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出版者:清华大学

作者:王兆明

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:2010-4

价格:31.00元

装帧:

isbn号码:9787302218166

丛书系列:

图书标签:

• 电气控制
• PLC
• 自动化
• 工业控制
• 继电器控制
• 可编程逻辑控制器
• 电路
• 传感器
• 电机控制
• 技术

《工业自动化系统与嵌入式开发》 在现代工业生产中，自动化和智能化已成为提升效率、降低成本、保障安全的关键。本书旨在深入探讨工业自动化系统的构建、运行与维护，并结合嵌入式技术在其中的核心作用，为读者构建一个全面而深入的知识体系。 第一篇：工业自动化基础理论与系统架构 本篇将从工业自动化的基本概念入手，梳理其发展历程和核心驱动力。我们将详细介绍自动化系统的基本组成要素，包括传感器、执行器、控制器以及人机界面（HMI），并分析它们在不同工业场景下的应用方式和技术要求。 传感器技术： 深入剖析各类工业传感器的工作原理、性能指标及其在测量和监测中的关键作用。涵盖温度、压力、流量、位置、视觉等多种传感器类型，并讨论其在恶劣工业环境下的选型与防护。 执行器与驱动技术： 详细介绍电机、液压、气动等执行器的工作原理，以及与之配套的驱动器技术。重点讲解伺服驱动、变频调速等先进驱动方式，以及它们在精密控制和高效节能方面的优势。 工业通信协议与网络： 探讨EtherNet/IP, Profinet, Modbus TCP等主流工业通信协议，分析其在工业现场数据传输的可靠性、实时性和标准化方面的意义。介绍工业以太网、现场总线等组网技术，以及数据集成和互联互通的重要性。 自动化系统架构： 讲解集中式、分布式和混合式自动化系统架构，以及各架构的优缺点和适用场景。深入分析MES（制造执行系统）、SCADA（数据采集与监视控制系统）等上层管理系统与现场控制系统之间的关系和协同工作模式。 第二篇：嵌入式系统在工业自动化中的应用 嵌入式系统以其体积小、功耗低、功能专一等特点，已成为现代工业自动化设备的核心“大脑”。本篇将聚焦嵌入式技术在工业自动化领域的深度应用。 嵌入式处理器与微控制器： 介绍ARM Cortex-M, RISC-V等主流嵌入式处理器架构，分析其在实时性、低功耗和计算能力方面的特点。讲解各种微控制器（MCU）的选型原则，及其在嵌入式系统设计中的基础作用。 嵌入式操作系统（RTOS）： 深入探讨实时操作系统（RTOS）的内核机制、任务调度、中断处理等关键概念，并介绍FreeRTOS, Zephyr等在工业领域广泛应用的RTOS。讲解如何利用RTOS实现多任务并发和实时响应。 嵌入式软件开发： 掌握嵌入式C/C++编程语言，学习嵌入式软件开发的流程，包括代码编写、编译、调试和部署。介绍常用的嵌入式开发工具链和调试器，以及代码优化的技巧。 嵌入式硬件设计与接口： 讲解嵌入式硬件设计的关键要素，包括电源管理、存储器接口、外围设备接口（GPIO, UART, SPI, I2C等）。分析如何根据应用需求设计可靠的嵌入式硬件平台。 嵌入式系统的可靠性与安全性： 探讨嵌入式系统在工业环境下的可靠性设计，包括错误检测与纠正、看门狗（Watchdog）等机制。分析嵌入式系统在网络安全和数据保护方面的重要性和应对策略。 第三篇：智能制造与未来发展趋势 随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，工业自动化正迈向更智能、更互联的未来。本篇将展望智能制造的发展方向，以及嵌入式技术在其中的创新作用。 工业物联网（IIoT）： 探讨IIoT的概念、关键技术和应用场景，包括设备互联、数据采集、边缘计算等。分析如何构建具备智能感知和互联能力的工业物联网平台。 人工智能（AI）与机器学习在工业中的应用： 介绍AI和机器学习在预测性维护、质量检测、工艺优化等方面的应用。探讨如何将AI算法部署到嵌入式设备上，实现智能化的边缘计算。 数字孪生（Digital Twin）： 阐述数字孪生的概念、构建方法及其在模拟仿真、性能优化和故障诊断中的价值。分析嵌入式系统如何为数字孪生提供实时数据支持。 人机协作与柔性制造： 探讨人机协作在未来工厂中的重要性，以及机器人技术、自动化仓储等如何提升生产柔性和效率。 本书内容紧密结合实际应用，力求从理论到实践，为读者提供一套系统性的工业自动化和嵌入式开发解决方案。无论您是相关专业的学生、技术工程师，还是对工业智能化感兴趣的从业者，本书都将是您学习和探索的宝贵资源。

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这本书在PLC应用部分的讲解，简直是教科书级别的典范。它没有局限于某一个特定品牌的PLC，而是选择了最具代表性的结构和编程语言进行深入剖析。我个人最喜欢的是它对梯形图（Ladder Diagram）的讲解，简直是把逻辑思维转化成图形语言的过程描绘得淋漓尽致。书里用了很多贴近实际生产场景的案例，比如电机正反转控制、星三角启动、定时器和计数器的应用，每一个例子都配有详细的输入输出点分配、硬件接线图以及对应的程序代码。这种“理论+实践”的模式，极大地降低了我们从书本知识到实际操作之间的鸿沟。更难能可贵的是，作者在讲解过程中，会穿插一些“陷阱”和“注意事项”，比如扫描周期对定时器精度的影响，或者I/O点分配的优先级问题，这些都是初学者在实际调试中经常会遇到的“坑”，提前知道能省去我大量摸索的时间。读完这部分，我感觉自己不再是只懂编程指令的“码农”，而是真正理解了控制逻辑的工程师。

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如果说有什么可以更加完善的地方，那就是对于工业网络通信部分的覆盖面可以再广一些。当然，我理解受篇幅和精深度的限制，本书主要聚焦于基础的电气控制和S7/FX系列PLC的经典应用，这已经做得非常到位了。不过，鉴于当前工业4.0的趋势，如果能在后续版本中增加一些关于Modbus RTU或Profinet等主流工业以太网基础概念的介绍，那就更完美了。目前书里涉及到的通信部分相对基础，虽然足够应对大多数离散制造场景的控制需求，但对于涉及数据采集和上位机监控的系统来说，可能需要额外补充资料。但这完全不影响本书作为入门和进阶核心教材的地位。它提供的是坚实的“内功”，有了这套内功，再去学习更前沿的通信协议，将会事半功倍。总体来说，它成功地建立了一个完整的知识体系框架，让读者知道自己在整个自动化金字塔中的位置。

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这本书带给我的最大价值，是建立起了一种系统性的、工程化的思维模式。在学习过程中，我深刻体会到作者不仅仅是在传授技术，更是在传递一种解决问题的思路。比如，在调试一个复杂的控制逻辑时，书里强调的“自上而下，分而治之”的排查方法，比盲目地检查每一个元件要高效得多。它引导我们首先检查电源和输入状态，然后分析程序逻辑的执行流程，最后再观察输出执行情况，这套流程被反复强调，已经成为了我处理故障时的第一反应。这种思维训练远比记住几个特定的指令或接线方法要宝贵得多。读完这本书，我不再惧怕面对那些复杂的、由成百上千个继电器和PLC指令构成的系统。它教会了我如何去“阅读”一个工业现场，如何将现实世界的物理运动，精准地映射到电子逻辑和程序代码中去。这是一种能力上的质的飞跃，是真正将知识转化为生产力的过程。

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从编辑和装帧来看，这本书的用心程度也显而易见。纸张的质量很好，印刷的清晰度极高，即便是那些密密麻麻的电路符号和PLC程序列表，看起来也毫不费力。尤其值得称赞的是，书中对不同电气元件的符号标注，完全符合最新的国家标准，这对于我们未来要接触各种图纸和规范至关重要。此外，书中的排版非常注重阅读体验，关键术语和公式都用粗体或不同字号进行了强调，使得我们在快速回顾知识点时，能够迅速定位到核心内容。我注意到作者在章节的末尾还设置了“本章小结”和“思考与练习”，这对于巩固学习效果非常有帮助。特别是练习题，很多都不是简单的概念重复，而是需要综合运用前面知识点才能解答的综合题，极大地锻炼了我的分析和解决问题的能力。一本好的技术书籍，不仅要内容硬核，这种外在的“体感”也同样重要，这本书在这方面做得非常出色。

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这本《电气控制与PLC技术》实在是一本厚重的宝藏，尤其是对于我们这些刚刚踏入自动化领域的新手来说。我记得我刚拿到书时，心里还有点忐忑，毕竟“电气控制”这四个字听起来就充满了复杂的电路图和晦涩的原理。然而，这本书的编排方式却出乎意料地友好。它不是那种堆砌公式和理论让你望而却步的教材，而是更像一位经验丰富的老工程师在手把手地带你入门。书里对继电器、接触器这些传统电气元件的讲解，深入浅出，配图清晰得让人感动。我尤其欣赏它在基础知识点上的铺垫，比如交流电和直流电的特性，三相电系统的基础知识，这些内容都讲解得非常扎实，为后续学习PLC编程打下了坚实的基础。很多其他资料在讲PLC时会直接跳过这些，但这本书却坚持把“为什么”讲透，而不是只告诉你“怎么做”。读完前几章，我对整个电气控制系统的基本框架有了清晰的认识，不再是看到线路图就头晕眼花，而是能大致分辨出主回路和控制回路的功能。对于一个初学者来说，这种由浅入深的引导，简直是量身定制的福音。

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