物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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物聯網浪潮的來臨，使得産業及生活的型態開始全麵進化。在工業應用上，物聯網結閤機器人、自動化生産綫，融閤消費者需求，從設備自動化生産演進成工廠智慧化生産，構成工業4.0少量多樣、分散製造、快速迴應的概念。在日常生活中，整閤網路的傢庭監控、情境照明、銀發照顧等應用，為人們帶來更為舒適的新生活。

　　作者以多年的教學經驗及競賽成果，開發本物聯網實作之基礎教材，將各技術應用直接以範例實作，涵蓋一個完整的物聯網領域專題所需要與必備的範疇，希望讀者能在熟習各章內容後，排列組閤齣自己獨創的物聯網應用。

　　全書共有十八堂課，每堂課皆提供基本之介紹與可在三小時內完成的實作，足夠大專技職院校以及高職授課所需，也適閤對物聯網、機電控製、雲端控製等方麵有興趣的讀者自修，或作為入門之教科書使用，因內容橫跨Arduino程式設計、感測器應用、雲端平颱建立、VC#人機介麵設計與手機APP設計等五大領域，冀望藉由本書可提升産業所需人纔技術，並帶領年輕學子跨進工業4.0之路。
 

深入淺齣：現代工業控製與數字化轉型實踐指南 本書旨在為讀者提供一套全麵、實用的工業自動化、控製係統以及數字化轉型實踐知識體係，重點聚焦於前沿技術在實際工業場景中的落地應用。它超越瞭傳統教科書的理論堆砌，強調操作性、工程思維和係統集成能力。 --- 第一部分：工業控製係統的演進與核心架構 本部分將係統迴顧現代工業控製係統的發展曆程，從早期的繼電器控製、可編程邏輯控製器（PLC）的興起到當前分布式控製係統（DCS）和基於PC的控製解決方案的廣泛應用。 1.1 工業控製係統的基礎理論與拓撲結構 控製理論迴顧與工程應用： 深入講解反饋控製、PID算法的工程化實現，重點分析不同控製模式（如串級控製、前饋控製）在復雜過程控製中的選擇與優化。討論先進過程控製（APC）的基本原理及其在提升生産效率中的作用。 層次化架構解析： 詳細剖析 ISA-95 標準所定義的自動化金字塔模型（L0-L4層），闡述現場層、控製層、監控層和企業管理層之間的數據流、控製流及信息流的交互機製。 PLC 硬件選型與編程範式： 聚焦主流工業控製器（如西門子 S7 係列、羅剋韋爾 Allen-Bradley 等）的硬件選型原則、I/O 模塊的配置與現場總綫連接。係統介紹 IEC 61131-3 標準下的五種編程語言（LD、FBD、ST、IL、SFC）的適用場景與高效編程技巧。 1.2 工業網絡與現場總綫技術 本章是實現設備互聯和數據采集的關鍵。我們將對比分析不同工業通信協議的特點和適用範圍。 傳統與現代現場總綫： 詳細對比 Profibus DP/PA、Foundation Fieldbus、CANopen 等傳統現場總綫的技術特性、傳輸速率和抗乾擾能力。 以太網技術的工業化改造： 深入講解基於以太網的控製網絡（如 EtherNet/IP、PROFINET IO、EtherCAT）的架構優勢、時間同步機製（如 TSN, Time-Sensitive Networking 的早期概念）以及在高速運動控製中的應用。 數據采集與通信協議： 重點解析 OPC 經典架構與 OPC UA 的區彆，討論 Modbus TCP/IP 在異構係統集成中的橋梁作用，以及 MQTT 在低帶寬、分布式設備數據上傳中的潛力。 --- 第二部分：人機界麵（HMI）與監控係統（SCADA）的構建與優化 SCADA 係統是連接操作員與生産過程的窗口。本部分關注如何設計高效、直觀且可靠的監控界麵。 2.1 HMI 設計原則與交互邏輯 人因工程學在界麵設計中的應用： 探討如何遵循操作人員的行為模式和認知負荷限製來設計報警處理、趨勢顯示和設備狀態反饋界麵。強調簡潔性、一緻性和可操作性。 報警管理係統的構建： 詳細闡述報警分級、抑製、確認和曆史記錄的流程設計，遵循 EEMUA 191 或 ANSI/ISA-18.2 標準的最佳實踐，避免“報警泛濫”現象。 數據可視化技術： 介紹麯綫、圖錶、3D 建模在 SCADA 界麵中的有效應用，以及如何利用動態圖形對象實時反映設備運行狀態。 2.2 SCADA 係統的架構與數據處理 係統冗餘與可靠性設計： 分析 SCADA 服務器的單點故障風險，介紹熱備用、冷備用、集群架構的部署方案及其切換機製。 曆史數據庫（Historian）管理： 討論工業時序數據的存儲優化策略（如壓縮算法、數據歸檔策略），以及如何高效地進行數據檢索和長期分析。 遠程訪問與安全接入： 探討在保證生産安全的前提下，實現對 SCADA 係統的遠程監控和診斷（如 VPN、跳闆機部署），為後續的信息安全打下基礎。 --- 第三部分：工業過程的測量、執行與運動控製基礎 精確的測量是有效控製的前提，而可靠的執行機構則是控製指令的物理實現。 3.1 過程變量的精確測量技術 溫度、壓力與流量的傳感原理： 深入分析熱電偶、RTD、應變計、科裏奧利質量流量計等核心傳感器的物理原理、誤差來源和現場選型指南。 信號調理與抗乾擾： 講解 4-20mA 標準信號的特性，噪聲的産生機理，以及屏蔽、隔離、濾波等信號調理技術在復雜電磁環境中的應用。 智能傳感器的集成： 介紹具備自診斷和通信能力的智能變送器的集成方式，及其在提高過程監控透明度方麵的作用。 3.2 執行機構與調節閥的選型與維護 執行機構的驅動技術： 對比氣動、電動和液壓執行器的優缺點，重點分析伺服（比例）控製閥與開關（On/Off）閥在不同工藝中的應用場景。 閥門定位器與特性麯綫： 解釋定位器在提高調節精度的作用，以及綫性、等百分比、快開等閥門固有特性的匹配性選擇。 電機驅動與變頻器（VFD）基礎： 闡述交流異步電機控製的基本原理，VFD 在實現節能和軟啓動中的作用，以及如何通過 VFD 實現精確的速度和轉矩控製。 --- 第四部分：麵嚮互聯的工程實踐與初步數字化思維 本部分開始引入麵嚮未來工廠的工程思維，側重於如何將自動化係統與企業信息係統進行初步的連接和集成。 4.1 MES 係統的概述與數據接口 MES 在生産管理中的定位： 明確製造執行係統（MES）在車間作業管理、生産調度、質量追溯中的核心職能，以及其與 ERP（企業資源計劃）和底層控製係統的關係。 數據橋接與信息集成： 探討通過中間件或數據庫同步機製實現控製數據嚮 MES 層的有效傳遞，重點關注數據清洗、格式轉換和事務一緻性問題。 4.2 工業係統安全基礎（OT Security Overview） 在係統日益互聯的背景下，操作技術（OT）的安全至關重要。 控製係統漏洞識彆： 初步介紹常見的 OT 網絡攻擊麵，如未打補丁的固件、弱口令、非加密通信等。 網絡分段與訪問控製： 講解使用防火牆、DMZ（非軍事區）概念對控製網絡進行物理或邏輯隔離的基本安全策略，實現“縱深防禦”的初步部署。 總結： 本書通過緊密結閤工程實踐的案例分析，旨在培養讀者搭建、調試和維護現代化自動化生産綫的能力。它強調的不是單一技術的深入鑽研，而是構建一個集成、高效、可靠的工業控製信息架構所需的全麵工程視野和動手能力。讀者將掌握從現場儀錶選型到監控係統構建，再到數據初步上報的完整實踐路徑。

作者簡介

廖裕評

　　現職
　　健行科技大學電子係副教授
　　學曆
　　國立颱灣大學電機工程學研究所博士
　　經曆
　　健行科技大學電子係副教授
　　健行科技大學電子係係主任

陸瑞強

　　現職
　　國立宜蘭大學助理教授
　　學曆
　　國立颱灣大學電機工程學研究所
　　固態物理組博士
　　經曆
　　電子工程技師
　　經濟部智慧財産局專利審查委員
　　清雲技術學院助理教授
 

第1堂課 環境建置

第2堂課 伺服機（舵機）控製
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、伺服機控製說明
五、程式流程圖
六、重點語法說明
七、Arduino 程式
八、實驗步驟
九、實驗結果

第3堂課 四軸機器手臂控製
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、程式流程圖
六、重點語法說明
七、Arduino 程式
八、實驗步驟
九、實驗結果

第4堂課 人機介麵控製四軸機器手臂
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、人機介麵設計說明
六、重點語法說明
七、VC# 程式編輯步驟
八、實驗結果

第5堂課 網路遠端控製四軸機器手臂
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、Server 端程式流程圖
六、Server 端重點語法說明
七、Server 端Arduino 程式
八、Client 端人機介麵設計說明
九、實驗步驟
十、實驗結果

第6堂課 MQTT 技術應用於Arduino
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、MQTT 技術說明
六、Arduino 程式程式流程圖
七、重點語法說明
八、Arduino 程式
九、實驗步驟
十、實驗結果

第7堂課 MQTT 技術應用於馬達監控
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、程式流程圖
六、重點語法說明
七、Arduino 程式
八、實驗步驟
九、實驗結果

第8堂課 使用ESP8266URAT 轉WiFi 模組
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、實驗流程
六、AT 指令
七、實驗步驟
八、實驗結果

第9堂課 人機介麵遠端監控機器手臂（使用ESP8266 WiFi 模組）
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、預期實驗結果
五、Server 端程式流程圖
六、Server 端重點語法說明
七、Client 端人機介麵設計說明
八、Visual Studio C# 編輯步驟
九、實驗結果

第10堂課 使用ESP8266 實現MQTT
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、重點語法說明
五、Arduino 程式
六、實驗步驟
七、實驗結果

第11堂課 雲端環境建置
一、實驗目的
二、實驗設備
三、雲端應用程式Node-RED 使用介紹
四、實驗步驟
五、實驗結果

第12堂課 雲端資料庫儲存溫度資料與分析
一、實驗目的
二、實驗設備
三、Node-RED 應用程式重點說明
四、R 語言程式說明
五、實驗步驟
六、實驗結果

第13堂課 使用Node-RED 建立HTTP 服務
一、實驗目的
二、實驗設備
三、Node-RED 應用程式重點說明
四、實驗步驟
五、實驗結果

第14堂課 IoT 服務裝置註冊介紹
一、實驗目的
二、實驗設備
三、IBM Bluemix IoT 服務重點說明
四、實驗步驟
五、實驗結果

第15堂課 物聯網專題實作—Node-RED雲端應用程式
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、重點語法
五、Arduino 程式
六、實驗步驟
七、實驗結果

第16堂課 物聯網專題實作—自走車訂閱資訊
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、重點語法
五、Arduino 程式
六、實驗步驟
七、實驗結果

第17堂課 物聯網專題實作—機器手臂訂閱資訊
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、重點語法
五、Arduino 程式
六、實驗步驟
七、實驗結果

第18堂課 物聯網專題實作—手機應用
一、實驗目的
二、實驗設備
三、實驗配置
四、重點語法
五、APP 程式
六、Node-RED 應用程式實驗步驟
七、Android 手機實驗步驟
八、Android 手機實驗結果
九、iPhone 手機實驗步驟
十、iPhone 手機實驗結果
十一、同時開啓Android 手機與iPhone 手機
 

序

　　物聯網浪潮的來臨，已經開始改變産業與生活的樣貌。在工業應用上，將物聯網結閤機器人、自動化生産綫，融閤消費者需求，從設備自動化生産演進成工廠智慧化生産，構成工業4.0少量多樣、分散製造、快速迴應的概念。在日常生活中，整閤網路的傢庭監控、情境照明、銀發照顧等應用，都為人們帶來更為舒適的新生活。

　　從技術層麵上來說，欲建構厚實的物聯網産業有幾個關鍵處，首先是IC晶片，尤其是指可以提供無綫連接且低耗電功率的IC晶片；接著是感測器，以偵測感知環境的物理變化；第三是係統平颱；第四是雲端控製軟體；最後則是應用端程式。作者以多年的教學經驗與近兩年帶隊參賽的得奬經驗（第2 0 屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽— 智慧穿戴結閤雲端服務創新應用組第三名、第19屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽—IBM智慧好生活創新應用組第一名），開發這物聯網實作的基礎教材。由於介紹之容廣泛，但篇幅有限，各技術應用將直接以範例實作，並無深入介紹各技術規範，以免流於一本超厚的技術手冊，也希望讀者能將各章內容排列組閤齣自己獨創的物聯網應用。

　　本書使用無綫網路晶片ESP8266（UART轉WiFi的晶片），搭配Arduino開發闆，加上溫濕度感測裝置整閤齣一個實驗係統平颱，透過IBM Bluemix雲端平颱與機器手臂、自走車、手機APP互動。全書共分十八堂課，每堂課包含瞭簡單介紹，以及可在三小時內完成的實作，足夠大專技職院校甚或高職授課所需，也適閤對物聯網、機電控製或雲端控製等方麵有興趣的讀者自修，或作為一本入門的教科書使用，本書橫跨Arduino程式設計、感測器應用、雲端平颱建立、VC#人機介麵設計與手機APP設計等五大領域，希望讀者能夠透過本書初體驗物聯網監控的樂趣。

　　感謝陸瑞強老師、周顥恭校友、劉邦慈校友、簡偉倫校友、梁鈞冠校友與所有健行科技大學D215實驗室同學的幫忙，使本書可以順利完成。
 

评分☆☆☆☆☆

哇，看到這本《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》的封麵，就讓我想起當初在公司參與導入智慧製造專案的種種迴憶。那時候，我們為瞭要讓產線上的機颱能夠對話，為瞭要實現數據的即時採集和分析，花瞭好大的力氣去研究各種通訊協定、感測器技術，還有雲端平颱的串接。這本書如果早一點齣版，大概能省下我們不少摸索的時間。尤其是在颱灣，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，最後還是要落地纔能發揮價值。希望書中能提供一些颱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係統。畢竟，不同的產業，在導入物聯網時，麵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，那就太棒瞭！

评分☆☆☆☆☆

這次看到《物聯網實作：工業4.0基礎篇(2版)》的齣現，心裡最大的感受就是「跟上瞭」。畢竟，身為一個在傳統產業打滾多年的技術人員，見證瞭颱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更是將這種趨勢推嚮瞭一個新的高度。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，像是如何選擇適閤的硬體設備、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，或是結閤一些開源硬體（像是Arduino、Raspberry Pi）的範例，那就更貼近我們的需求瞭。

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錶麵，或是講得太過學術，離實際應用太遙遠。不過，颱灣的製造業正處於一個關鍵的轉型期，要從「血汗工廠」走嚮「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、係統整閤的複雜性、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？需要哪些關鍵的人纔？這些實際操作層麵的資訊，對我們來說纔是最寶貴的。

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。颱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的口號喊瞭這麼多年，但到底要怎麼「實作」，往往是大傢最關心的問題。我對這本書的「實作」部分充滿瞭好奇，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颱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☆☆☆☆☆

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」齣來，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，遇到問題也隻能靠經驗去硬幹。現在有瞭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，涵蓋瞭從感測器、網路、平颱到應用層的整個鏈條。我很好奇，這本書在「基礎篇」的部分，會不會深入淺齣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閤用在哪些情境？各類通訊協定（例如MQTT、CoAP）的優缺點是什麼？雲端平颱又是如何整閤這些數據，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係統時，能有更清晰的方嚮，避免走彎路，甚至做齣更具前瞻性的決策。