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出版者:北京大学出版社

作者:赵敏

出品人:

页数:203

译者:

出版时间:2006-3

价格:22.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787301099629

丛书系列:

图书标签:

• 设备控制
• 自动化
• 工业控制
• PLC
• 单片机
• 嵌入式系统
• 传感器
• 执行器
• 控制系统
• 电气工程

现代农业灌溉系统设计与优化 书籍简介 本书深入探讨了现代农业灌溉系统的设计、运行、维护与优化，旨在为农业工程师、农田水利专业人员以及相关领域的研究人员提供一套全面、实用的技术指南。在当前全球水资源日益紧张和对粮食生产效率要求不断提高的背景下，高效、精准的灌溉技术已成为保障农业可持续发展的关键。本书摒弃了传统灌溉方式的弊端，聚焦于如何利用现代技术手段，实现水资源的节约化利用和作物需水量的精确匹配。 第一章：农业灌溉系统的基础理论与发展 本章首先界定了现代农业灌溉的概念及其在农业生产中的战略地位。详细阐述了灌溉过程中的水分平衡原理、土壤水力学特性，以及不同作物在生长周期内对水分的需求规律。我们回顾了传统漫灌、沟灌等方式的局限性，引出高效节水灌溉技术（如喷灌、滴灌、微喷灌）的产生背景和技术优势。重点分析了气候、土壤类型、地形坡度等环境因素如何影响灌溉系统的初步选型。此外，本章还涵盖了相关国家和国际标准，为后续的设计工作奠定理论基础。 第二章：灌溉系统规划与水源工程 成功的灌溉系统始于科学的规划。本章侧重于灌溉工程的宏观规划层面。内容包括灌溉区划的确定、灌溉制度的制定，以及用水需求量的精确估算方法。在水源工程方面，本书详细介绍了地表水、地下水、非常规水源（如再生水）的勘察、评价与开发利用技术。对于泵站设计，我们深入分析了水泵选型、机组配置、节能运行策略，以及配套的电气控制系统的基础要求。此外，本章也讨论了水库、渠道、管道等输水建筑物的水力计算与安全评估。 第三章：高效节水灌溉技术详述 这是本书的核心章节之一。我们对当前主流的高效节水灌溉技术进行了深入的剖析： 1. 喷灌系统设计与应用： 包括固定式、移动式、指针式喷灌的设计参数、喷头选型、管网布局的优化计算，以及如何处理不同风速和气温条件下的均匀度问题。 2. 滴灌与微喷灌技术： 重点讲解了滴头的设计原理、水力特性、滤网的选择与维护，以及如何针对不同作物（如大田作物、经济作物、温室作物）设计合适的滴灌带布局。特别引入了压力补偿技术在复杂地形下的应用。 3. 低压管道输水技术： 探讨了优化管径、减少水头损失的方法，以及管网的水力平衡分析。 第四章：灌溉系统水力与结构设计 本章转向具体的工程设计细节。首先是管网的水力计算，包括总水头损失的计算、管网节点压力分析，以及压力波动与水锤现象的预防措施。在结构设计方面，本书详细介绍了渠道防渗技术、管道铺设的力学分析、阀门和水表的安装规范。针对自动化灌溉需求，本章也初步引入了远程监测点位的布置原则和基础设备选型。 第五章：灌溉自动化与智能化控制 面对现代农业对精准控制的需求，本章聚焦于灌溉的智能化升级。详细介绍了传感技术在土壤水分、气象参数、作物生理指标监测中的应用。内容覆盖了各种传感器的工作原理、数据采集与传输方式。在控制系统层面，本书深入探讨了可编程逻辑控制器（PLC）在灌溉调度中的应用架构、软件逻辑设计，以及如何实现基于预设模型的自动启停和变量控制。此外，还介绍了无线通信技术（如LoRa、NB-IoT）在实现远程监控和故障预警中的作用。 第六章：灌溉系统的运行管理与维护 一个设计优良的系统，必须依靠精细的管理才能发挥最大效能。本章提供了系统的操作规程和维护手册。内容包括启动调试的步骤、常规运行参数的监控指标、水质对灌溉设备堵塞的影响及清洗策略（化学清洗与物理清洗）。此外，详细阐述了冬季灌溉系统的防冻保护措施，以及设备（泵、阀门、过滤器）的定期检查与更换周期。重点强调了运行数据记录与分析在系统持续优化中的重要性。 第七章：水肥一体化技术与营养液管理 水肥一体化是实现作物精准营养供给的关键技术。本章详细解析了不同施肥灌溉技术（如文丘里管、计量泵、文丘里混合器）的工作原理与适用场景。书中提供了大量关于营养液配方设计、流量控制、施肥均匀度校核的实用案例。特别关注了不同作物在不同生长阶段对氮、磷、钾及微量元素的需求曲线，以及如何通过智能系统动态调整肥液浓度和灌溉频率。 第八章：灌溉系统的经济性分析与可持续性评估 本书最后一部分着眼于工程的可持续发展。详细介绍了灌溉系统的投资估算、运营成本分析（能源消耗、人工维护、折旧）。通过建立成本效益模型，帮助读者评估不同灌溉方案的经济合理性。在可持续性方面，探讨了灌溉对地下水补给、土壤盐碱化趋势的影响评估方法，以及如何通过优化设计来最小化灌溉对区域生态环境的负面效应，实现水资源的高效、环境友好的循环利用。 本书图文并茂，配有大量工程实例、设计图例和计算表格，是从事现代农业水利工程设计、施工、运营管理人员的必备参考书。

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坦率地说，这本书的内容广度令人印象深刻，它几乎涵盖了从基础的电气原理到高级的自适应控制的各个层面。然而，这种广度是以牺牲深度为代价的。对于每一个技术点，作者都像是在进行一次快速的巡礼，点到为止，但没有深入挖掘其背后的工程权衡（Engineering Trade-offs）。例如，在讨论数据采集与监控系统（SCADA）时，书中提到了 OPC UA 协议，并强调了其互操作性优势。但对于 OPC UA 在低带宽、高延迟网络环境下的性能瓶颈，以及如何通过本地缓存和消息队列机制来保证数据在网络中断期间不丢失，这些关键的优化策略却未被提及。一个优秀的控制系统设计者，其核心能力在于权衡成本、性能、可靠性和可维护性。这本书虽然提供了性能的理论基准，但在如何根据实际预算和环境限制做出最佳折衷的决策流程上，指导性不足。它更像是一本技术“百科全书”，而不是一本“决策指导手册”。我希望能看到更多关于不同技术路线的对比分析，比如，在某个特定场景下，为什么我们选择基于图像识别的视觉检测而非传统的激光测距传感器进行定位，并且这种选择在维护成本和长期精度上的具体表现如何。

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这套《设备控制技术》在结构上似乎更偏向于“电气控制”和“自动控制理论”的传统划分，对于“信息物理系统”（CPS）和“边缘计算”在设备控制中的前沿应用，讨论得有些滞后。例如，书中对于嵌入式系统的介绍，主要集中在传统的微控制器（MCU）编程和实时操作系统（RTOS）的基本概念上，对于当前工业界广泛采用的基于高性能ARM架构的SoC（System-on-Chip）如何集成传感器融合、AI推理模块以及通信协议栈，缺乏深入的介绍。当代设备控制正朝着高度集成、软硬件协同演进的方向发展，控制算法越来越需要运行在具备强大计算能力的边缘设备上，以实现更快的决策速度。这本书的视角似乎还停留在传统的“控制器+外设”的范式中。如果读者想了解如何利用边缘AI加速器（如NVIDIA Jetson或Intel Movidius）来实现对复杂机械故障的早期预测性维护，并将其控制逻辑无缝集成到上位机SCADA中，那么这本书提供的框架会显得有些过时和不足。它奠定了坚实的理论地基，但顶层建筑的设计理念未能跟上技术快速迭代的步伐。

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这本书的文字风格呈现出一种非常鲜明的学院派气息，结构严谨，术语使用精确无误，但阅读起来的“趣味性”和“代入感”几乎为零。它就像一份冷冰冰的官方技术文档，将所有知识点都摆放得四平八稳，缺乏对“为什么会这样”和“实际操作中大家是如何变通的”的探讨。比如，在讲解运动控制算法时，作者非常详尽地推导了李雅普诺夫稳定性判据，这对理论研究者是福音，但对于现场工程师而言，他们更关心的是，在实际的伺服驱动器参数调整中，哪些参数的微小变化会导致共振，以及如何通过示波器观察波形来判断是机械刚性不足还是控制环路增益过高导致的超调。书中对于这些经验层面的“诀窍”和“陷阱”几乎是避而不谈的。我曾试图从中寻找一些关于老旧气动或液压系统升级改造的案例，比如如何用现代电子阀组替换老旧的比例伺服阀，以期达到更高的响应速度和能耗比，但全书的关注点似乎集中在全新的数字化解决方案上，对于如何“盘活”存量资产的智慧与技巧着墨甚少。这使得这本书在面对大量存在于中小企业中的混合控制系统时，显得有些力不从心。

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初次接触这本书时，我对它抱着极大的期待，因为它承诺覆盖“设备控制技术”的广泛领域。然而，阅读过程中的体验，就像是在一个巨大的、但装饰风格迥异的博物馆里漫步，每一个展区都有其独特的历史价值，但缺乏一条清晰的主线将它们串联起来。比如，书中一部分内容详细描述了传感器和执行器的电磁兼容性（EMC）设计规范，这部分内容严谨而专业，对于保证系统长期稳定性至关重要；但紧接着，笔锋一转，又跳到了非常基础的继电器逻辑编程的优缺点分析，这种跨度让知识点的吸收节奏有些混乱。更让我感到困惑的是，全书对于“安全性”——特别是功能安全（Functional Safety，基于IEC 61508/61511）的论述非常保守和理论化，几乎没有触及当下工业4.0背景下，网络安全（Cybersecurity）对控制系统构成的严峻挑战。在现代设备日益联网的今天，如何设计一套既高效又无法被恶意攻击的控制架构，是技术人员必须面对的现实问题。这本书似乎停留在了一个相对安全的“信息孤岛”时代，对于OT/IT融合带来的安全盲区，未能给予足够的警示和解决方案的指引。读完后，我感觉知识体系得到了拓宽，但对于如何构建一个“现代的、安全的、可维护的”控制系统，我依然需要去翻阅其他更专注的安全标准文档。

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这本《设备控制技术》读下来，感觉它更像是一本理论基础扎实，但实战案例略显单薄的教科书。我原本期望能看到更多针对特定行业、特定设备的详细控制系统设计与实现过程，比如在精密机械加工、过程自动化生产线，或者现代楼宇智能控制中的具体应用。书中对PID控制、模糊逻辑控制等经典算法的阐述非常到位，数学推导清晰，对于理解底层原理很有帮助。但是，当涉及到实际的工业现场总线技术（如Profibus、EtherCAT）的选型、组态与故障排查时，内容就相对泛泛而谈了。举个例子，当讨论到分布式控制系统（DCS）时，书中只是简单介绍了其架构，却没有深入剖析不同供应商（如西门子、ABB或国内厂商）的DCS在人机界面（HMI）设计理念上的差异，以及如何应对老旧设备与新一代控制系统集成的“数字鸿沟”问题。对于一个希望快速上手项目实施的工程师来说，这部分内容的深度是远远不够的。它适合作为大学高年级学生入门控制理论的参考书，但对于经验尚浅、急需解决实际工程难题的初级工程师，这本书提供的工具箱里，工具的说明书写得很好，但缺少如何用这些工具去修理一台具体机器的维修手册。希望未来的修订版能增加更多基于最新PLC/PAC平台（如CODESYS V3）的项目实战解析，让理论真正落地。

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