工業電子丙級技能檢定學術科試題解析｜2023版 (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王惠玲

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現代工業控製係統設計與應用實務 書籍簡介 這本專著深入探討當代工業自動化與控製係統的理論基礎、核心技術及實務操作。全書結構嚴謹，內容涵蓋從基礎電氣原理到複雜多變數控製演算法的完整知識體係，旨在為工程師、技術人員及相關科係學生提供一本結閤學術深度與工程實用性的參考指南。 本書的核心目標是 bridging theory and practice，強調在實際工業環境中如何有效地設計、實施、調試與維護先進的控製解決方案。不同於僅側重於單一硬體或軟體的介紹，本書採取係統性的視角，剖析整個控製迴路中各個環節的相互作用與最佳實踐。 --- 第一部分：工業控製的基礎架構與元件 本部分為後續進階主題奠定堅實的理論基礎，重點關注工業自動化係統的物理層與基礎邏輯層。 第一章：工業電氣與電源管理 深入解析工業環境下的電力品質議題，包括諧波分析、功率因數校正（PFC）的必要性與實施方法。探討變頻驅動器（VFD）的選型原則、三相馬達的啟動與保護電路設計，並詳細說明直流（DC）與交流（AC）電源係統在不同負載條件下的佈線規範與安全標準（如IEC/UL規範簡介）。此外，本章還涵蓋瞭電磁相容性（EMC）設計的基礎，確保信號完整性與係統穩定性。 第二章：工業感測器與變送技術 本章聚焦於工業環境中最常用的一係列感測器，包括壓力、溫度、流量、位置及視覺感測器。詳細闡述瞭各類感測器的物理工作原理、線性度、遲滯現象及精度評估標準。特別安排一節討論類比訊號（如4-20mA、0-10V）的標準化、訊號衰減與雜訊抑製技術。對於數位感測器，則深入探討瞭如IO-Link等新型介麵技術的優勢與應用場景。 第三章：可程式邏輯控製器（PLC）係統架構 本章是本書的關鍵部分之一，詳細剖析現代PLC的硬體架構、通訊協定棧（Protocol Stack）及作業係統層級的運行機製。內容涵蓋：中央處理單元（CPU）的選型、I/O 模組（數位/類比、高速/標準）的配置原則、記憶體管理策略（如堆疊與堆積的使用）。我們將聚焦於主流製造商（如Siemens S7係列、Rockwell ControlLogix）的係統特性比較分析，以及如何根據應用需求優化I/O點的分配。 --- 第二部分：控製演算法與軟體工程 本部分從軟體與演算法層麵，探討如何實現精確、可靠的流程控製。 第四章：基礎與進階 PID 控製 本章提供對比例-積分-微分（PID）控製器的全麵迴顧，不僅限於傳統的串級（Cascade）與並聯（Parallel）結構。重點闡述瞭離線整定（如Ziegler-Nichols法）與線上自整定（Auto-Tuning）技術的對比與適用性。進階內容將探討在存在大延遲（Dead Time）或非線性係統中，如何運用Smith預測器或分段線性化控製策略來提升性能。 第五章：順序控製與狀態邏輯設計 順序控製是批次（Batch）與離散製造的基石。本章深入解析 IEC 61131-3 標準中的程式語言，特別是結構化文字（ST）與順序功能圖（SFC）。透過實際案例演示如何使用狀態機（State Machine）設計複雜的啟動/停止序列、互鎖（Interlock）邏輯與故障恢復程序，確保操作的安全性與可追溯性。 第六章：資料擷取與監控係統（SCADA/HMI） 本章探討人機介麵（HMI）的設計原則，強調以使用者為中心的資訊呈現。SCADA係統的架構設計，包括伺服器、工作站與通訊伺服器的佈局。重點分析 OPC UA 等現代通訊標準在資料即時性與安全性方麵的應用，並討論如何設計有效的警報管理（Alarm Management）機製，以符閤 ISA-18.2 標準要求。 --- 第三部分：網路通訊與係統整閤 現代控製係統的關鍵在於互聯互通。本部分專注於工業網路協議與資訊安全。 第七章：工業乙太網路協議詳解 全麵對比幾種主流的工業乙太網路技術，如 EtherNet/IP、PROFINET IO 與 Modbus TCP/IP。分析它們在確定性（Determinism）、即時響應時間（Real-Time Performance）上的差異。針對高速運動控製應用，深入探討如 EtherCAT 等基於共用記憶體架構的技術如何實現微秒級的同步。 第八章：運動控製與伺服驅動 本章涵蓋單軸與多軸運動控製係統的設計。從基本的定位、速度控製到複雜的電子凸輪（Electronic Camming）與飛鋸（Flying Shear）功能。詳細解析伺服驅動器（Servo Drive）的參數設定、增量式與絕對式編碼器的選擇，以及如何利用運動控製平颱（Motion Controller）實現多軸的連線（Kinematics）協調。 第九章：工業網路安全與韌性 隨著工業物聯網（IIoT）的發展，網路安全成為核心考量。本章介紹 ISA/IEC 62443 係列標準在工業控製係統（ICS）中的應用框架。探討網路分段（Network Segmentation）的最佳實踐，包括使用防火牆與DMZ區隔營運技術（OT）與資訊技術（IT）網路。內容覆蓋存取控製、韌體安全更新流程與常見攻擊嚮量的防禦策略。 --- 第四部分：係統優化與維護實務 本部分著重於將理論付諸實踐後的性能提升與長期可靠性維護。 第十章：係統調試與故障診斷流程 提供一套結構化的故障排除方法論。從電氣層麵的電壓、電流量測，到邏輯層麵的程式碼追蹤與信號狀態監控。詳細介紹如何使用線上除錯工具（Debugger）與示波器（Oscilloscope）來識別間歇性故障（Intermittent Faults），並探討熱像儀在預測性維護中的應用。 第十一章：性能評估與優化 控製係統上線後，需要持續評估其性能指標（KPIs）。本章教授如何利用趨勢圖（Trend Analysis）與頻譜分析（Spectral Analysis）來量化係統的響應時間、超調（Overshoot）與波動性。探討基於數據的控製優化方法，例如結閤機器學習模型對控製參數進行動態調整的初步概念。 第十二章：文件管理與生命週期維護 強調控製係統文件（設計規格書、接線圖、程式碼註釋）的重要性。討論版本控製係統在 PLC 軟體管理中的應用，以及如何建立標準化的變更管理流程（MOC），確保係統在升級或修改後仍能保持其設計意圖和法規遵循性。 --- 本書特色 本書融閤瞭大量工程師的實戰經驗，力求每一章節的理論講解都緊密聯繫實際的工業應用場景，配以詳盡的流程圖、電路示意圖和程式碼片段範例，是當代工業自動化領域不可或缺的實用工具書。 目標讀者 自動化係統工程師與整閤商 機電整閤技術人員 工業控製係統維護與操作人員 高等院校機電、自動化相關科係學生及研究生