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出版者:机械工业出版社

作者:朱平编

出品人:

页数:233

译者:

出版时间:2002-8

价格:18.0

装帧:平装

isbn号码:9787111104780

丛书系列:

图书标签:

• 电气控制
• PLC
• 实训
• 自动化
• 电路
• 继电器
• 传感器
• 电机控制
• 工业控制
• 实验

深入探究：现代工业自动化与智能制造的基石 一、 工业控制系统的演进与核心技术 本书系统地梳理了当代工业控制技术的发展脉络，聚焦于从传统继电器控制向基于可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的现代化、智能化转型过程。 1.1 嵌入式系统与实时操作系统（RTOS） 详细阐述了现代工业控制器（如高端PLC和运动控制器）内部所依赖的嵌入式硬件架构。内容涵盖主流微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的选择标准、内存管理、中断处理机制，以及实时操作系统（RTOS）在确保控制任务高优先级、低延迟执行中的关键作用。重点分析了FreeRTOS、VxWorks等在工业现场的应用优势和局限性。 1.2 传感器与执行器的精确交互 本章深入探讨了工业现场数据采集的物理层技术。分析了各类精密传感器（如激光测距、视觉传感器、高精度编码器）的工作原理、抗干扰设计和信号调理技术。同时，对伺服驱动器、变频器（VFD）的电流环、速度环、位置环控制算法进行了细致的剖析，特别是如何通过优化PID参数实现对高速、高精度机械运动的精确控制。 1.3 现场总线与工业以太网 全面介绍了工业网络通信的层次结构和关键协议。内容详尽覆盖了传统的串行通信（如RS-485/Modbus RTU），到高速、确定性网络的演变。重点解析了EtherCAT、PROFINET IO、CC-Link IE等主流工业以太网协议的帧结构、同步机制和数据交换流程，并提供了在复杂多轴系统集成中的网络拓扑设计与故障诊断方法。 二、 高级过程控制与优化 超越了传统的开/关控制逻辑，本部分聚焦于如何利用先进算法提高生产过程的效率、稳定性和能耗管理。 2.1 过程建模与系统辨识 介绍建立复杂工业流程数学模型的方法论，包括基于第一性原理的模型推导和基于实验数据的系统辨识技术（如ARX、ARMAX模型）。强调了在线模型更新在应对设备老化和工艺变化时的重要性。 2.2 现代反馈控制策略 详尽阐述了先进过程控制（APC）的核心技术。深入讲解了模型预测控制（MPC）的原理、约束处理机制以及在大型化工、冶金过程中的应用案例。此外，还包括了鲁棒控制、自适应控制在应对模型不确定性时的设计思路。 2.3 模糊逻辑与神经网络在控制中的应用 探讨了如何将人工智能方法融入传统控制环路。分析了模糊推理系统（FIS）在处理专家经验和非精确信息方面的优势，并展示了基于深度学习的强化学习代理如何在仿真环境中学习最优控制策略，并将其部署到实际生产线上。 三、 工业物联网（IIoT）与数据驱动的智能制造 本章是连接OT（操作技术）与IT（信息技术）的桥梁，是实现工业4.0愿景的关键技术栈。 3.1 IIoT边缘计算架构 探讨了在生产现场部署边缘计算节点的必要性。内容包括边缘网关的硬件选型、数据预处理、本地数据存储策略（如InfluxDB在时间序列数据处理中的应用），以及如何实现云端与边缘端的数据协同和模型下发。 3.2 OPC UA与数据语义化 重点解析了OPC统一架构（OPC UA）在构建异构系统互操作性方面的标准作用。分析了其信息模型、安全机制（如证书管理）和面向服务的架构（SOA），以及如何利用本体论（Ontology）对采集到的过程数据进行语义化描述，为上层MES/ERP系统提供高质量输入。 3.3 预测性维护（PdM）的实施 详细介绍了基于状态监测的预测性维护系统的构建流程。从振动信号的傅里叶变换、峭度分析，到电机的电流指纹识别，系统地阐述了如何利用机器学习模型（如LSTM网络）来预测设备剩余使用寿命（RUL），并实现从被动维修到主动维护的范式转变。 四、 机器人与自动化产线集成 本部分关注于柔性制造单元和高精度装配任务的实现。 4.1 工业机器人运动学与动力学 深入分析了六轴工业机器人的正运动学、逆运动学解算方法，并介绍了D-H参数法的应用。随后，讲解了机器人轨迹规划算法，如S曲线加减速、多项式插补，以及如何避免关节冲突和奇异点。 4.2 机器视觉在质量检测中的应用 介绍了机器视觉在工业自动化中的核心地位。内容涵盖了高分辨率相机的选型、光源设计（如暗场、明场、同轴光）以增强特征对比度，以及图像处理算法，如亚像素级定位、缺陷的形态学分析和OCR技术在产品追溯中的集成。 4.3 协同操作与安全规范 探讨了人机协作（Cobots）的系统设计。重点分析了基于力矩限制和速度限制的安全标准（如ISO/TS 15066），以及如何在共享工作空间内，通过集成安全扫描仪和力反馈传感器，确保操作人员与自动化设备的安全共存。 --- 本书特色： 本书的编写立足于工程实践，理论结合前沿案例，旨在为系统集成工程师、过程控制专家以及从事智能制造研发的技术人员提供一套系统化、高深度的知识体系，助力其应对复杂工业环境下的技术挑战。

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从**版式设计和学习辅助工具**的角度来看，这本书的编排体现了极高的专业素养和对学习体验的关注。它的**色彩运用和图文布局**达到了专业级别的水准。所有电路图都统一采用了最新的行业标准符号，并且通过巧妙的色彩区分了电源线、控制线和信号线，这在复杂的控制系统拓扑图中，起到了**“视觉导航”**的作用，极大地减少了阅读时的认知负荷。更值得称赞的是，书的末尾附带的**“快速参考卡”**设计。它将最常用到的欧姆定律、三相功率计算公式、以及常用接触器选型表等信息，以可撕拉的形式集合在一起，方便我在实验室随时取用，无需翻阅厚厚的书本。这种细致入微的**“工具性”**设计，显示出编者对读者在紧张实操环境下需求的精准把握。如果说这本书有什么美中不足，或许是纸张的耐用性，在多次被带入车间和实验室后，书页边缘开始有些磨损，但内容质量绝对配得上更高的评价。

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读完这本书，我感觉自己像是完成了一次高强度的**实操训练营**。它的**动手指导性**是这本书最大的亮点。与其他很多只停留在“应该怎么做”的教材不同，这本书手把手地教你“具体如何操作”。我尤其欣赏它对**故障诊断**的步骤化描述。书中列举了十几种常见的控制回路故障——从接触器粘连到限位开关失灵——并为每一种故障提供了清晰的排查路径，附带了详细的万用表测量点和预期读数。这种**“遇到问题，立即能找到解决方案”**的即时反馈机制，极大地增强了我在实验室独立操作的信心。例如，书中关于直流调速系统调试的章节，不仅描述了电枢电压控制和磁场削弱控制的区别，还配有实物接线图和调试参数的调整顺序，让我能迅速将书本知识转化为实际操作。书中的许多项目都非常贴近工厂实际生产线的场景，感觉编写者是真正身处一线，深知学员在实训过程中会遇到的陷阱和难点。这本书与其说是本教材，不如说是一本**高级技工的实战手册**。

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这本书在**系统集成和未来趋势**的切入点上，展现了超越传统教材的**前瞻性视野**。它没有将自己局限在传统的继电器或老式PLC的范畴内，而是用相当的篇幅探讨了现代工业自动化中越来越重要的**HMI（人机界面）设计原则和数据可视化**。书中展示了如何通过组态软件搭建一个直观的、符合人因工程学的操作界面，并将其与后端的PLC程序进行有效的数据绑定。这种对**“人机交互”**的重视，让我意识到，现代电气控制工程师不仅仅是接线和编程的专家，更是系统操作流畅度的设计师。书中对于**网络化控制架构**的讨论也十分到位，它清晰地对比了集中式控制和分布式控制的优缺点，并结合具体的案例说明了在不同规模的生产线上应如何进行技术选型。这本书成功地架起了传统电气技能与现代工业4.0要求的桥梁，确保了读者学到的知识不会在几年内被迅速淘汰。

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这本书的**叙事风格**非常**引人入胜**，它巧妙地将枯燥的电气规范融入到生动的案例故事中。它不像传统的教科书那样板着脸孔，而是用一种更接近**经验传承**的方式来展开内容。比如，在介绍电机保护时，作者插入了一段关于早期工厂电气事故的描述，说明了为什么现在必须采用热继电器和短路保护的组合，这种历史背景的引入让规范显得不再是冰冷的条文，而是血泪换来的经验总结。在讲解电气设计规范时，它会引用多个国际和国内标准，但高明之处在于，它不会堆砌条文，而是**聚焦于“为什么”**——为什么要选择IP防护等级更高的箱体，为什么要进行可靠的接地设计。这种**“背后的逻辑”**的揭示，使得我们不仅知道该做什么，更能理解规范的深层意义。对于初学者来说，这本教材极大地降低了理解专业规范的门槛，让学习过程充满探索的乐趣，让人忍不住一页一页地往下翻。

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这本《电气控制实训》的**理论深度**简直让人眼前一亮，尤其是在讲解继电器逻辑和可编程控制器（PLC）编程原理的那几章。作者并没有停留在浮于表面的概念介绍，而是深入剖析了各种电气元件在实际电路中的工作机制。比如，在讲解三相异步电动机的星形-三角形启动切换时，书中详细绘制了不同时刻的电气原理图和时序逻辑图，甚至还加入了对不同启动方式（如自耦减压启动、软启动）的性能对比分析，这种严谨的学术态度非常值得称赞。我特别喜欢它对**传感器信号处理**部分的阐述，它不仅仅是告诉你“这个传感器输出的是0到10伏的模拟量”，而是细致地解释了如何在PLC中进行标定、滤波以及如何应对环境噪声的干扰，这对于我这个刚从理论转向实践的初学者来说，提供了极其宝贵的实战经验。书中的图例清晰，公式推导详略得当，使得复杂的电磁兼容性（EMC）设计原则也能被相对容易地理解和应用。如果说有什么可以改进的地方，或许是希望能在高级篇章中多加入一些关于工业以太网和现场总线（如Profibus或EtherCAT）的实际案例，但总的来说，作为一本奠定坚实理论基础的参考书，它的价值无可替代。

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