现场总线网络化多轴运动控制系统研究与应用 舒志兵 9787547807316

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舒志兵 著
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  • 现场总线
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  • 9787547807316
  • 系统研究
  • 应用
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店铺: 天乐图书专营店
出版社: 上海科学技术出版社
ISBN:9787547807316
商品编码:29305728166
包装:精装
出版时间:2012-01-01

具体描述

基本信息

书名:现场总线网络化多轴运动控制系统研究与应用

定价:128.00元

作者:舒志兵

出版社:上海科学技术出版社

出版日期:2012-01-01

ISBN:9787547807316

字数:

页码:

版次:1

装帧:精装

开本:16开

商品重量:0.899kg

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内容提要


  本书系统阐述了现场总线多轴运动控制系统的主要内容,重点强调工业应用,剖析了典型现场总线网络化多轴运动控制系统技术方法与应用实例。全书共分10章,内容包括现场总线技术,伺服运动控制算法,网络化多轴运动控制系统硬件设计与实现,基于VC 的网络化多轴运动控制系统软件设计,Elmo伺服控制系统软件的研究及其应用,Elmo位置前馈控制建模与系统参数整定,多轴运动控制系统应用于太阳跟踪的案例分析,PCTMC多轴运动控制卡应用案例分析,多轴运动控制系统在不同工业领域的应用案例分析等。
  本书简明易懂、实用性强,可供从事现场总线运动控制系统设计、制造的工程技术人员参考,也可用作大专院校机电类专业机电一体化方向的教材。

目录


章 绪论
节 运动控制技术的发展现状
一、运动控制系统概述
二、运动控制系统的优点
三、运动控制系统的组成和功能
四、运动控制系统的发展和种类
第二节 现场总线在运动控制系统中的应用现状
第三节 网络化远程控制系统研究现状
第四节 基于CAN总线的网络化多轴运动控制系统
第五节 多轴运动控制的模式和对通信网络的要求
一、多轴运动控制的模式
二、多轴运动控制对通信网络的要求

第二章 现场总线技术
节 现场总线技术概论
一、现场总线的产生
二、现场总线的概念与现状
三、现场总线的技术特点
四、现场总线的发展趋势
第二节 CAN总线
一、CAN总线性能特点
二、传输介质和拓扑结构
三、数据帧格式
四、数据传输机制
五、差错控制
六、CAN总线工作原理
七、CAN总线信息发送时序分析
八、CAN总线通信协议
九、CAN总线运动控制系统实时性分析
第三节 PowerLink
一、PowerLink简介
二、PowerLink基本原理
三、SAFETY技术
四、PowerLink的特点
五、PowerLink的实现
第四节 SERCOS总线
一、SERCOS接口的结构
二、SERCOS总线运动控制系统组成
三、SERCOS总线协议
四、协议初始化
五、固化协议SERCOS通信卡的软硬件结构与设计
第五节 Proffbus总线
一、Profibus总线伺服控制系统的构建
二、Profibus总线单机伺服控制系统设计
三、Proffbus总线伺服控制系统网络化设计
第六节 CC-Link总线
一、CC-Link的优点
二、CC-Link现场总线运动控制系统设计
第七节 DeviceNet总线
一、DeviceNet:现场总线的技术特点
二、DeviceNet现场总线的体系结构
三、DevieeNet总线的基本构成
四、DeviceNet总线节点设备
第八节 其他几种现场总线
……
第三章 伺服运动控制算法
第四章 网络化多轴运动控制系统硬件设计与实现
第五章 基于VC 的网络化多轴运动控制系统软件设计
第六章 Elmo伺服控制系统软件的研究及其应用
第七章 Elmo位置前馈控制建模与系统参数整定
第八章 多轴运动控制系统应用于太阳跟踪的案例分析
第九章 PCIMC多轴运动控制板卡应用案例分析
第十章 多轴运动控制系统在不同工业领域的应用案例分析

作者介绍


文摘


序言



《工业自动化通信的基石:现场总线技术及其在多轴运动控制中的革新》 内容简介: 本书深入探讨了现代工业自动化领域中至关重要的现场总线通信技术,并以此为核心,详细阐述了其在实现复杂、高效、精准的多轴运动控制系统中的关键作用与前沿应用。全书围绕“现场总线”与“多轴运动控制”两大核心,层层剥开其技术脉络、实现原理、系统构建以及实际工程中的挑战与解决方案。 第一部分:现场总线技术——工业通信的神经系统 本部分将带领读者走进现场总线技术的世界,理解其诞生的历史背景、技术优势以及在工业通信体系中的核心地位。 第一章:工业通信的演进与现场总线的崛起。 追溯工业自动化通信从传统的点对点、串行通信到现代网络化通信的发展历程。分析传统通信方式的局限性,如布线复杂、信号衰减、扩展性差、难以集成等问题。详细介绍现场总线作为一种标准化的、开放的、具有实时性的工业串行通信网络,如何克服这些挑战,成为工业现场设备之间信息交换的“神经系统”。阐述现场总线技术对提高工业生产效率、降低成本、提升自动化水平的革命性意义。 第二章:现场总线技术的关键特性与分类。 深入剖析现场总线技术的几个核心特性: 数字化传输: 相较于模拟信号,数字信号传输的抗干扰能力强,精度高,易于处理和诊断。 标准化与开放性: 介绍各种主流现场总线协议(如CANopen, PROFIBUS, DeviceNet, EtherNet/IP, EtherCAT等)的标准化组织、技术规范,强调开放性带来的互操作性和广泛的应用前景。 实时性: 详细解释现场总线如何实现严格的时间同步和确定性通信,这对运动控制至关重要,确保指令能够被及时、准确地执行。 多点通信能力: 描述现场总线如何通过一个总线电缆连接多个设备,极大地简化了布线,降低了成本。 诊断与维护功能: 分析现场总线内置的诊断机制,如何帮助快速定位故障,缩短停机时间,提高设备可用性。 网络拓扑结构: 介绍现场总线常见的网络拓扑(如总线型、星型、环型、树型等),以及不同拓扑结构在实际应用中的优劣势。 主流现场总线协议详解: 对当前工业界应用最广泛的几种现场总线协议进行详尽介绍,包括其技术特点、通信方式、帧结构、通信对象模型(如CiA 402 for CANopen)、在不同领域的典型应用场景。例如,详细解析CANopen的PDO/SDO机制、Profibus DP的周期性数据交换、EtherCAT的分布式时钟和高性能传输机制等。 第三章:现场总线在工业系统中的应用场景。 广泛列举现场总线技术在不同工业领域的成功应用案例,包括但不限于: 离散制造: 汽车制造、电子电器生产线、包装机械、纺织机械等。 过程控制: 石油化工、电力、水处理、制药等。 楼宇自动化: 智能家居、中央空调、安防监控等。 交通运输: 轨道交通、汽车电子等。 机器人技术: 工业机器人、协作机器人等。 通过这些案例,直观地展现现场总线技术为工业自动化带来的价值。 第二部分:多轴运动控制系统——现代制造的精密引擎 本部分将聚焦于多轴运动控制系统的核心概念、技术挑战以及实现路径,为理解现场总线在其中的作用奠定基础。 第四章:多轴运动控制系统的概念与组成。 定义与目标: 明确多轴运动控制系统的定义,即同时对两个或两个以上轴的运动进行协调、同步和独立控制的系统。阐述其主要目标,如提高加工精度、生产效率、产品质量,实现复杂的运动轨迹,适应柔性化生产需求。 系统架构: 详细介绍多轴运动控制系统的典型架构,包括: 上位控制器(Host Controller): 负责任务规划、轨迹生成、运动逻辑处理、与操作员交互等。 运动控制器(Motion Controller): 接收上位指令,进行坐标系变换、插补运算、生成轴指令,并执行轴的闭环控制。 伺服驱动器(Servo Drive/Amplifier): 接收来自运动控制器的指令,驱动伺服电机,并接收电机反馈信息。 伺服电机(Servo Motor): 将电能转换为机械能,实现精确的位移、速度或力矩控制。 编码器/传感器(Encoder/Sensor): 提供电机或负载的实时位置、速度反馈信息,形成闭环控制。 执行机构(Actuator): 如丝杠、齿轮、连杆等,将伺服电机的旋转运动转换为直线运动或其他形式的运动。 第五章:多轴运动控制的关键技术挑战。 同步性要求: 深入探讨多轴协同运动中的同步难题,例如直线插补、圆弧插补、螺旋插补等复杂轨迹的实现。分析如何保证各轴运动在时间上和空间上的精确匹配,避免抖动、跳步等现象。 精度与动态性能: 讨论如何实现高精度的定位、匀速运动以及快速响应的动态性能。分析影响精度的因素,如机械精度、伺服系统性能、控制算法的鲁棒性等。 轨迹规划与插补: 详细介绍各种轨迹规划算法,如直线、圆弧、多项式插补等,以及不同插补方式对运动平滑度和实时性的影响。 干扰与耦合: 分析多轴运动系统中各轴之间的动态干扰和惯性耦合问题,以及如何通过先进的控制策略来抑制这些影响。 系统集成与协同: 探讨如何将分散的轴控制有效地集成到一个统一的系统中,实现整体的最佳性能。 第三部分:现场总线赋能多轴运动控制——实现与创新 本部分将是本书的核心,重点阐述现场总线技术如何彻底革新多轴运动控制系统的设计、构建与性能。 第六章:现场总线在多轴运动控制系统中的角色。 通信桥梁: 明确现场总线在多轴运动控制系统中扮演的“通信桥梁”角色,连接上位控制器、运动控制器、伺服驱动器、编码器等各个环节。 实时指令传输: 强调现场总线如何实现高实时性的指令传输,包括位置指令、速度指令、力矩指令、模式切换指令等。 状态信息反馈: 阐述现场总线如何高效地采集和反馈各轴的运行状态信息,如实际位置、实际速度、编码器数据、报警信息、驱动器状态等,为上位控制提供准确的数据支持。 参数配置与诊断: 介绍现场总线如何实现伺服驱动器等设备参数的远程在线配置、修改和诊断,极大地简化了系统的调试和维护工作。 第七章:基于现场总线的典型多轴运动控制系统构建。 系统架构设计: 描绘典型的基于现场总线的分布式运动控制系统架构。分析采用集中式运动控制器和分布式驱动器,或采用全分布式控制等不同架构的优劣。 通信协议选择与应用: 针对不同的应用需求(如高精度、高速度、大轴数等),选择合适的现场总线协议。详细解析如何利用特定总线的通信对象模型(如CANopen的CiA 402)来实现对伺服驱动器的标准化控制。 伺服驱动器与编码器的集成: 介绍如何在现场总线网络中集成高性能伺服驱动器和高精度编码器,确保指令和反馈的准确性与实时性。 上位控制器与运动控制器接口: 阐述如何将上位应用软件(如PLC, PC-based控制器)与现场总线网络连接,实现数据交互与指令下发。 同步控制的实现机制: 深入讲解现场总线如何支持实现高精度同步控制。例如,EtherCAT的分布式时钟(Distributed Clock)技术如何实现各节点间的纳秒级同步;CANopen的同步报文(SYNC)如何实现周期性同步。 第八章:现场总线在复杂运动轨迹控制中的应用。 多轴插补的实时实现: 分析如何利用现场总线的高带宽和低延迟特性,在运动控制器或分布式驱动器中实现复杂的直线、圆弧、螺旋等轨迹的实时插补计算。 路径平滑处理: 探讨如何通过现场总线传输平滑的运动指令,避免运动过程中的冲击和振动,提高产品加工质量。 电子齿轮和电子凸轮的应用: 详细介绍如何利用现场总线实现电子齿轮(Master/Slave)和电子凸轮(Cam Profile)功能,将原本需要大量机械联动实现的运动关系,通过软件配置和总线通信来实现,极大提高了系统的灵活性和可重构性。 运动任务的动态切换与协调: 演示如何通过现场总线实现运动任务的在线切换、协调以及多轴之间的优先级管理。 第九章:系统性能优化与故障诊断。 性能瓶颈分析: 指导读者如何通过分析现场总线的通信流量、延迟、丢包率等参数,识别系统性能瓶颈。 参数优化策略: 给出针对伺服驱动器、PID控制器、通信周期等参数的优化建议,以达到最佳的运动控制性能。 故障诊断与定位: 强调现场总线强大的诊断功能。如何利用总线监控工具、驱动器故障代码、网络状态信息等,快速准确地定位通信故障、设备故障,并采取相应的排除措施。 系统可靠性与稳定性: 探讨如何通过冗余设计、错误检测与纠正机制等手段,提高现场总线网络的可靠性和系统的整体稳定性。 第四部分:发展趋势与未来展望 第十章:现场总线技术的发展趋势与多轴运动控制的未来。 工业4.0与工业物联网(IIoT): 探讨现场总线在工业4.0和IIoT浪潮中的作用,如何实现设备之间、设备与云端之间的高效互联互通。 网络化与智能化: 展望未来,现场总线将更加网络化,实现更加智能化的数据采集、分析和决策。 Ethernet-based总线的发展: 分析Ethernet/IP, EtherCAT, Profinet等基于以太网的总线协议在高性能运动控制领域的优势,以及它们将如何进一步取代传统总线。 人工智能与运动控制的融合: 探讨AI技术在运动轨迹优化、故障预测、自适应控制等方面的应用,以及现场总线如何支持这些智能化功能的实现。 新应用领域的拓展: 展望现场总线技术在新能源、医疗器械、服务机器人等新兴领域的应用前景。 本书旨在为工业自动化工程师、系统集成商、研发人员以及相关专业的学生提供一个全面、深入、实用的技术参考,帮助他们更好地理解和应用现场总线技术,设计和优化高性能的多轴运动控制系统,以应对日益激烈的市场竞争和不断升级的工业自动化需求。

用户评价

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这本书的标题,如同一串精心编织的钥匙,试图解锁我对现代工业自动化最深层次的理解。当“现场总线网络化”这几个字撞入我的眼帘,我脑海中立刻涌现出无数个高精度、高效率的工业场景。我仿佛看到了工厂车间里,无数设备不再是孤立的点,而是通过一种看不见的“神经系统”——现场总线,紧密地连接在一起,形成一个高度协调、高效运作的整体。这让我对信息如何在设备间快速、准确地传递产生了极大的好奇。 “多轴运动控制”则进一步聚焦了我的注意力。我知道,现代工业的进步,很大程度上依赖于机器能够以令人难以置信的精度和速度执行复杂的空间运动。无论是工业机器人精准的抓取与焊接,还是数控机床精密的切割与雕刻,亦或是自动化生产线上多环节的协同作业,都离不开先进的多轴运动控制技术。我迫切想知道,这本书将如何深入剖析这些控制算法背后的原理,以及它们是如何转化为实际的机械运动的。 “研究与应用”这几个字,无疑是这本书的核心价值所在。我期待的不仅是理论上的阐述,更是工程实践的深度解析。我希望书中能够像一位经验丰富的工程师,带领我走进真实的工业现场,展示如何将抽象的理论转化为解决实际生产难题的利器。这其中,如何根据不同的应用需求,选择合适的现场总线,设计优化的网络架构,开发高效的控制策略,以及如何应对可能出现的各种技术挑战,都是我非常想了解的内容。 我特别关注书中在“应用”部分会介绍哪些具体的案例。是汽车制造领域,电子产品组装线,还是其他更具前沿性的行业?通过具体的实例,我希望能更直观地理解这些技术是如何被集成到实际生产流程中,从而提升效率、降低成本、保障质量的。同时,我也希望书中能包含一些对不同现场总线技术(如Ethernet/IP, Profinet, EtherCAT等)的比较分析,以及在不同应用场景下的选型建议,这对我未来在实际工作中进行技术决策将大有裨益。 总而言之,这本书在我眼中,不仅仅是一本技术书籍,更像是一份关于工业自动化核心技术的“操作手册”和“案例集”。它似乎预示着将为我揭示现代智能制造背后那套精妙绝伦的“操控艺术”,让我对未来工业的发展趋势有更深刻的洞察。我期待着在阅读中,能够获得扎实的理论知识,更重要的是,能够获得解决实际工程问题的灵感和方法。

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这本书的封面设计充满了工业科技感,深邃的蓝色背景上,交错的线条勾勒出复杂精密的网络结构,仿佛预示着书中所探讨的“现场总线网络化”这一主题的深远和精妙。虽然我还没有深入阅读,但从封面的视觉冲击力和书名本身所蕴含的专业性,我能感受到它是一部严谨且具有技术深度的学术专著。 “多轴运动控制”这几个字,立刻将我的思绪拉到了自动化生产线、机器人手臂、精密机床等高度智能化的场景。我脑海中浮现出一幅幅画面:自动化流水线上,机器手臂如同拥有生命般精准协调地完成着复杂的组装任务;工业机器人在狭小的空间内灵巧地穿梭,完成高难度的焊接或搬运;精密机床在纳米级别的精度下雕刻出令人惊叹的艺术品。而这一切的背后,必然离不开高效、可靠的运动控制系统。 “现场总线网络化”则更进一步,它暗示了这些运动控制系统并非孤立存在,而是通过一种先进的网络通信技术——现场总线,将分散的设备紧密地连接起来,形成一个高效协作的整体。我猜想,书中会详细阐述各种主流现场总线的原理、特点、优劣势,以及它们在多轴运动控制系统中的具体应用方式。这对于理解现代工业自动化架构,尤其是那些对实时性、可靠性和集成度有极高要求的复杂系统,具有至关重要的意义。 作为一名对工业自动化领域充满好奇的学习者,我非常期待书中能够深入剖析“研究与应用”这一核心内容。我希望它不仅能提供理论上的深度解析,更能结合实际案例,展示这些理论是如何转化为实际生产力,解决工业现场所面临的种种挑战的。例如,在汽车制造、电子产品组装、甚至是航空航天等高端领域,如何通过优化现场总线网络和多轴运动控制策略,提高生产效率、降低能耗、提升产品质量。 总而言之,仅仅从书名和封面,我就能预感到这本书的价值所在。它似乎是一扇通往工业自动化前沿技术的大门,为我揭示了现代智能制造背后那套看不见的“神经系统”。我期待在接下来的阅读中,能够深入理解这些复杂的技术概念,并从中汲取宝贵的知识和灵感,为我未来的学习和工作打下坚实的基础。

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这本书的标题,给我的第一印象是“高精尖”和“实用性”的结合。当“现场总线网络化”这几个字映入眼帘时,我的脑海里立刻闪过各种工业场景:流水线上忙碌的机器人手臂,精密加工中心里刀具的飞舞,以及那些需要高度同步协调的自动化设备。这不禁让我联想到,在现代工业生产中,数据的传输和指令的下达是多么关键,而现场总线技术,似乎就是连接这一切的“神经网络”,确保着信息能够高效、可靠地在设备之间流动。 “多轴运动控制”更是直观地指向了那些能够进行复杂空间运动的机械系统。无论是精密的医疗器械,还是灵活的仓储机器人,亦或是大型的自动化生产线,它们都需要精准地控制多个轴的运动,以实现预设的目标。我猜测,书中会对不同类型的多轴运动控制策略进行深入的探讨,例如PID控制、模糊控制、甚至更先进的自适应控制算法,以及它们在不同应用场景下的优劣势。 而“研究与应用”这四个字,则表明了这本书不仅仅停留在理论层面,更是将理论付诸实践,探讨了在实际工程中如何将这些先进的技术落地。我非常期待书中能够分享一些具体的工程案例,例如在某个汽车零部件制造项目中,如何通过设计和优化一个基于现场总线的网络化多轴运动控制系统,来大幅提升生产效率和产品合格率。这种将理论与实践相结合的内容,对于我这样的学习者来说,无疑是最有价值的。 我特别希望书中能够涵盖一些关于现场总线技术的横向比较和选型建议。不同的现场总线,如CANopen, Profibus, EtherCAT等,各有其特点和适用范围,如何在实际项目中根据具体需求选择最合适的总线,这对于保证系统的性能和成本效益至关重要。此外,我也期待书中能对网络化带来的挑战,例如实时性、安全性、兼容性等问题,提供一些切实可行的解决方案。 总的来说,这本书给我的感觉是一本非常扎实的专业技术书籍,它触及了现代工业自动化领域的核心技术。我猜想,这本书的内容将是严谨的、有深度的,并且充满了工程实践的智慧。它不仅能帮助我理解“如何工作”,更能让我思考“为何这样工作”,以及“如何在实际中做得更好”。对于任何对工业自动化、机器人技术、以及智能制造感兴趣的人来说,这无疑是一本值得深入研读的宝藏。

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这本书,乍一看名字,就带着一股子浓厚的工程技术范儿,透着一种“硬核”的实在感。“现场总线网络化多轴运动控制系统研究与应用”,这几个字连在一起,就像给复杂工业场景下的机器“大脑”和“神经”做了一次全方位的体检报告。我不是这方面的专业人士,但能想象到,在那些高度自动化的工厂里,无数的机器手臂、传送带、传感器等等,就像是一个庞大而精密的人体,而“现场总线”就是贯穿其中的血管和神经,传递着指令,协调着动作。 “多轴运动控制”听起来就很是厉害,意味着一个设备不再是简单地向前、向后,而是能在三维空间里,甚至是更复杂的轨迹上,精准地完成一系列动作。想想那些3D打印机、机械臂,它们是如何做到那么顺滑、那么精确地进行三维雕刻和组装的?这背后肯定少不了强大的控制系统。而“网络化”则更进一步,它意味着这些独立的“肢体”能够通过网络协同工作,就像一个团队,彼此配合默契,共同完成一项任务。 我特别好奇书中关于“研究”的部分。一个系统从最初的概念,到理论的构建,再到最终在实际环境中落地,中间必然经历了无数次的探索、实验和优化。我希望书中能像解剖麻木一样,把这个研究过程层层剥开,让我们看到作者是如何一步步攻克技术难题的。比如,在“网络化”的环节,可能会涉及到各种通信协议的选择与兼容性问题,数据传输的实时性与可靠性如何保证,以及如何有效地进行故障诊断和排除。 而“应用”部分,则更是吸引我。毕竟,理论再美,也需要落地才能体现价值。我非常期待书中能提供一些具体的案例分析,例如在汽车制造、电子封装、甚至是一些新兴的领域,是如何利用这种网络化多轴运动控制系统来提升生产效率、降低成本、提高产品质量的。这些实际的经验和教训,往往比纯理论知识更有启发性。 总的来说,虽然我可能无法完全理解书中的所有技术细节,但单凭书名所展现出的深度和广度,我就能感受到它是一本非常有价值的参考书,尤其对于那些从事工业自动化、机器人技术、嵌入式系统等相关领域的工程师和研究人员来说,它可能是一部不可多得的宝典。我期待着从书中获得对现代工业自动化系统更深层次的理解。

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从书名《现场总线网络化多轴运动控制系统研究与应用》来看,这本书仿佛为我打开了一扇通往工业自动化“神经中枢”的窗户。我脑海中勾勒出一幅幅现代化工厂的图景:无数个机械臂在流水线上如同芭蕾舞演员般精准地舞动,精密机床在无声中雕刻出艺术品,而这一切的协调与指挥,都离不开背后那一套看不见的“语言”和“网络”。“现场总线”这几个字,让我联想到各种工业通信协议,它们就像是传递指令的特快专递,将中央控制器的命令迅速而准确地送达每一个执行单元。 “多轴运动控制”更是将我的目光聚焦在那些能够实现复杂、精细动作的设备上。想想那些能够进行三维空间内任意轨迹运动的机器人,它们是如何在极短的时间内完成定位、加速、减速、转向等一系列动作的?这本书,我猜测,会深入剖析支撑这一切的控制算法和系统架构。从简单的位置控制,到速度和力矩的协同控制,再到更高级的路径规划和碰撞检测,每一个环节都凝聚着智慧。 “研究与应用”这几个字,无疑是这本书的精髓所在。我期待它不仅仅是一本理论的堆砌,更能是一本充满实践经验的指南。我希望书中能够详细阐述在实际工程项目中,如何从零开始设计、搭建、调试一个符合特定需求的现场总线网络化多轴运动控制系统。这其中可能涉及到硬件选型、软件开发、系统集成、以及故障排除等一系列挑战。 我对书中关于“网络化”的部分尤为好奇。在现代工业生产中,设备之间的互联互通是趋势,但如何确保数据的实时性、可靠性和安全性,避免通信延迟带来的致命错误,将是书中需要着重解答的问题。我猜想,书中会探讨各种现场总线在网络架构上的不同特点,以及如何通过有效的网络拓扑设计和通信策略来优化系统性能。 总而言之,这本书在我心中勾勒出了一个精密、高效、智能的工业自动化图景。它似乎是一本技术密集型的参考书,能够帮助我深入理解现代工业制造的核心驱动力。我期待它能带我领略科学的严谨,体味工程的智慧,并从中获得解决实际问题的启发,为我打开更广阔的技术视野。

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