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出版者:人民邮电

作者:阮友德 编

出品人:

页数:210

译者:

出版时间:2007-10

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787115166036

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 实训
• 基础
• 入门
• 电气控制
• 编程
• 技术
• 教程

好的，这是一本关于先进制造技术与智能工厂集成的图书简介。 --- 图书名称：现代工业控制系统与边缘智能集成：面向工业4.0的实践探索 内容概述 本书深入探讨了在当前工业4.0浪潮下，现代工业控制系统（ICS）如何与前沿的边缘计算、物联网（IoT）技术以及人工智能（AI）算法进行深度融合，构建高效、可靠、自适应的智能制造执行环境。全书紧密围绕“系统集成”与“智能决策”两大核心主题展开，旨在为工程师、系统架构师和技术管理者提供一套从理论基础到工程实践的全面指南。 本书摒弃了传统控制理论的纯理论阐述，而是聚焦于如何将分布式控制、信息物理系统（CPS）的理念，通过现代网络架构和数据处理技术落地到实际的生产线上。 第一部分：现代工业网络架构与异构系统集成 本部分着重于构建支撑智能制造的通信基础和系统骨架。在自动化领域，系统之间的互操作性和数据透明度是实现智能化的前提。 1. 新一代工业通信协议栈解析： 详细介绍了TSN（时间敏感网络）在实时性保障方面的应用，以及EtherCAT、Profinet等现有主流现场总线与TSN的兼容性策略。重点分析了OPC UA作为跨平台、跨领域数据集成标准的作用，以及它在安全通信和数据语义化方面的实践。 2. 工业物联网（IIoT）平台架构： 阐述了从现场设备层（传感器、执行器）到云端数据中心的完整数据流路径。重点介绍了数据采集与预处理网关的设计原则，包括如何实现对不同厂商、不同协议的PLC、CNC设备的数据“无缝”接入，避免传统“数据孤岛”现象。探讨了MQTT、AMQP等轻量级消息协议在工业环境中的优化配置与可靠性保障机制。 3. 信息物理系统（CPS）建模与仿真： 讲解如何利用模型驱动的设计（MDD）方法，对复杂的机电耦合系统进行高保真建模。引入数字孪生（Digital Twin）的概念，不仅限于几何模型，更关注于行为模型、状态模型的实时同步与双向交互。讨论了基于模型的系统验证（MBSV）在确保集成系统稳定运行中的关键作用。 4. IT/OT融合的安全策略： 随着网络边界的消失，网络安全成为集成系统的生命线。本部分深入剖析了IEC 62443系列标准在OT环境下的应用。内容涵盖了网络分段（Purdue模型的高级应用）、身份验证与访问管理（IAM）在工业控制网络中的特殊要求，以及针对特定工控协议的入侵检测系统（IDS）的部署实践。 第二部分：边缘计算与实时数据智能处理 本部分是本书的核心创新点，专注于如何将计算能力推向生产现场，实现低延迟、高可靠的局部智能决策。 1. 边缘计算在控制层的部署： 分析了边缘计算节点（如工控机、高性能HMI）与传统PLC的职责划分。重点讨论了实时操作系统（RTOS）与Linux容器化技术（如Docker/Kubernetes的轻量级部署）在边缘侧的结合策略，以支持快速迭代的应用部署。 2. 现场数据清洗与特征工程： 工业数据的“脏”是阻碍AI应用的主要障碍。本章提供了针对振动、电流、温度等时间序列数据的实时降噪、基线漂移校正、缺失值插补的算法实现与优化。强调了如何根据特定工艺要求，手工和自动提取高价值的工艺特征。 3. 嵌入式机器学习模型部署： 探讨了如何将针对大型数据集训练的AI模型（如深度学习模型）进行模型压缩、量化与剪枝，使其能够在资源受限的边缘设备上进行高效推理。详细介绍了ONNX Runtime等跨平台推理框架在工业边缘部署中的应用案例。 4. 基于边缘的闭环控制优化： 这一章节探讨了“预测性维护（PdM）”和“实时质量检测（RQM）”如何从云端分析转变为边缘即时响应。例如，如何利用边缘侧的分类模型对传感器信号进行即时异常判断，并触发PLC进行降级运行（Degraded Mode）或安全停车，而非等待云端指令。 第三部分：高级自适应控制与系统验证 本部分将焦点从数据与计算转移到控制逻辑的智能化和系统的整体可靠性验证上。 1. 自适应控制策略的数字化实现： 介绍了基于模型预测控制（MPC）在复杂多变量系统中的应用。重点讲解了如何利用实时采集的工艺数据，在边缘侧动态调整MPC的预测模型和约束条件，以应对原材料波动或设备老化带来的系统变化，实现过程参数的自适应优化。 2. 强化学习（RL）在过程优化中的潜力： 探讨了RL算法（如DQN, PPO）如何被用于探索和学习传统PID或固定控制规则难以达成的最优操作点。特别关注了在安全约束环境下，如何设计奖励函数和安全过滤器，确保RLAgent的试错过程不会危及生产安全。 3. 智能系统的功能安全与可靠性工程： 集成大量IT组件的系统，其功能安全（Functional Safety, FuSa）评估变得更加复杂。本书引入了安全生命周期管理的概念，讲解如何对集成AI决策模块的控制回路进行SIL（安全完整性等级）评估，以及如何设计合理的故障注入测试（Fault Injection Testing）来验证系统的鲁棒性。 4. 跨域系统集成验证流程： 提供了从概念设计到现场调试的完整验证框架。强调了硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）仿真环境的构建，特别是如何将边缘智能模型的推理延迟和网络抖动等IT因素，准确地纳入到实时控制系统的性能测试中，确保集成后的系统满足最终的生产指标。 目标读者 本书适合于从事自动化、机电一体化、过程控制、智能制造工程的高级技术人员、系统集成工程师、研发工程师，以及希望深入理解未来工厂底层逻辑的高校师生和技术管理人员。它假设读者已具备基础的电气、自动化知识背景。

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本书在故障诊断和维护方面的探讨，简直是为现场工程师量身定制的“急救手册”。在工业现场，代码写对只是完成了任务的一半，更重要的是，当设备停机时，如何在最短时间内定位问题并解决它。这本书并没有将故障排除视为独立的章节，而是巧妙地将其融入到了每个实训模块的“高级应用”部分。比如，在讲解PID闭环控制时，作者专门用了一节来讨论“如何通过监控寄存器中的偏差值来判断是传感器信号失真还是执行器响应迟缓”。这远比教科书上那种笼统的“检查接线”要具体得多。此外，书中对不同类型报警信息的含义解析非常详尽，并提供了一套标准的故障排查流程图。我个人最受启发的是关于程序备份和版本管理的章节，作者强调了在项目交付前必须进行哪些关键性的校验工作，这对于规范操作流程、减少人为失误有着不可替代的指导作用。它教会了我如何像一个职业工程师一样去思考和操作，而不是仅仅停留在完成功能代码的层面。

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这本书的价值在于其强烈的实践导向，它成功地搭建了一座从理论知识到实际工作岗位之间的桥梁。我感受最深的是，作者在书中反复强调了不同品牌PLC之间的“思维差异”而非仅仅是“语法差异”。比如，在介绍西门子S7系列和三菱FX系列编程逻辑对比时，作者清晰地指出了两者在内存组织和数据块调用上的哲学区别，这使得读者在接触新平台时能够快速“切换频道”。此外，书中附带的资源列表非常实用，推荐了一些开源的仿真工具和行业标准文档的获取渠道，这极大地拓展了我的学习边界，让我可以跳出教材本身的限制，去探索更广阔的工业自动化世界。这本书的结构设计非常适合用于一个完整的学期课程，前半部分打基础，中间部分靠案例提升能力，后半部分则侧重于系统集成和项目优化。它不仅仅是一本“教会你如何编程”的书，更是一本“教会你如何成为一个能解决问题的自动化工程师”的指南。阅读完后，我对进入实际项目充满信心。

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从排版和可读性来看，这本书无疑是行业内的佼佼者。很多技术手册都会犯的通病是，内容堆砌得太满，字体小得像蚂蚁爬，让人望而生畏。然而，这本书在视觉设计上显然是下了血本的。它采用了大量的留白，将关键的代码块、错误信息和注意事项用醒目的色块或边框单独拎出来，形成了极佳的阅读层次感。更让我欣赏的是，它对不同编程语言的支持和切换处理得非常流畅。我注意到书中包含了梯形图（LD）、指令表（STL）以及部分结构化文本（ST）的示例对比。在讲解一个复杂的数学运算时，作者没有简单地给出其中一种语言的实现，而是并列展示了三种语言的写法，并用表格对比了它们的执行效率和可读性差异。这对于那些需要在不同厂商设备间进行迁移，或者想深入理解底层逻辑的读者来说，提供了极大的便利。这种兼顾初学者友好度和高级用户需求的平衡感，是很多同类书籍难以企及的。每一次翻阅，都能感受到内容设计者对读者体验的细致关怀。

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读完前几章，我不得不说，作者在案例设计的深度和广度上确实下了一番功夫。很多入门级的PLC教程，案例往往局限于“交通灯控制”或“星三角启动”这种过于简单的场景，对于那些希望解决实际工业问题的工程师来说，吸引力有限。但这本教材给出的实训案例明显高了一个层次。例如，它详细剖析了一个小型包装流水线的动作逻辑，这个案例涉及到定时器、计数器、数据寄存器的综合运用，以及如何处理急停和故障报警这些突发情况。作者不仅仅是展示了代码，更重要的是，他深入分析了设计思路背后的逻辑考量——为什么在这个节点使用跳转指令而不是子程序？如果流量传感器发生漂移，程序应该如何容错？这种对“工程思维”的强调，远比单纯的语法教学来得宝贵。我尝试着按照书上的步骤，在自己的虚拟仿真环境中复现了几个案例，发现书中的注释和关键步骤提示非常精准，几乎没有遇到需要反复查阅手册才能解决的困惑点。这种紧密贴合实际生产需求的案例库，极大地提升了我的实战信心，让我感觉自己不仅仅是在学习一门技术，而是在掌握一套解决实际问题的工具集。

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这本书的封面设计非常吸引人，简洁而专业，那种深蓝色的背景配上醒目的橙色字体，一下子就能让人感受到这是一本技术性很强的实用教材。我原本对PLC的了解仅限于一些理论概念，实操经验几乎为零，所以拿到书后，首先就是抱着“能不能真正帮我入门”的心态去翻阅的。我的期望是，它能像一个手把手的师傅一样，把我从最基本的元件符号讲起，然后逐步深入到实际的逻辑编程。这本书在初期的内容组织上做得相当到位，它没有一开始就抛出一大堆复杂的指令集，而是花了大量的篇幅讲解了PLC的硬件结构、I/O点的分配，以及不同类型传感器的选型和接入方式。对于我这种需要从零开始的学习者来说，这种循序渐进的铺垫至关重要，它建立了一个扎实的理论基础，让我明白“为什么”要这么做，而不仅仅是“怎么”做。特别是关于安全回路的设计部分，作者用了非常形象的比喻来解释继电保护的原理，即使是初次接触电路的人也能很快抓住要点。书中的插图清晰度极高，每一个接线图都标注得一清二楚，这在实际操作中简直是救命稻草，避免了因为看错一个接线端子而导致整个系统调试失败的窘境。总而言之，这本书在入门阶段的引导性上表现出色，成功地降低了初学者的心理门槛。

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