本书详细介绍了工业4.0背景下智能制造中的电气工程技术，包括：常用低压电器的基本结构原理；通用变频器、可编程序控制器（PLC）等的基本原理及应用；PLC相关的IEC 61131、IEC 61499和IEC 61804三个重要国际标准，以及集成开发环境EcoStruxure Machine Expert 1.1和CODESYS V3.5 SP16工程工具的使用；工业4.0技术框架及使能技术相关的“采标”；工业4.0的技术支柱，RAMI 4.0的技术内容，工业4.0的核心技术CPS和数字孪生的工程应用。本书还介绍了国内外工业4.0相关zui新技术、新产品及其应用和发展方向。全书图文并茂、知识性强、理论联系实际，侧重于实际应用和创新思路的发展。
本书适宜于从事电气工程及自动化和生产过程自动化领域工作的工程技术人员阅读，也适合作为高等学校电气工程、工业自动化、自动控制等专业的高年级本科生、研究生教材和教学参考书，亦可作为企业电气工程技术人员的培训教材，高等职业、中等职业学校的类似专业也可选用。另外，本书也可作为刚刚推出的国家职业技术技能标准《智能制造工程技术人员（2021版）》的培训教材。

目　　录
第3版前言
第2版前言

绪论 1
D.1章 常用低压电器的基本原理 8
1.1 概述 8
1.1.1 相关术语 8
1.1.2 常用低压电器的分类 9
1.1.3 低压电器的发展概况 9
1.2 常用低压电器的基本问题 12
1.2.1 电器的触头和电弧 12
1.2.2 电弧的产生及灭弧方法 15
1.2.3 电磁机构 19
1.2.4 永磁体机构 23
1.3 低压电器相关的主要术语和参数 25
1.3.1 关于开关电器的通断工作类型 26
1.3.2 开关电器有关的电流参数 27
1.3.3 有关开关电器动作时间的参数 28
1.3.4 工作制类型 28
1.3.5 使用类别 29
1.3.6 开关电器的操作频率和使用寿命 31
1.3.7 低压电器的污染等级（参考GB/T 16935.1—2008） 32
1.3.8 外壳防护IP代码（参考GB/T 4208—2017） 32
1.4 电气技术中的颜色代码 34
1.4.1 指示灯和显示器的颜色代码 34
1.4.2 操动器用色的统一规定 35
1.4.3 绝缘导体和裸导体的颜色代码 36
1.5 电气技术文件的编制 37
1.5.1 电气简图相关国家标准 38
1.5.2 电气技术文件的概念 41
1.5.3 文件集与结构树的概念 43
1.5.4 项目代号和参照代号 46
1.5.5 项目代号的代号段 47
1.5.6 项目代号的应用 49
1.6 电气简图用图形符号 51
1.6.1 电气图形符号的组成 52
1.6.2 电气技术常用简图图形符号 54
1.7 电气简图用文字符号 60
1.7.1 项目分类与项目主类字母代码 61
1.7.2 按预期用途或任务的项目子类字母代码 63
1.7.3 按基础设施划分的项目类别 68
1.7.4 项目类别界定规则 69
1.8 电气技术文件CAD制图 71
1.8.1 电气工程CAD制图的一般性规则 72
1.8.2 电气简图的绘制 76
1.8.3 图形符号的选取 79
1.8.4 电气简图的布局 80

D.2章 常用低压配电电器 86
2.1 低压配电系统的基本概念 86
2.1.1 低压配电系统的负荷分级与配电要求 86
2.1.2 低压配电系统的分级 88
2.1.3 低压（220/380V）配电系统的接地方式 89
2.2 低压熔断器 95
2.2.1 低压熔断器的结构及工作原理 95
2.2.2 低压熔断器的主要技术参数 99
2.2.3 低压熔断器的应用 101
2.3 隔离器、隔离开关与熔断器组合电器 107
2.3.1 基本概念 108
2.3.2 产品类型简介 109
2.3.3 选择与应用 110
2.4 低压断路器 111
2.4.1 低压断路器的分类 112
2.4.2 低压断路器的工作原理与基本特性 113
2.4.3 万能式低压断路器 118
2.4.4 塑料外壳式低压断路器 125
2.4.5 微型断路器 130
2.4.6 低压断路器的产品数据和术语 132
2.4.7 低压断路器的一般选用原则 134
2.4.8 剩余电流动作保护电器 135
2.5 智能化低压断路器 142
2.5.1 智能化低压断路器的技术概貌 142
2.5.2 智能配电的实现 149
2.5.3 工业互联网平台与生态架构的概念 150
2.5.4 智能模块单元简介 154
2.5.5 Masterpact MTZ系列低压断路器 157
2.6 控制与保护开关电器（设备） 165
2.6.1 接触器 165
2.6.2 热过载继电器 170
2.7 起动器 175
2.7.1 有关起动器的术语和定义 176
2.7.2 继电逻辑控制的基本控制环节 177
2.7.3 星-三角起动器 183
2.7.4 自耦变压器起动器 184
2.7.5 变阻式起动器 185
2.7.6 软起动器 188
2.8 控制电路和辅助电路电器 197
2.8.1 继电器 198
2.8.2 主令电器 203
2.8.3 电气安装附件 216

第3章.电力传动系统 220
3.1 电力传动系统的概念 220
3.1.1 电力传动系统的模型 221
3.1.2 电力传动系统的定义 221
3.1.3 成套传动模块 223
3.1.4 BDM/CDM/PDS的特性与基本拓扑结构 224
3.2 电力传动系统相关标准 226
3.2.1 IEC 61800系列标准简介 233
3.2.2 IEC 61800-5：2016简介 234
3.2.3 IEC 61800-7：2015简介 238
3.2.4 IEC 61800-9-1、9-2：2017简介 244
3.3 电力传动技术基础 247
3.3.1 感应电动机控制系统模型 247
3.3.2 电动机的类型 248
3.3.3 三相异步电动机的特性 251
3.3.4 异步电动机调速时的机械特性 253
3.3.5 电力传动系统的配置 256
3.3.6 电力传动中的电力电子技术概述 261
3.3.7 感应电动机的模型 263
3.3.8 感应电动机的控制算法概述 268
3.4 通用变频器 276
3.4.1 通用变频器的类型 277
3.4.2 通用变频器的内部结构原理 278
3.4.3 通用变频器的外部接口电路 279
3.4.4 通用变频器的外部接口应用示例 281
3.5 通用变频器的应用原理 292
3.5.1 通用变频器的控制位置 292
3.5.2 通用变频器的工作模式 292
3.6 通用变频器的常用参数功能及应用 306
3.6.1 给定斜坡函数 306
3.6.2 恒速/恒频（多段速） 308
3.6.3 临界转速/频率（防危险转速、防失速、跳跃速度）309
3.6.4 泵和风机控制（PFC） 311
3.6.5 泵和风机软起动控制（SPFC） 312
3.6.6 变频器与保护有关的功能 312
3.7 通信 319
3.8 变频器的谐波问题 321
3.8.1 共模电压与轴承电流 321
3.8.2 接地导体和电气屏蔽措施 322

第4章 智能制造使能技术——采标篇 325
4.1 智能制造概述 325
4.1.1 两化融合生态系统参考架构 325
4.1.2 智能制造核心技术概述 329
4.1.3 采用国际标准和国外先进标准 333
4.2 智能制造系统架构 338
4.2.1 生命周期维度 339
4.2.2 系统层级维度 341
4.2.3 智能特征维度 342
4.3 智能制造标准体系 343
4.3.1 智能制造标准体系结构框架 343
4.3.2 基础共性（A）标准与规范 344
4.3.3 关键技术（B）标准与规范 345
4.3.4 行业应用（C）标准与规范 346
4.3.5 智能装备（BA）标准子体系 346
4.3.6 智能工厂（BB）和智能服务（BC）标准子体系 350
4.3.7 智能使能技术（BD）和工业网络（BE）标准子体系 351
4.4 工业机器人的标准体系 359
4.4.1 工业机器人的定义 360
4.4.2 机器人的基本结构与特征 360
4.5 PLC的标准体系 365
4.5.1 PLC相关的系列标准 365
4.5.2 PLC的定义及发展背景 366
4.5.3 IEC 61499、IEC 61804和IEC 61131系列标准的特点373
4.5.4 工业自动化系统集成相关标准 375
4.5.5 工业自动化系统数据交换相关标准 378
4.5.6 IEC 61131（GB/T 15969）PLC系列标准概貌 381
4.5.7 IEC 61499（GB/T 19769）系列标准概貌 387
4.5.8 IEC 61804（GB/T 21099）系列标准概貌 401
4.6 分布式系统功能块应用 406
4.6.1 功能块的概念总结 406
4.6.2 图形化功能块的基本特征 408
4.6.3 基本功能块应用举例 410
4.6.4 定义基本功能块与执行控制图 413
4.6.5 基本功能块实例的特性 417

第5章 智能制造使能技术——IEC 61131-3编程语言 418
5.1 三个模型 418
5.1.1 软件模型 419
5.1.2 通信模型 423
5.1.3 编程模型 424
5.2 编程语言的公共元素 429
5.2.1 字符集和关键字 430
5.2.2 数据的外部表示 434
5.2.3 数据类型 439
5.2.4 变量 450
5.2.5 变量的表示 459
5.2.6 POU的特性 465
5.2.7 函数 469
5.2.8 功能块 475
5.2.9 程序 486
5.3 面向对象 487
5.3.1 类 487
5.3.2 方法 490
5.3.3 类继承 494
5.4 文本编程语言 498
5.4.1 常用编程语言元素（关键字） 498
5.4.2 结构化文本（ST）编程语言 499
5.4.3 指令表（IL）编程语言 513
5.5 图形语言 515
5.5.1 FBD和LD语言的网络、图形元素和连接 515
5.5.2 功能块图（FBD）语言 517
5.5.3 梯形图（LD）语言 518
5.5.4 顺序功能图（SFC）语言 523
5.6 统一建模语言（UML）——状态图 534
5.6.1 UML简介 535
5.6.2 UML图简介 550
5.6.3 程序开发的周期 558
5.7 PLC的集成开发环境 574
5.7.1 集成开发环境和应用程序的概念 575
5.7.2 EcoStruxure Machine Expert简介 590
5.7.3 CODESYS软件工具简介 601

第6章　智能制造-工业4.0、CPS与数字孪生 608
6.1 信息技术发展历史的启迪 608
6.1.1 未来的意义 608
6.1.2 未来的工作 611
6.2 工业4.0概述 623
6.2.1 工业4.0的背景概念 624
6.2.2 工业4.0国际标准架构 631
6.3 参考体系架构模型（RAMI 4.0） 651
6.3.1 RAMI 4.0的概念 652
6.3.2 RAMI 4.0的三维体系 653
6.3.3 工业4.0组件 658
6.3.4 工业4.0相关的重要标准 659
6.4 信息物理系统 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标准框架 688
6.5 数字孪生（DT） 695
6.5.1 DT的概念 695
6.5.2 DT的模型、特点和关键技术 697
6.5.3 DT的制造参考模型 701
6.5.4 DT功能视图 702
6.5.5 DT的设计 704
6.5.6 可观察制造元素的现有技术标准 706
6.6 知识图谱 707
6.7 语义网络 708
6.8 物联网 708
6.9 区块链 709
参考文献 712