................... 151 Проблемы поиска неисправностей ...................................................... 152 Задачи ................................................................................................... 152 ГЛАВА 3 ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ ................................................................................... 155 Цель главы ........................................................................................... 155 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 156 3.1 Введение в твердотельные устройства......................................... 156 3.2 рn переход и твердотельные устройства ..................................... 158 3.3 Биполярный транзистор ............................................................... 166 3.4 Транзисторные ключи .................................................................. 172 3.5 Твердотельные реле ..................................................................... 182 3.6 Цепи смещения транзисторных усилителей ................................ 185 3.7 Транзисторный усилитель с общим эмиттером............................ 189 3.8 Транзисторный регулятор напряжения........................................ 194 3.9 Транзисторный инвертор ............................................................. 197 3.10 Транзисторные преобразователи постоянного напряжения .................................................................................. 203 3.11 Диагностирование схем с биполярными транзисторами ............. 211 3.12 Другие твердотельные устройства ............................................... 212 3.13 Вебсайты о твердотельных устройствах ..................................... 221 Резюме ................................................................................................. 222 Вопросы................................................................................................ 224 Вопросы по справочным данным.......................................................... 225 Задачи ................................................................................................... 226 ГЛАВА 4 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ЛИНЕЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ................................................................. 229 Цель главы ........................................................................................... 229 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 230 4.1 Операционные усилители. Краткий исторический очерк ............ 231 4.2 Введение в параметры операционных усилителей....................... 232 4.3 Пояснение к справочным данным операционных усилителей ..... 233 4.4 Инвертирующие усилители ......................................................... 240 4.5 Неинвертирующие усилители ...................................................... 245 4.6 Суммирующие усилители ............................................................. 247 4.7 Дифференциальные усилители .................................................... 249

Стр.5

5 лУ‰ВК‡МЛВ 4.8 Преобразователи напряжения в ток ............................................ 250 4.9 Преобразование тока в напряжение ............................................ 251 4.10 Интеграторы и дифференциаторы ............................................... 252 4.11 Компараторы и датчики окна ....................................................... 256 4.12 Схемы активных фильтров ........................................................... 262 4.13 Контрольноизмерительные усилители ....................................... 274 4.14 Усилители разностных токов ....................................................... 278 4.15 Поиск неисправностей в устройствах на базе ОУ ....................... 287 4.16 Вебсайты по операционным усилителям .................................... 289 Резюме ................................................................................................. 290 Вопросы................................................................................................ 292 Вопросы по справочным листам .......................................................... 294 Задачи ................................................................................................... 294 ГЛАВА 5 ПРИБОРЫ ИЗ СЕМЕЙСТВА ТИРИСТОРОВ..................................... 297 Цель главы ........................................................................................... 297 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 298 5.1 Введение в тиристоры .................................................................. 298 5.2 Кремниевые управляемые вентили.............................................. 300 5.3 Устройства переключения тиристора .......................................... 316 5.4 Применения тиристоров .............................................................. 327 5.5 Симисторы ................................................................................... 330 5.6 Применения симисторов .............................................................. 343 5.7 Управляемые переключатели ...................................................... 346 5.8 Поиск неисправностей тиристоров .............................................. 353 5.9 Вебсайты о тиристорах ............................................................... 353 Резюме ................................................................................................. 354 Вопросы................................................................................................ 355 Вопросы по справочным листам .......................................................... 357 Задачи ................................................................................................... 357 ГЛАВА 6 ДАТЧИКИ И УСТРОЙСТВА ДИСКРЕТНОЙ АВТОМАТИКИ............. 361 Цели обучения ...................................................................................... 361 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 362 6.1 Введение в электронные датчики ................................................. 363 6.2 Бесконтактные датчики приближения ......................................... 366 6.3 Бесконтактнные датчики фотоэлектрического типа .................... 383 6.4 Интерфейсы выходного устройства датчика ................................ 409 6.5 Аналоговые датчики для систем автоматизации .......................... 413 6.6 Выбор и применение датчиков ..................................................... 417 6.7 Подключение датчиков к цепям питания и управления ............... 429 6.8 Системы технического зрения ..................................................... 433

Стр.6

лУ‰ВК‡МЛВ 6 6.9 Поиск неисправностей при применении дискретных датчиков ....................................................................................... 445 6.10 Вебсайты для дискретных датчиков автоматизации ................... 449 Резюме ................................................................................................. 450 Вопросы................................................................................................ 453 Вопросы по справочным данным.......................................................... 455 Проблемы поиска неисправностей ...................................................... 456 Задачи ................................................................................................... 457 ГЛАВА 7 ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АНАЛОГОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ ................... 461 Цель главы ........................................................................................... 461 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 462 7.1 Введение ...................................................................................... 463 7.2 Силовые приводы и выходные устройства ................................... 463 7.3 Управляющие клапаны ................................................................ 463 7.4 Электронагревательные элементы .............................................. 472 7.5 Обзор датчиков, усилителей и преобразователей для систем управления ................................................................................... 475 7.6 Датчики температуры .................................................................. 478 7.7 Датчики давления ......................................................................... 489 7.8 Расходомеры ................................................................................ 499 7.9 Датчики уровня ............................................................................ 514 7.10 Датчики положения ..................................................................... 525 7.11 Другие датчики процесса ............................................................. 529 7.12 Устройства управления процессом поиска неисправностей и датчики ...................................................................................... 531 7.13 Вебсайты по устройствам управления процессом и датчиков .................................................................................... 533 Резюме ................................................................................................. 534 Вопросы................................................................................................ 538 Задачи ................................................................................................... 540 ГЛАВА 8 БЕЗОПАСНОСТЬ ................................................................................ 543 Цель главы ........................................................................................... 543 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 543 8.1 Введение в технику безопасности ................................................ 545 8.2 Требования техники безопасности ............................................... 545 8.3 Безопасность обслуживащего персонала .................................... 547 8.4 Охрана труда на производственных участках ............................... 550 8.5 Датчики присутствия.................................................................... 551 8.6 Устройства электромеханической блокировки ............................ 557

Стр.7

7 лУ‰ВК‡МЛВ 8.7 Разработка стратегии обеспечения безопасности ....................... 565 8.8 Рекомендации при проектировании ............................................. 573 8.9 Подсчет стоимости программы обеспечения безопасности......... 573 8.10 Вебсайты по технике безопасности ............................................ 574 Резюме ................................................................................................. 575 Вопросы................................................................................................ 577 Задачи ................................................................................................... 578 ГЛАВА 9 ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ИХ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ..................................................................................... 581 Цель главы ........................................................................................... 581 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 582 9.1 Введение ...................................................................................... 583 9.2 Теория магнетизма ....................................................................... 584 9.3 Возможности двигателя постоянного тока .................................. 587 9.4 Компоненты двигателя постоянного тока .................................... 590 9.5 Работа двигателей постоянного тока и их основные типы ........... 595 9.6 Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением............................................................................... 597 9.7 Электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением............................................................................... 607 9.8 Двигатели постоянного тока со смешанным возбуждением ........ 615 9.9 Другие методы управления скоростью и направлением вращения...................................................................................... 621 9.10 Тяговые двигатели постоянного тока ........................................... 633 9.11 Методы торможения .................................................................... 635 9.12 Вебсайты по двигателям постоянного тока и схемам управления ................................................................................... 638 Резюме ................................................................................................. 640 Вопросы................................................................................................ 641 Задачи ................................................................................................... 643 ГЛАВА 10 ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ПРИВОДЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ .................................................. 645 Цель главы ........................................................................................... 645 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 646 10.1 Введение ...................................................................................... 647 10.2 Основные принципы работы ........................................................ 647 10.3 Компоненты двигателя переменного тока ................................... 653 10.4 Однофазные асинхронные двигатели ........................................... 661 10.5 Трехфазные двигатели переменного тока .................................... 669 10.6 Управление трехфазными двигателями ....................................... 682

Стр.8

лУ‰ВК‡МЛВ 8 10.7 Расшифровка данных, приведенных в табличке на двигателе ..... 689 10.8 Приводы двигателей переменного тока ....................................... 694 10.8 Вебсайты по двигателям переменного тока и приводам с регулированием скорости .......................................................... 699 Резюме ................................................................................................. 700 Вопросы................................................................................................ 701 Задачи ................................................................................................... 702 ГЛАВА 11 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ .................. 705 Цель главы ........................................................................................... 705 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 706 11.1 Введение в .................................................................................... 706 11.2 Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами.............. 707 11.3 Бесщеточные двигатели постоянного тока .................................. 714 11.4 Шаговые двигатели ...................................................................... 719 11.5 Серводвигатели ............................................................................ 731 11.6 Оптические кодеры ...................................................................... 736 11.7 Резольверы .................................................................................. 746 11.8 Сравнение двигателей специального назначения ........................ 750 11.9 Вебсайты по двигателям специального назначения и устройствам управения ими ...................................................... 750 Резюме ................................................................................................. 751 Вопросы................................................................................................ 753 Задачи ................................................................................................... 754 ГЛАВА 12 ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ ............... 757 Цель главы ........................................................................................... 757 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 758 12.1 Введение .................................................................................... 759 12.2 Системы ПЛК и ее компоненты ................................................ 763 12.3 Типы ПЛК ................................................................................. 770 12.4 Стандартные языки IEC 611313 .............................................. 773 12.5 Язык лестничных схем (LD) по стандарту IEC 611313 ........... 775 12.6 Традиционное программирование логических лестничных схем ... 780 12.7 Язык функциональных блоксхем ............................................. 805 12.8 Язык структурированного текста (SТ) ...................................... 817 12.9 Последовательные функциональные диаграммы (SFC) ........... 828 12.10 Вебсайты о программируемых логических контроллерах ....... 839 Резюме ................................................................................................. 843 Вопросы................................................................................................ 846 Вопросы по справочным данным.......................................................... 848 Задачи ................................................................................................... 849

Стр.9

9 лУ‰ВК‡МЛВ ГЛАВА 13 ВСТРОЕННЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ .......................................... 853 Цель главы ........................................................................................... 853 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 853 13.1 Введение ...................................................................................... 854 13.2 Аппаратные средства микроконтроллеров .................................. 856 13.3 Справочные данные микроконтроллеров .................................... 858 13.4 Основы программирования микроконтроллеров ......................... 863 13.5 Применение встроенных микроконтроллеров ............................. 868 13.6 Вебсайты с информацией о встроенных микроконтроллерах .... 871 Резюме ................................................................................................. 871 Вопросы................................................................................................ 873 Задачи ................................................................................................... 875 ГЛАВА 14 УПРАВЛЕНИЕ НЕПРЕРЫВНЫМИ ПРОЦЕССАМИ......................... 877 Цель главы ........................................................................................... 877 Применение знаний в профессиональной деятельности ...................... 878 14.1 Введение .................................................................................... 879 14.2 Реакция системы ....................................................................... 881 14.3 Разомкнутые и замкнутые системы управления ....................... 886 14.4 Показатели эффективности управляющих систем.................... 903 14.5 Процессы с опережением и запаздыванием ............................. 921 14.6 Контроллеры позиционных регуляторов ................................... 931 14.7 Контроллеры непрерывного действия с одной петлей обратной связи .......................................................................... 944 14.8 Цифровое управление ............................................................... 962 14.9 Режим ручного управления и безударное переключение .......... 970 14.10 Контроллеры с нечетким управлением ..................................... 970 14.11 Процесс настройки управляющих систем ................................. 978 14.12 Система обозначений и стандартных символов ........................ 989 14.13 Вебсайты по управлению непрерывными процессами ............ 997 Резюме ................................................................................................. 997 Вопросы.............................................................................................. 1001 Вопросы по справочным данным ........................................................ 1003 Задачи ................................................................................................. 1004 ГЛАВА 15 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ ....................................................... 1007 Цель главы ......................................................................................... 1007 Применение знаний в профессиональной деятельности .................... 1008 15.1 Введение .................................................................................... 1008 15.2 Определение промышленных роботов....................................... 1009 15.3 Основная система робота .......................................................... 1017

Стр.10

лУ‰ВК‡МЛВ 10 15.4 Инструментальная оснастка ................................................... 1025 15.5 Контроллер робота .................................................................. 1038 15.6 Обучающие станции ................................................................ 1044 15.7 Основы программирования роботов ....................................... 1045 15.8 Программируемые сервороботы ............................................. 1052 15.9 Синтаксис языка программирования сервороботов ............... 1055 15.10 Программирование разомкнутых робототехнических систем ...................................................................................... 1062 15.11 Безопасность робота ............................................................... 1066 15.12 Диагностирование робототехнических систем ........................ 1069 15.13 Вебсайты о промышленных роботах...................................... 1071 Резюме ............................................................................................... 1072 Вопросы.............................................................................................. 1075 Вопросы по справочным данным........................................................ 1076 Проблемы безопасности .................................................................... 1077 Задачи ................................................................................................. 1077 ГЛАВА 16 ОБМЕН ДАННЫМИ МЕЖДУ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ .................................................................................... 1081 Цель главы ......................................................................................... 1081 Применение знаний в профессиональной деятельности .................... 1082 16.1 Введение .................................................................................... 1083 16.2 Классификация сетевых сред передачи данных ......................... 1088 16.3 Сети предприятий ...................................................................... 1098 16.4 Сеть предприятия....................................................................... 1102 16.5 Сети Fieldbus ............................................................................. 1111 16.6 Поиск сетевых неисправностей ................................................. 1114 16.7 Вебсайты о сетях передачи данных........................................... 1119 Резюме ............................................................................................... 1119 Вопросы.............................................................................................. 1121 Задачи ................................................................................................. 1122 ГЛОССАРИЙ........................................................................................................ 1123

Стр.11