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出版者:机械工业出版社

作者:林育兹等编

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2006-1

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111177487

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《工业自动化技术概论》 内容简介 在现代工业生产的滚滚洪流中，自动化技术扮演着至关重要的角色，它不仅是提高生产效率、保证产品质量的关键，更是推动产业升级、实现智能化制造的基石。本书《工业自动化技术概论》正是聚焦于这一宏大主题，旨在为广大读者，特别是初涉工业自动化领域的工程师、技术人员、在校学生以及对此领域充满好奇的业外人士，提供一个全面、系统且深入浅出的技术导览。我们力求摆脱繁杂的理论堆砌，以清晰的脉络和实用的视角，展现工业自动化技术的广阔图景及其核心要素。 本书的结构设计充分考虑了读者的学习路径，从宏观概念的梳理，到微观技术的剖析，再到系统集成与未来趋势的展望，层层递进，步步为营。 第一篇：工业自动化的基石——传感器与执行器 任何自动化系统的感知与执行能力，都离不开末端设备的支持。本篇将深入探讨工业自动化中最基础也最核心的两个组成部分：传感器和执行器。 传感器：工业的“眼睛”与“耳朵” 我们将从传感器的工作原理出发，详细介绍各类传感器的基本类型及其在工业环境中的应用。 检测原理剖析： 涵盖了光学传感器（如光电开关、接近开关）、磁性传感器（如霍尔传感器、磁阻传感器）、温度传感器（如热电偶、热电阻、红外测温仪）、压力传感器、液位传感器、流量传感器、力传感器、位移传感器（如编码器、线性位移传感器）、气体传感器等。对于每种传感器，我们都将阐述其物理感应机制，例如光学传感器的光束遮断或反射原理，磁性传感器的磁场变化感应，温度传感器的热电效应或电阻变化特性等。 技术特性与选型指南： 深入剖析关键技术参数，如精度、分辨率、响应时间、量程、输出信号类型（模拟量如4-20mA、0-10V；数字量如NPN/PNP集电极开路、RS485等）、防护等级（IP等级）、耐温耐压性能等。提供详实的选型方法，指导读者如何根据具体的应用场景、被测对象的物理特性、环境条件以及后续控制系统的接口要求，选择最合适的传感器。例如，在易燃易爆环境中，会强调本安型或隔爆型传感器的必要性；在潮湿环境中，会突出高IP防护等级的重要性。 工业应用实例： 通过大量生动的工业应用案例，展示传感器在不同行业的实际部署。例如，在汽车制造流水线上，利用接近开关和光电开关进行工件到位检测与定位；在化工生产中，使用压力传感器和液位传感器监控反应釜状态；在食品包装行业，通过视觉传感器进行产品外观检测和缺陷识别；在物流仓储中，利用条形码扫描器和RFID标签进行物品追踪。 执行器：工业的“手”与“脚” 传感器获取信息，而执行器则将控制指令转化为实际的物理动作，驱动生产过程。本篇将重点介绍各类执行器。 动力驱动： 电机类执行器： 深入讲解交流电机（感应电机、同步电机）、直流电机（有刷、无刷）、步进电机、伺服电机的工作原理、特性曲线、调速方式（变频调速、PWM脉宽调制）及其在工业中的广泛应用。尤其会突出伺服系统在精密运动控制中的优势。 气动执行器： 详细介绍气缸（单作用、双作用）、气动马达、气动阀门驱动器等，阐述其工作原理、特点（响应快、结构简单、易于防爆）以及在自动化生产线上的应用，如夹持、推移、旋转等。 液压执行器： 讲解液压缸、液压马达等，分析其高功率密度、承载能力强的优点，并探讨其在重型机械、压力机等领域的应用。 控制元件： 电磁阀： 作为气动和液压系统的关键控制部件，详细介绍其结构、工作原理、通断控制方式以及不同规格（两位三通、两位五通等）的选择。 继电器与接触器： 讲解它们作为电气控制中的基本开关元件，如何实现电路的接通与断开，以及其在功率控制中的应用。 变频器： 重点介绍变频器在交流电机调速中的作用，包括其工作原理、控制方式（V/f控制、矢量控制）以及节能效果，并讨论其在泵、风机、传送带等设备上的应用。 集成应用： 阐述执行器如何与传感器协同工作，构成完整的自动化控制单元。例如，机器人手臂由伺服电机驱动，并通过传感器反馈实时位置信息，实现精确的轨迹控制。 第二篇：工业自动化的“大脑”——控制系统 控制系统是工业自动化的核心，它接收来自传感器的数据，经过分析处理，发出指令给执行器，从而实现对生产过程的精确调控。本篇将聚焦于当下主流的工业控制系统。 工业计算机（IPC）与嵌入式系统 IPC在工业中的角色： 介绍工业计算机在数据采集、过程监控、人机交互（HMI）、上位机运算等方面的功能，以及其相较于商用PC的优势，如高可靠性、宽温工作范围、抗震动、防尘等。 嵌入式系统： 讲解嵌入式系统在自动化设备中的作用，包括其资源受限但功能专用、实时性要求高等特点。 工控软件平台： 讨论在IPC和嵌入式系统中运行的各类工控软件，如SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）、HMI组态软件等，以及它们如何实现对生产数据的可视化监控和管理。 分布式控制系统（DCS） DCS的架构与特点： 详细阐述DCS的集中管理、分散控制的系统结构，介绍其控制器、I/O模块、通信网络、工程师站、操作员站等组成部分。强调DCS在大型连续生产过程（如石化、电力）中的高可靠性、易扩展性、集成化管理能力。 DCS在复杂流程控制中的优势： 分析DCS如何通过先进的控制算法（如PID控制、串级控制、前馈控制）实现对工艺参数的稳定控制，以及其在报警管理、故障诊断、历史数据记录等方面的强大功能。 过程控制与离散控制 过程控制： 重点讲解在化工、冶金、电力等连续生产过程中，如何通过PID（比例-积分-微分）控制器等算法，对温度、压力、流量、液位等模拟量进行精确调节，以维持工艺参数在设定值附近稳定波动。 离散控制： 介绍在机械制造、装配、包装等顺序动作控制场景下的应用，例如利用逻辑控制实现工序的先后顺序、条件判断和循环控制。 工业网络通信 现场总线技术： 深入探讨现场总线（如PROFIBUS, CC-Link, DeviceNet, EtherNet/IP）在连接传感器、执行器与控制器之间的作用，分析其相较于传统点对点连接的优势，如降低布线成本、提高通信速率、增强系统灵活性和诊断能力。 工业以太网： 讲解工业以太网在现代自动化系统中的普及，以及其在实现跨设备、跨系统之间高速、可靠数据交换方面的关键作用。 通信协议： 介绍各种工业通信协议，包括它们的层次结构、报文格式以及在不同应用场景下的特点。 第三篇：工业自动化的集成与发展——系统集成与智能制造 自动化技术并非孤立存在，其价值的实现往往在于如何将其有机地集成到整个生产体系中，并与新兴技术融合，迈向更高级别的智能制造。 系统集成 从单机自动化到区域自动化再到全厂自动化： 阐述自动化系统从独立设备控制，发展到区域生产单元协调，直至实现全厂生产流程的整体优化过程。 集成化的挑战与解决方案： 讨论在多品牌、多技术方案混杂的工业环境中，实现系统集成的技术难点，如协议兼容性、数据共享、系统互联互通等，并介绍相应的集成策略和方法。 MES（制造执行系统）与ERP（企业资源规划）的协同： 探讨MES如何作为连接生产现场与企业管理层的信息桥梁，实现生产计划的执行、资源管理、质量追溯等功能，并与ERP系统实现数据联动，优化整个生产价值链。 工业物联网（IIoT） IIoT的核心概念与架构： 讲解IIoT如何将物理世界的工业设备、生产过程与互联网连接，实现数据的实时采集、传输、分析与共享。分析其典型的三层架构：感知层（传感器）、网络层（通信）、应用层（数据分析、决策支持）。 IIoT在工业中的价值： 探讨IIoT如何实现设备远程监控与诊断、预测性维护、生产过程优化、能源效率提升、供应链可视化等，从而为企业带来显著的经济效益和管理提升。 数据驱动的决策： 强调IIoT产生海量数据的重要性，以及如何利用大数据分析技术，从中挖掘有价值的信息，支持更精准、更科学的生产决策。 人工智能（AI）在工业自动化中的应用 AI技术概览： 简要介绍机器学习、深度学习、计算机视觉、自然语言处理等AI技术在工业领域的应用潜力。 具体应用场景： 深入探讨AI在智能检测（缺陷识别、尺寸测量）、预测性维护（设备故障预警）、智能排产（优化生产计划）、机器人自主导航与作业、工艺参数自适应优化等方面的具体实践。 人机协作： 讨论AI如何赋能人类操作员，提升工作效率和安全性，实现人机协同的智能生产模式。 未来趋势展望 智能化工厂（Smart Factory）： 描绘智能化工厂的蓝图，强调其高度自动化、智能化、柔性化、信息化的特征。 数字孪生（Digital Twin）： 介绍数字孪生技术如何通过构建物理实体的虚拟副本，实现对产品全生命周期（设计、制造、运维）的模拟、优化与预测。 工业4.0与工业5.0： 结合工业4.0的核心理念（互联、信息透明、技术协助），展望正在兴起的工业5.0（以人为本、可持续性、韧性），探讨技术发展对人类劳动和社会形态的深远影响。 本书力求语言通俗易懂，图文并茂，通过丰富的案例分析，帮助读者将理论知识与实际应用紧密结合。我们希望通过《工业自动化技术概论》的学习，读者能够对工业自动化的全貌有一个清晰的认识，掌握核心技术，并为迎接工业自动化领域的未来挑战做好充分的准备。

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说实话，我购买这本书是抱着试一试的心态的，因为市面上关于PLC的书籍已经饱和，大多数都是在重复劳动，没有什么创新点。然而，这本书的第四章关于故障诊断和排除的部分，完全颠覆了我的认知。作者没有仅仅停留在告诉我们“如何编写程序”的层面，而是深入剖析了“程序为什么会出错”以及“出错后如何快速定位和修复”。书中提供了大量的典型故障场景模拟和对应的诊断流程图，这些图表绘制得极其清晰、逻辑严密，甚至连不同品牌PLC的细微差异都有所涉及。我曾在实际工作中为一个棘手的间歇性停机问题焦头烂额，翻阅了许多资料无果，最后竟然在这本书的一个小小的案例分析中找到了灵感。这种实用主义的写作风格，体现了作者深厚的实践积累，而不是纯粹的纸上谈兵。它更像是一本高级工程师的“备忘录”，值得每一个身处生产一线的人珍藏。

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这本书的封面设计简直是工业风的典范，深邃的蓝色调配上清晰的白色字体，给人一种专业、严谨的感觉。光是拿到手里，那种厚重感就让人对手中的内容充满了期待。我本来以为这会是一本枯燥的技术手册，但翻开后发现，作者的文字功底非常扎实，逻辑层次感极强。它不是那种堆砌公式和晦涩术语的教科书，而是更像一位经验丰富的工程师在手把手地教你如何思考和解决实际问题。书中对一些基础概念的阐述，比如离散量和模拟量处理，都做了非常生动的比喻，让我这个初学者也能迅速抓住核心要点。特别是关于定时器和计数器的应用实例分析，简直是教科书级别的讲解，既有理论深度，又紧密贴合工厂自动化生产线的实际需求。我已经开始计划，准备用书中的方法论来优化我手头上的一个老旧控制系统了。这本书的价值，远超它的定价。

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我是一个偏向理论研究的读者，关注的是底层原理和未来趋势。这本书在理论深度上的挖掘，让我感到惊喜。它不仅仅局限于介绍某一个特定型号的PLC，而是深入探讨了数字逻辑电路在控制器内部的实现原理，以及现代工业以太网通信协议在PLC网络中的作用。书中对实时性、确定性和多任务调度的讨论，虽然篇幅不长，但分析得非常透彻，完全可以作为深入研究的参考起点。特别是关于嵌入式系统如何影响新一代PLC架构的论述，非常具有前瞻性，让我对行业的发展方向有了更清晰的判断。如果说市面上的大多数书是教人“使用工具”，那么这本书则是在教人“理解工具背后的科学”。对于希望从操作层面跃升到设计层面的读者来说，这绝对是一本不可多得的宝典。

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坦白讲，这本书的内容结构安排显得非常“任性”，但也正是这种“任性”构建了它的独特魅力。它没有完全遵循传统的“硬件介绍-指令集-应用实例”的线性结构，而是采用了一种更贴合实际项目进度的螺旋式上升方式。读者在初期可能需要接受一些看似跳跃的概念，但随着阅读的深入，你会发现作者巧妙地将这些前期铺垫的知识点在后续的应用案例中完美地串联起来。这种设计要求读者必须保持较高的专注度和主动思考能力，因为它不会把所有答案都喂到嘴边。我个人认为，这种挑战性反而激发了我的学习热情。当你通过自己的努力理解了那些看似复杂的跳转和数据块管理时，那种成就感是无与伦比的。这本书需要的不是一个被动的接受者，而是一个主动的探索者。

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这本书的排版和插图处理水平，简直是业界良心。在阅读技术书籍时，视觉疲劳是常有的事，但翻开这本书，我感觉非常舒服。图文比例拿捏得恰到好处，每一个电路图、每一个梯形图，都清晰到可以看清每一个触点和线圈的标记。更值得称赞的是，作者在介绍复杂算法和状态机设计时，使用了大量的流程图和时序图，这些辅助图形极大地降低了理解难度。我特别欣赏它对软件结构化编程理念的强调，它不像一些老旧的教材那样只教你“怎么做”，而是着重讲解“为什么这样设计更优”。通过对比不同的编程范式，作者引导读者构建起一套健壮的、可维护的控制系统设计思维。这种从宏观到微观，再回归到系统层面的讲解方式，使得知识点之间形成了一个有机的整体，而不是孤立的知识点碎片。

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