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出版者:中国电力

作者:高安芹

出品人:

页数:237

译者:

出版时间:2007-8

价格:24.80元

装帧:

isbn号码:9787508358628

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工业自动化系统集成与应用实践 本书聚焦于现代工业生产线上广泛应用的自动化控制技术，旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的系统集成与应用解决方案。不同于侧重单一电子元件或基础电路原理的教材，本书将视角放至整个复杂的工业控制网络和生产流程的优化重构上，强调理论指导与工程实践的紧密结合。 --- 第一部分：现代工业控制系统的架构与选型 本部分深入剖析当前主流的工业控制架构，为读者构建起宏观的认知框架。我们不讨论基本的电子元器件的物理特性，而是着重于它们在系统层面的集成与功能实现。 第一章：工业控制系统（ICS）的演进与结构解析 本章首先概述了从继电器控制到现代分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的发展历程，明确现代工业自动化的核心驱动力——数据驱动和网络化。 1.1 层次化架构模型： 详细阐述ISA-95标准模型，从现场设备层（L0）到企业资源规划层（L4），清晰界定控制、监控、制造执行和企业管理之间的信息流和控制流。重点分析数据在这些层次间的转换、清洗和有效传递机制。 1.2 核心控制器选型策略： 深入对比不同品牌、不同系列PLC（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix系列）在处理速度、I/O点数、冗余能力和通信协议支持方面的差异。讲解如何根据工厂的安全性要求、生产节拍和预算进行精准的硬件选型。本书的重点在于“选型决策”，而非“芯片级设计”。 1.3 嵌入式系统在边缘计算中的角色： 探讨基于ARM或x86架构的工业PC（IPC）如何承担数据预处理、本地数据存储和初步算法运行的任务，作为传统PLC与云端平台之间的桥梁。 第二章：工业现场总线与网络通信 本章完全脱离基础电子元件的接线图，聚焦于如何实现跨设备、跨平台的高效、可靠数据交换。 2.1 经典现场总线技术深度解析： 详述Profibus DP/PA、DeviceNet、CANopen等传统总线的物理层、数据链路层特性及其在特定工业场景（如过程控制、运动控制）中的适用性。重点在于它们的“报文结构”和“网络拓扑管理”。 2.2 工业以太网的崛起与标准： 全面覆盖EtherNet/IP、Profinet IO、EtherCAT等主流工业以太网协议。对比其在时间确定性（Jitter控制）、带宽利用率上的优劣。讲解如何通过时间敏感网络（TSN）技术解决实时性挑战。 2.3 OPC UA：信息集成与安全通信： 深入讲解OPC UA（Unified Architecture）作为工业信息模型标准的重要性。分析其基于服务的架构（SOA），如何实现跨操作系统的异构数据互操作性，并详细介绍其内置的加密和身份验证机制，确保数据在OT（操作技术）网络中的安全传输。 --- 第二部分：高级控制算法与运动控制实现 本部分侧重于实现精确、高效生产控制所需的软件逻辑和算法部署，涵盖了从PID调优到复杂运动轨迹规划的全过程。 第三章：过程控制的优化与高级PID策略 本章不涉及电子元件的放大、滤波电路设计，而是专注于如何通过软件算法来稳定和优化连续性生产过程（如温度、流量、压力控制）。 3.1 经典PID参数整定与局限性： 回顾Ziegler-Nichols等经典方法，并重点分析传统PID在非线性、大延迟或存在死区（Dead Zone）过程中的性能衰减。 3.2 现代控制算法的应用： 详细介绍Smith预估控制（Smith Predictor）用于处理过程延迟问题，以及模糊控制（Fuzzy Logic Control）和基于模型的预测控制（MPC）在高复杂性过程中的应用案例。 3.3 伺服驱动系统的闭环控制理论： 讲解如何配置和调试高性能伺服驱动器，包括电流环、速度环和位置环的层级结构，以及如何通过软件（PLC或专用控制器）实现精确的力矩控制和轨迹跟踪。 第四章：多轴同步与机器人离线编程 本章聚焦于高速、高精度运动轨迹的生成、插补与同步执行，这是现代包装、装配和数控机床的核心技术。 4.1 运动控制器的编程范式： 介绍符合PLCopen标准的运动控制功能块（MC_MoveAbsolute, MC_GearIn等）的使用方法。重点演示如何通过编程实现凸轮（Camming）和电子齿轮（Electronic Gearing）功能，确保多轴间的相位同步。 4.2 轨迹规划与插补算法： 深入探讨S型速度曲线（S-Curve）与梯形速度曲线在实际应用中的区别，尤其是在启动和停止瞬间的平滑性对设备磨损和产品质量的影响。讲解如何进行三轴或五轴联动插补运算。 4.3 机器人系统集成： 分析工业机器人在生产线上的集成点，包括机器人与PLC之间的I/O映射、坐标系转换（Tool Center Point, TCP）的设定，以及利用外部传感器（如视觉系统）进行实时反馈修正的集成流程。 --- 第三部分：人机交互界面与数据可视化 本部分关注于如何将底层的控制数据以直观、高效的方式呈现给操作员和管理者，并确保交互的安全性和可用性。 第五章：高级人机界面（HMI）的工程设计 本书将HMI视为一个独立的软件系统来设计和部署，而非简单地连接到PLC。 5.1 界面设计原则与用户体验（UX）： 阐述工业HMI设计中的“7±2”原则、信息密度控制、颜色编码规范（如ISA 101标准）以及故障信息层级化展示的最佳实践。目标是减少操作员的认知负荷，加速故障识别。 5.2 报警管理系统（AMS）的构建： 详细介绍如何根据控制规范（如NAMUR NE 107/108）对报警进行分类、优先级分配和历史记录管理。讨论“报警泛滥”问题的软件级解决方案，例如报警抑制、状态管理和根本原因分析（RCA）的集成显示。 5.3 跨平台与移动端应用： 介绍基于Web技术（HTML5/WebSocket）的HMI解决方案，探讨如何实现数据安全地从内网发布到移动设备上，同时保障移动端操作的权限控制。 第六章：数据采集、历史记录与制造执行系统（MES）接口 本章探讨如何从生产现场采集高频次、多维度数据，并将其转化为有价值的生产指标。 6.1 数据历史归档与分析： 介绍高效的历史数据库（Historian）选型，如InfluxDB或专业工业Historian，及其数据压缩、时间戳精度同步（PTP/NTP）的重要性。讲解如何利用采集到的数据进行OEE（设备综合效率）计算和长期趋势分析。 6.2 制造执行系统（MES）集成模式： 分析PLC/SCADA层与MES系统之间的数据交换标准，如ISA-95中对批次管理、工单执行、物料追溯的要求。重点是定义中间件的数据映射规则和消息队列（如MQTT）的应用。 6.3 工业信息安全与网络隔离： 讨论OT网络的安全最佳实践，包括使用防火墙（Deep Packet Inspection）、DMZ（隔离区）的构建，以及如何安全地在控制网络和企业网络之间建立受控的数据通道，防止外部威胁渗透到生产控制层。 --- 本书的价值定位： 本书假设读者已经掌握了基本的电路分析和数字逻辑基础，目标读者为自动化工程师、系统集成商、设备维护技术人员以及正在进行工业工程项目设计的高年级学生。我们提供的知识是“如何用现有的、成熟的工业软硬件平台，集成并部署一个高效、可靠、可维护的自动化生产系统”的实战指南。全书内容紧密围绕工业标准、工程规范和实际项目中的集成挑战展开。

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从排版和内容组织上来说，这本书的编排风格非常注重**可读性和学习效率**。它的字体选择和图表设计都非常现代，不会让人感觉像在读一本几十年前的旧资料。最让我称赞的是它对**故障排查**的重视程度。在每一个关键实验的末尾，都会有一个“常见问题与解决方法”的专栏。比如，在搭建晶体管开关电路时，如果出现饱和管压降过高的问题，书中会明确指出可能是基极电流不足或者负载电阻选择不当。这种**预见性**极大地节省了我们自己摸索的时间。而且，书中对于**安全操作规范**的强调也做得非常到位，尤其是在涉及到高电压或者大电流的实验部分，都会有醒目的警告标识和详细的规程说明，这体现了编写者对学习者负责任的态度。这本书不只是教你“怎么做”，更教你“怎么正确地做”，这对于培养严谨的工程师素养至关重要。整体来看，它的内容密度非常高，但通过合理的结构设计，学习起来一点也不感到吃力，反而是一种享受。

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这本书简直是电子制作爱好者的福音！我最近沉迷于DIY各种小玩意儿，但是总感觉自己的知识体系有点零散，遇到复杂点的电路就束手无策。拿到这本《电子技术实训教材》，我简直像是发现了新大陆。它不是那种枯燥的理论堆砌，而是充满了实际操作的指导。我记得最清楚的是它关于**数字逻辑电路**的那一章，讲了如何从最基本的与非门、或非门开始，逐步搭建出更复杂的组合逻辑电路，比如编码器和译码器。书里配的那些详细的步骤图和实物照片，简直是手把手的教学，让我这个电子新手也能轻松上手。我按照书上的指示，自己动手做了一个简单的四位二进制加法器，虽然焊工还有待提高，但看到那个指示灯按照我的逻辑闪烁时，成就感爆棚！这本书的实用性体现在它对**元器件的深入讲解**，不只是告诉你电阻该用多大，还会解释为什么在这个特定电路中选用这个参数，甚至提到了几种不同封装的元器件在实际应用中的优缺点。这让我对未来设计电路时能做出更明智的选择，而不是盲目照搬。它真正做到了“授人以渔”，让我从一个只会照着图纸焊板的小白，向着能够理解和设计电路的初级工程师迈进。

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说实话，我对市面上大部分的“实训”教材都有点敬而远之，总觉得内容很过时，或者过于理论化，脱离了现代电子工程的实际需求。然而，这本《电子技术实训教材》给我的感觉完全不一样。它在**模拟电路**部分的讲解尤其到位，我特别欣赏它对**运算放大器**应用场景的细致剖析。书中不是简单地介绍反相放大和同相放大，而是通过几个精心设计的实验项目，比如有源滤波器和精密整流电路，展示了运放作为“万能砖块”的强大能力。我发现很多其他教材在讲到滤波器的频率响应时，都是抽象的数学公式，让人头疼。但这本书，它结合了示波器的实际测量结果，对比了理论值和实际曲线的差异，解释了这些差异产生的原因，比如元器件的寄生参数影响。这对我理解**电路的非理想特性**非常有帮助。此外，它对**电源管理和保护电路**的介绍也非常前沿，提到了常用的LDO和DC-DC转换器的选型原则，这在项目设计中是至关重要的环节，但往往被很多基础教材忽略。读完这部分，我感觉自己对构建一个稳定可靠的电子系统有了更全局的认识。

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我一直觉得，好的教材应该能跨越理论与实践的鸿沟，而这本书在这方面做得极其出色。它在介绍**传感器应用**的部分，展现了极高的广度和深度。它不仅仅涵盖了基础的电阻式、电容式传感器，还专门开辟章节讲解了**现代的MEMS传感器**，比如加速度计和陀螺仪的工作原理和接口协议（如I2C和SPI）。书里甚至提供了一个利用这些传感器制作一个**姿态指示仪**的完整方案，详细介绍了数字滤波算法（比如卡尔曼滤波的简化版）在提高读数稳定性方面的作用。这部分内容对于想进入物联网（IoT）或机器人领域的读者来说，无疑是极具价值的知识点。更重要的是，它引导读者去思考如何将这些高精尖的知识点应用到低成本的实践中去。这本书的价值不仅在于传授已有的知识，更在于激发读者对**未来电子技术发展趋势**的探索欲望，让我对这个行业充满了信心和好奇心。它绝对是案头必备的工具书，而不是读完就束之高阁的参考资料。

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这本书的**项目驱动式学习**方法简直是为我这种“动手党”量身定制的。我最头疼的就是学完一堆理论后，不知道该如何将它们串联起来解决一个实际问题。这本书的结构非常清晰，每完成一个小模块的学习，紧接着就是一个综合性的实训项目。例如，在学习了微控制器（MCU）的基本I/O操作和中断概念后，紧接着就提供了一个基于该MCU的**简易数据采集系统**的完整设计流程。它不仅包含了硬件原理图的绘制和PCB布局的指导原则，更重要的是，它详细解释了**嵌入式软件的编写逻辑**，包括初始化代码的结构、中断服务程序的编写规范，甚至是看门狗定时器的使用。我特别喜欢它对**调试技巧**的分享，比如如何利用万用表和示波器有效地排除硬件故障，以及如何利用串口进行软件调试。这些实战经验的传授，远比书本上单纯的语法讲解来得珍贵。通过这个项目，我真正体会到了软硬件协同工作的重要性，感觉自己的工程实践能力得到了质的飞跃。

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