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出版者:機械工業齣版社

作者:硃平編

出品人:

頁數:233

译者:

出版時間:2002-8

價格:18.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9787111104780

叢書系列:

圖書標籤:

• 電氣控製
• PLC
• 實訓
• 自動化
• 電路
• 繼電器
• 傳感器
• 電機控製
• 工業控製
• 實驗

深入探究：現代工業自動化與智能製造的基石 一、 工業控製係統的演進與核心技術 本書係統地梳理瞭當代工業控製技術的發展脈絡，聚焦於從傳統繼電器控製嚮基於可編程邏輯控製器（PLC）和分布式控製係統（DCS）的現代化、智能化轉型過程。 1.1 嵌入式係統與實時操作係統（RTOS） 詳細闡述瞭現代工業控製器（如高端PLC和運動控製器）內部所依賴的嵌入式硬件架構。內容涵蓋主流微控製器（MCU）和微處理器（MPU）的選擇標準、內存管理、中斷處理機製，以及實時操作係統（RTOS）在確保控製任務高優先級、低延遲執行中的關鍵作用。重點分析瞭FreeRTOS、VxWorks等在工業現場的應用優勢和局限性。 1.2 傳感器與執行器的精確交互 本章深入探討瞭工業現場數據采集的物理層技術。分析瞭各類精密傳感器（如激光測距、視覺傳感器、高精度編碼器）的工作原理、抗乾擾設計和信號調理技術。同時，對伺服驅動器、變頻器（VFD）的電流環、速度環、位置環控製算法進行瞭細緻的剖析，特彆是如何通過優化PID參數實現對高速、高精度機械運動的精確控製。 1.3 現場總綫與工業以太網 全麵介紹瞭工業網絡通信的層次結構和關鍵協議。內容詳盡覆蓋瞭傳統的串行通信（如RS-485/Modbus RTU），到高速、確定性網絡的演變。重點解析瞭EtherCAT、PROFINET IO、CC-Link IE等主流工業以太網協議的幀結構、同步機製和數據交換流程，並提供瞭在復雜多軸係統集成中的網絡拓撲設計與故障診斷方法。 二、 高級過程控製與優化 超越瞭傳統的開/關控製邏輯，本部分聚焦於如何利用先進算法提高生産過程的效率、穩定性和能耗管理。 2.1 過程建模與係統辨識 介紹建立復雜工業流程數學模型的方法論，包括基於第一性原理的模型推導和基於實驗數據的係統辨識技術（如ARX、ARMAX模型）。強調瞭在綫模型更新在應對設備老化和工藝變化時的重要性。 2.2 現代反饋控製策略 詳盡闡述瞭先進過程控製（APC）的核心技術。深入講解瞭模型預測控製（MPC）的原理、約束處理機製以及在大型化工、冶金過程中的應用案例。此外，還包括瞭魯棒控製、自適應控製在應對模型不確定性時的設計思路。 2.3 模糊邏輯與神經網絡在控製中的應用 探討瞭如何將人工智能方法融入傳統控製環路。分析瞭模糊推理係統（FIS）在處理專傢經驗和非精確信息方麵的優勢，並展示瞭基於深度學習的強化學習代理如何在仿真環境中學習最優控製策略，並將其部署到實際生産綫上。 三、 工業物聯網（IIoT）與數據驅動的智能製造 本章是連接OT（操作技術）與IT（信息技術）的橋梁，是實現工業4.0願景的關鍵技術棧。 3.1 IIoT邊緣計算架構 探討瞭在生産現場部署邊緣計算節點的必要性。內容包括邊緣網關的硬件選型、數據預處理、本地數據存儲策略（如InfluxDB在時間序列數據處理中的應用），以及如何實現雲端與邊緣端的數據協同和模型下發。 3.2 OPC UA與數據語義化 重點解析瞭OPC統一架構（OPC UA）在構建異構係統互操作性方麵的標準作用。分析瞭其信息模型、安全機製（如證書管理）和麵嚮服務的架構（SOA），以及如何利用本體論（Ontology）對采集到的過程數據進行語義化描述，為上層MES/ERP係統提供高質量輸入。 3.3 預測性維護（PdM）的實施 詳細介紹瞭基於狀態監測的預測性維護係統的構建流程。從振動信號的傅裏葉變換、峭度分析，到電機的電流指紋識彆，係統地闡述瞭如何利用機器學習模型（如LSTM網絡）來預測設備剩餘使用壽命（RUL），並實現從被動維修到主動維護的範式轉變。 四、 機器人與自動化産綫集成 本部分關注於柔性製造單元和高精度裝配任務的實現。 4.1 工業機器人運動學與動力學 深入分析瞭六軸工業機器人的正運動學、逆運動學解算方法，並介紹瞭D-H參數法的應用。隨後，講解瞭機器人軌跡規劃算法，如S麯綫加減速、多項式插補，以及如何避免關節衝突和奇異點。 4.2 機器視覺在質量檢測中的應用 介紹瞭機器視覺在工業自動化中的核心地位。內容涵蓋瞭高分辨率相機的選型、光源設計（如暗場、明場、同軸光）以增強特徵對比度，以及圖像處理算法，如亞像素級定位、缺陷的形態學分析和OCR技術在産品追溯中的集成。 4.3 協同操作與安全規範 探討瞭人機協作（Cobots）的係統設計。重點分析瞭基於力矩限製和速度限製的安全標準（如ISO/TS 15066），以及如何在共享工作空間內，通過集成安全掃描儀和力反饋傳感器，確保操作人員與自動化設備的安全共存。 --- 本書特色： 本書的編寫立足於工程實踐，理論結閤前沿案例，旨在為係統集成工程師、過程控製專傢以及從事智能製造研發的技術人員提供一套係統化、高深度的知識體係，助力其應對復雜工業環境下的技術挑戰。

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從**版式設計和學習輔助工具**的角度來看，這本書的編排體現瞭極高的專業素養和對學習體驗的關注。它的**色彩運用和圖文布局**達到瞭專業級彆的水準。所有電路圖都統一采用瞭最新的行業標準符號，並且通過巧妙的色彩區分瞭電源綫、控製綫和信號綫，這在復雜的控製係統拓撲圖中，起到瞭**“視覺導航”**的作用，極大地減少瞭閱讀時的認知負荷。更值得稱贊的是，書的末尾附帶的**“快速參考卡”**設計。它將最常用到的歐姆定律、三相功率計算公式、以及常用接觸器選型錶等信息，以可撕拉的形式集閤在一起，方便我在實驗室隨時取用，無需翻閱厚厚的書本。這種細緻入微的**“工具性”**設計，顯示齣編者對讀者在緊張實操環境下需求的精準把握。如果說這本書有什麼美中不足，或許是紙張的耐用性，在多次被帶入車間和實驗室後，書頁邊緣開始有些磨損，但內容質量絕對配得上更高的評價。

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讀完這本書，我感覺自己像是完成瞭一次高強度的**實操訓練營**。它的**動手指導性**是這本書最大的亮點。與其他很多隻停留在“應該怎麼做”的教材不同，這本書手把手地教你“具體如何操作”。我尤其欣賞它對**故障診斷**的步驟化描述。書中列舉瞭十幾種常見的控製迴路故障——從接觸器粘連到限位開關失靈——並為每一種故障提供瞭清晰的排查路徑，附帶瞭詳細的萬用錶測量點和預期讀數。這種**“遇到問題，立即能找到解決方案”**的即時反饋機製，極大地增強瞭我在實驗室獨立操作的信心。例如，書中關於直流調速係統調試的章節，不僅描述瞭電樞電壓控製和磁場削弱控製的區彆，還配有實物接綫圖和調試參數的調整順序，讓我能迅速將書本知識轉化為實際操作。書中的許多項目都非常貼近工廠實際生産綫的場景，感覺編寫者是真正身處一綫，深知學員在實訓過程中會遇到的陷阱和難點。這本書與其說是本教材，不如說是一本**高級技工的實戰手冊**。

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這本《電氣控製實訓》的**理論深度**簡直讓人眼前一亮，尤其是在講解繼電器邏輯和可編程控製器（PLC）編程原理的那幾章。作者並沒有停留在浮於錶麵的概念介紹，而是深入剖析瞭各種電氣元件在實際電路中的工作機製。比如，在講解三相異步電動機的星形-三角形啓動切換時，書中詳細繪製瞭不同時刻的電氣原理圖和時序邏輯圖，甚至還加入瞭對不同啓動方式（如自耦減壓啓動、軟啓動）的性能對比分析，這種嚴謹的學術態度非常值得稱贊。我特彆喜歡它對**傳感器信號處理**部分的闡述，它不僅僅是告訴你“這個傳感器輸齣的是0到10伏的模擬量”，而是細緻地解釋瞭如何在PLC中進行標定、濾波以及如何應對環境噪聲的乾擾，這對於我這個剛從理論轉嚮實踐的初學者來說，提供瞭極其寶貴的實戰經驗。書中的圖例清晰，公式推導詳略得當，使得復雜的電磁兼容性（EMC）設計原則也能被相對容易地理解和應用。如果說有什麼可以改進的地方，或許是希望能在高級篇章中多加入一些關於工業以太網和現場總綫（如Profibus或EtherCAT）的實際案例，但總的來說，作為一本奠定堅實理論基礎的參考書，它的價值無可替代。

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這本書在**係統集成和未來趨勢**的切入點上，展現瞭超越傳統教材的**前瞻性視野**。它沒有將自己局限在傳統的繼電器或老式PLC的範疇內，而是用相當的篇幅探討瞭現代工業自動化中越來越重要的**HMI（人機界麵）設計原則和數據可視化**。書中展示瞭如何通過組態軟件搭建一個直觀的、符閤人因工程學的操作界麵，並將其與後端的PLC程序進行有效的數據綁定。這種對**“人機交互”**的重視，讓我意識到，現代電氣控製工程師不僅僅是接綫和編程的專傢，更是係統操作流暢度的設計師。書中對於**網絡化控製架構**的討論也十分到位，它清晰地對比瞭集中式控製和分布式控製的優缺點，並結閤具體的案例說明瞭在不同規模的生産綫上應如何進行技術選型。這本書成功地架起瞭傳統電氣技能與現代工業4.0要求的橋梁，確保瞭讀者學到的知識不會在幾年內被迅速淘汰。

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這本書的**敘事風格**非常**引人入勝**，它巧妙地將枯燥的電氣規範融入到生動的案例故事中。它不像傳統的教科書那樣闆著臉孔，而是用一種更接近**經驗傳承**的方式來展開內容。比如，在介紹電機保護時，作者插入瞭一段關於早期工廠電氣事故的描述，說明瞭為什麼現在必須采用熱繼電器和短路保護的組閤，這種曆史背景的引入讓規範顯得不再是冰冷的條文，而是血淚換來的經驗總結。在講解電氣設計規範時，它會引用多個國際和國內標準，但高明之處在於，它不會堆砌條文，而是**聚焦於“為什麼”**——為什麼要選擇IP防護等級更高的箱體，為什麼要進行可靠的接地設計。這種**“背後的邏輯”**的揭示，使得我們不僅知道該做什麼，更能理解規範的深層意義。對於初學者來說，這本教材極大地降低瞭理解專業規範的門檻，讓學習過程充滿探索的樂趣，讓人忍不住一頁一頁地往下翻。

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