物联网实作：工业4.0基础篇(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 物联网
• 工业4
• 0
• 智能制造
• 嵌入式系统
• 传感器
• Python
• 硬件开发
• 实战
• 案例分析
• 工业互联网

物联网浪潮的来临，使得产业及生活的型态开始全面进化。在工业应用上，物联网结合机器人、自动化生产线，融合消费者需求，从设备自动化生产演进成工厂智慧化生产，构成工业4.0少量多样、分散制造、快速回应的概念。在日常生活中，整合网路的家庭监控、情境照明、银发照顾等应用，为人们带来更为舒适的新生活。

　　作者以多年的教学经验及竞赛成果，开发本物联网实作之基础教材，将各技术应用直接以范例实作，涵盖一个完整的物联网领域专题所需要与必备的范畴，希望读者能在熟习各章内容后，排列组合出自己独创的物联网应用。

　　全书共有十八堂课，每堂课皆提供基本之介绍与可在三小时内完成的实作，足够大专技职院校以及高职授课所需，也适合对物联网、机电控制、云端控制等方面有兴趣的读者自修，或作为入门之教科书使用，因内容横跨Arduino程式设计、感测器应用、云端平台建立、VC#人机介面设计与手机APP设计等五大领域，冀望借由本书可提升产业所需人才技术，并带领年轻学子跨进工业4.0之路。
 

深入浅出：现代工业控制与数字化转型实践指南 本书旨在为读者提供一套全面、实用的工业自动化、控制系统以及数字化转型实践知识体系，重点聚焦于前沿技术在实际工业场景中的落地应用。它超越了传统教科书的理论堆砌，强调操作性、工程思维和系统集成能力。 --- 第一部分：工业控制系统的演进与核心架构 本部分将系统回顾现代工业控制系统的发展历程，从早期的继电器控制、可编程逻辑控制器（PLC）的兴起到当前分布式控制系统（DCS）和基于PC的控制解决方案的广泛应用。 1.1 工业控制系统的基础理论与拓扑结构 控制理论回顾与工程应用： 深入讲解反馈控制、PID算法的工程化实现，重点分析不同控制模式（如串级控制、前馈控制）在复杂过程控制中的选择与优化。讨论先进过程控制（APC）的基本原理及其在提升生产效率中的作用。 层次化架构解析： 详细剖析 ISA-95 标准所定义的自动化金字塔模型（L0-L4层），阐述现场层、控制层、监控层和企业管理层之间的数据流、控制流及信息流的交互机制。 PLC 硬件选型与编程范式： 聚焦主流工业控制器（如西门子 S7 系列、罗克韦尔 Allen-Bradley 等）的硬件选型原则、I/O 模块的配置与现场总线连接。系统介绍 IEC 61131-3 标准下的五种编程语言（LD、FBD、ST、IL、SFC）的适用场景与高效编程技巧。 1.2 工业网络与现场总线技术 本章是实现设备互联和数据采集的关键。我们将对比分析不同工业通信协议的特点和适用范围。 传统与现代现场总线： 详细对比 Profibus DP/PA、Foundation Fieldbus、CANopen 等传统现场总线的技术特性、传输速率和抗干扰能力。 以太网技术的工业化改造： 深入讲解基于以太网的控制网络（如 EtherNet/IP、PROFINET IO、EtherCAT）的架构优势、时间同步机制（如 TSN, Time-Sensitive Networking 的早期概念）以及在高速运动控制中的应用。 数据采集与通信协议： 重点解析 OPC 经典架构与 OPC UA 的区别，讨论 Modbus TCP/IP 在异构系统集成中的桥梁作用，以及 MQTT 在低带宽、分布式设备数据上传中的潜力。 --- 第二部分：人机界面（HMI）与监控系统（SCADA）的构建与优化 SCADA 系统是连接操作员与生产过程的窗口。本部分关注如何设计高效、直观且可靠的监控界面。 2.1 HMI 设计原则与交互逻辑 人因工程学在界面设计中的应用： 探讨如何遵循操作人员的行为模式和认知负荷限制来设计报警处理、趋势显示和设备状态反馈界面。强调简洁性、一致性和可操作性。 报警管理系统的构建： 详细阐述报警分级、抑制、确认和历史记录的流程设计，遵循 EEMUA 191 或 ANSI/ISA-18.2 标准的最佳实践，避免“报警泛滥”现象。 数据可视化技术： 介绍曲线、图表、3D 建模在 SCADA 界面中的有效应用，以及如何利用动态图形对象实时反映设备运行状态。 2.2 SCADA 系统的架构与数据处理 系统冗余与可靠性设计： 分析 SCADA 服务器的单点故障风险，介绍热备用、冷备用、集群架构的部署方案及其切换机制。 历史数据库（Historian）管理： 讨论工业时序数据的存储优化策略（如压缩算法、数据归档策略），以及如何高效地进行数据检索和长期分析。 远程访问与安全接入： 探讨在保证生产安全的前提下，实现对 SCADA 系统的远程监控和诊断（如 VPN、跳板机部署），为后续的信息安全打下基础。 --- 第三部分：工业过程的测量、执行与运动控制基础 精确的测量是有效控制的前提，而可靠的执行机构则是控制指令的物理实现。 3.1 过程变量的精确测量技术 温度、压力与流量的传感原理： 深入分析热电偶、RTD、应变计、科里奥利质量流量计等核心传感器的物理原理、误差来源和现场选型指南。 信号调理与抗干扰： 讲解 4-20mA 标准信号的特性，噪声的产生机理，以及屏蔽、隔离、滤波等信号调理技术在复杂电磁环境中的应用。 智能传感器的集成： 介绍具备自诊断和通信能力的智能变送器的集成方式，及其在提高过程监控透明度方面的作用。 3.2 执行机构与调节阀的选型与维护 执行机构的驱动技术： 对比气动、电动和液压执行器的优缺点，重点分析伺服（比例）控制阀与开关（On/Off）阀在不同工艺中的应用场景。 阀门定位器与特性曲线： 解释定位器在提高调节精度的作用，以及线性、等百分比、快开等阀门固有特性的匹配性选择。 电机驱动与变频器（VFD）基础： 阐述交流异步电机控制的基本原理，VFD 在实现节能和软启动中的作用，以及如何通过 VFD 实现精确的速度和转矩控制。 --- 第四部分：面向互联的工程实践与初步数字化思维 本部分开始引入面向未来工厂的工程思维，侧重于如何将自动化系统与企业信息系统进行初步的连接和集成。 4.1 MES 系统的概述与数据接口 MES 在生产管理中的定位： 明确制造执行系统（MES）在车间作业管理、生产调度、质量追溯中的核心职能，以及其与 ERP（企业资源计划）和底层控制系统的关系。 数据桥接与信息集成： 探讨通过中间件或数据库同步机制实现控制数据向 MES 层的有效传递，重点关注数据清洗、格式转换和事务一致性问题。 4.2 工业系统安全基础（OT Security Overview） 在系统日益互联的背景下，操作技术（OT）的安全至关重要。 控制系统漏洞识别： 初步介绍常见的 OT 网络攻击面，如未打补丁的固件、弱口令、非加密通信等。 网络分段与访问控制： 讲解使用防火墙、DMZ（非军事区）概念对控制网络进行物理或逻辑隔离的基本安全策略，实现“纵深防御”的初步部署。 总结： 本书通过紧密结合工程实践的案例分析，旨在培养读者搭建、调试和维护现代化自动化生产线的能力。它强调的不是单一技术的深入钻研，而是构建一个集成、高效、可靠的工业控制信息架构所需的全面工程视野和动手能力。读者将掌握从现场仪表选型到监控系统构建，再到数据初步上报的完整实践路径。

作者简介

廖裕评

　　现职
　　健行科技大学电子系副教授
　　学历
　　国立台湾大学电机工程学研究所博士
　　经历
　　健行科技大学电子系副教授
　　健行科技大学电子系系主任

陆瑞强

　　现职
　　国立宜兰大学助理教授
　　学历
　　国立台湾大学电机工程学研究所
　　固态物理组博士
　　经历
　　电子工程技师
　　经济部智慧财产局专利审查委员
　　清云技术学院助理教授
 

第1堂课 环境建置

第2堂课 伺服机（舵机）控制
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、伺服机控制说明
五、程式流程图
六、重点语法说明
七、Arduino 程式
八、实验步骤
九、实验结果

第3堂课 四轴机器手臂控制
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、程式流程图
六、重点语法说明
七、Arduino 程式
八、实验步骤
九、实验结果

第4堂课 人机介面控制四轴机器手臂
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、人机介面设计说明
六、重点语法说明
七、VC# 程式编辑步骤
八、实验结果

第5堂课 网路远端控制四轴机器手臂
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、Server 端程式流程图
六、Server 端重点语法说明
七、Server 端Arduino 程式
八、Client 端人机介面设计说明
九、实验步骤
十、实验结果

第6堂课 MQTT 技术应用于Arduino
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、MQTT 技术说明
六、Arduino 程式程式流程图
七、重点语法说明
八、Arduino 程式
九、实验步骤
十、实验结果

第7堂课 MQTT 技术应用于马达监控
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、程式流程图
六、重点语法说明
七、Arduino 程式
八、实验步骤
九、实验结果

第8堂课 使用ESP8266URAT 转WiFi 模组
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、实验流程
六、AT 指令
七、实验步骤
八、实验结果

第9堂课 人机介面远端监控机器手臂（使用ESP8266 WiFi 模组）
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、预期实验结果
五、Server 端程式流程图
六、Server 端重点语法说明
七、Client 端人机介面设计说明
八、Visual Studio C# 编辑步骤
九、实验结果

第10堂课 使用ESP8266 实现MQTT
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、重点语法说明
五、Arduino 程式
六、实验步骤
七、实验结果

第11堂课 云端环境建置
一、实验目的
二、实验设备
三、云端应用程式Node-RED 使用介绍
四、实验步骤
五、实验结果

第12堂课 云端资料库储存温度资料与分析
一、实验目的
二、实验设备
三、Node-RED 应用程式重点说明
四、R 语言程式说明
五、实验步骤
六、实验结果

第13堂课 使用Node-RED 建立HTTP 服务
一、实验目的
二、实验设备
三、Node-RED 应用程式重点说明
四、实验步骤
五、实验结果

第14堂课 IoT 服务装置註册介绍
一、实验目的
二、实验设备
三、IBM Bluemix IoT 服务重点说明
四、实验步骤
五、实验结果

第15堂课 物联网专题实作—Node-RED云端应用程式
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、重点语法
五、Arduino 程式
六、实验步骤
七、实验结果

第16堂课 物联网专题实作—自走车订阅资讯
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、重点语法
五、Arduino 程式
六、实验步骤
七、实验结果

第17堂课 物联网专题实作—机器手臂订阅资讯
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、重点语法
五、Arduino 程式
六、实验步骤
七、实验结果

第18堂课 物联网专题实作—手机应用
一、实验目的
二、实验设备
三、实验配置
四、重点语法
五、APP 程式
六、Node-RED 应用程式实验步骤
七、Android 手机实验步骤
八、Android 手机实验结果
九、iPhone 手机实验步骤
十、iPhone 手机实验结果
十一、同时开启Android 手机与iPhone 手机
 

序

　　物联网浪潮的来临，已经开始改变产业与生活的样貌。在工业应用上，将物联网结合机器人、自动化生产线，融合消费者需求，从设备自动化生产演进成工厂智慧化生产，构成工业4.0少量多样、分散制造、快速回应的概念。在日常生活中，整合网路的家庭监控、情境照明、银发照顾等应用，都为人们带来更为舒适的新生活。

　　从技术层面上来说，欲建构厚实的物联网产业有几个关键处，首先是IC晶片，尤其是指可以提供无线连接且低耗电功率的IC晶片；接着是感测器，以侦测感知环境的物理变化；第三是系统平台；第四是云端控制软体；最后则是应用端程式。作者以多年的教学经验与近两年带队参赛的得奖经验（第2 0 届全国大专校院资讯应用服务创新竞赛— 智慧穿戴结合云端服务创新应用组第三名、第19届全国大专校院资讯应用服务创新竞赛—IBM智慧好生活创新应用组第一名），开发这物联网实作的基础教材。由于介绍之容广泛，但篇幅有限，各技术应用将直接以范例实作，并无深入介绍各技术规范，以免流于一本超厚的技术手册，也希望读者能将各章内容排列组合出自己独创的物联网应用。

　　本书使用无线网路晶片ESP8266（UART转WiFi的晶片），搭配Arduino开发板，加上温湿度感测装置整合出一个实验系统平台，透过IBM Bluemix云端平台与机器手臂、自走车、手机APP互动。全书共分十八堂课，每堂课包含了简单介绍，以及可在三小时内完成的实作，足够大专技职院校甚或高职授课所需，也适合对物联网、机电控制或云端控制等方面有兴趣的读者自修，或作为一本入门的教科书使用，本书横跨Arduino程式设计、感测器应用、云端平台建立、VC#人机介面设计与手机APP设计等五大领域，希望读者能够透过本书初体验物联网监控的乐趣。

　　感谢陆瑞强老师、周颢恭校友、刘邦慈校友、简伟伦校友、梁钧冠校友与所有健行科技大学D215实验室同学的帮忙，使本书可以顺利完成。
 

评分☆☆☆☆☆

這本《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》光是書名就讓我覺得相當有份量，工業4.0這個概念聽起來很前衛，但實際上要怎麼「實作」出來，尤其是對於我們這些在第一線操作的工程師來說，往往是最燒腦的部分。我記得以前學一些新的技術，常常都是在網路上找零散的資料，東拼西湊，遇到問題也只能靠經驗去硬幹。現在有了這樣一本集結基礎與實作的書籍，我真的充滿期待！尤其是在工業4.0的架構下，物聯網扮演的角色至關重要，涵蓋了從感測器、網路、平台到應用層的整個鏈條。我很好奇，這本書在「基礎篇」的部分，會不會深入淺出地解釋這些構成要素的原理和功能？像是不同類型的感測器適合用在哪些情境？各類通訊協定（例如MQTT、CoAP）的優缺點是什麼？雲端平台又是如何整合這些數據，並提供分析和視覺化的功能？這些細節的掌握，對於我們未來在規劃和建置系統時，能有更清晰的方向，避免走彎路，甚至做出更具前瞻性的決策。

评分☆☆☆☆☆

這次看到《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》的出現，心裡最大的感受就是「跟上了」。畢竟，身為一個在傳統產業打滾多年的技術人員，見證了台灣產業的轉型與升級，從早期的少量多樣到現在追求的智慧化、客製化，物聯網絕對是其中的關鍵推手。而工業4.0更是將這種趨勢推向了一個新的高度。我一直在思考，如何將這些先進的理念，轉化成實際可行的操作。所以，這本書的「實作」二字，對我來說非常有吸引力。我希望書中能提供一些具體的操作步驟，像是如何選擇適合的硬體設備、如何設定網路連接、如何開發簡單的應用程式來讀取和處理感測器數據。畢竟，光是理論講得再天花亂墜，如果沒有實際動手的指引，對我們這些「做工的」來說，還是有點遙遠。如果書中有一些真實案例的演練，或是結合一些開源硬體（像是Arduino、Raspberry Pi）的範例，那就更貼近我們的需求了。

评分☆☆☆☆☆

這本《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》，對我這個在工業界打滾多年的老兵來說，絕對是個及時雨。台灣的工業正在經歷一場靜悄悄但卻是翻天覆地的變革，從生產線的自動化到整個供應鏈的數位化，物聯網扮演著越來越重要的角色。工業4.0的口號喊了這麼多年，但到底要怎麼「實作」，往往是大家最關心的問題。我對這本書的「實作」部分充滿了好奇，尤其是在「基礎篇」的層級，它會不會深入探討一些最根本的技術細節？例如，在工業場域中，感測器如何選擇與佈署？通訊協議的選擇如何影響效率與成本？數據的收集、儲存與初步分析，又有哪些實際的操作方法？我還蠻想知道，書中會不會提到一些台灣廠商實際導入物聯網的案例，即使是較為初階的應用，也能讓我們這些在第一線的同仁，看到實際的參考。畢竟，看著書上的範例，一步步跟著做，遠比光是聽理論來得有感，也更能激發我們去嘗試和學習。

评分☆☆☆☆☆

哇，看到這本《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》的封面，就讓我想起當初在公司參與導入智慧製造專案的種種回憶。那時候，我們為了要讓產線上的機台能夠對話，為了要實現數據的即時採集和分析，花了好大的力氣去研究各種通訊協定、感測器技術，還有雲端平台的串接。這本書如果早一點出版，大概能省下我們不少摸索的時間。尤其是在台灣，製造業是我們的根基，如何透過物聯網和工業4.0的理念，提升生產效率、降低成本、甚至開創新的商業模式，絕對是我們不能忽視的課題。我特別好奇，這一版的《物聯網實作》在「實作」這兩個字上，會不會有更具體的範例和指引？畢竟，理論再好，最後還是要落地才能發揮價值。希望書中能提供一些台灣常見的工業應用場景，像是半導體、電子代工、或是傳統機械製造業，如何一步步地建置和優化物聯網系統。畢竟，不同的產業，在導入物聯網時，面臨的挑戰和考量點也會有所差異。如果能有針對這些差異的說明，那就太棒了！

评分☆☆☆☆☆

老實說，《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》這個書名，一開始讓我有點猶豫。畢竟，「基礎篇」聽起來好像比較入門，但「工業4.0」又是個很宏大的概念，有點擔心它會不會流於表面，或是講得太過學術，離實際應用太遙遠。不過，台灣的製造業正處於一個關鍵的轉型期，要從「血汗工廠」走向「智慧工廠」，物聯網的應用絕對是核心。所以，我還是對這本書抱有期待。我比較好奇的是，在「基礎篇」的層次，它會如何解釋物聯網在工業4.0中的具體定位和價值？例如，它會不會探討不同產業在導入物聯網時，所需要考慮的獨特挑戰，像是數據安全、系統整合的複雜性、或是員工的技能培訓等等？我特別希望能看到一些關於「如何開始」的實際建議，而不是一堆高深的理論。例如，對於一個中小企業來說，要如何啟動他們的物聯網專案？預算要如何規劃？需要哪些關鍵的人才？這些實際操作層面的資訊，對我們來說才是最寶貴的。