现场总线与工业以太网

现场总线与工业以太网 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社
作者:凌志浩
出品人:
页数:283
译者:
出版时间:2007-1
价格:20.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111200970
丛书系列:
图书标签:
  • 现场总线
  • 工业以太网
  • 工业通信
  • 自动化
  • 控制系统
  • Profinet
  • Profibus
  • EtherCAT
  • Modbus TCP
  • CAN总线
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具体描述

现场总线作为目前自控领域的新技术,具有开放性、互操作性、全分布等优势。本书力图通过对现场总线基本原理、通信协议、网络结构和应用成果等方面的阐述,展现现场总线技术的基本概貌。

  本书针对目前存在的多种现场总线的国际标准,较为全面地介绍了目前具有影响力的现场总线类型、技术特点、发展趋势及其应用成果等,覆盖了基金会现场总线、Profibus现场总线、PNET现场总线、SwiftNet现场总线、 ControlNet现场总线、Interbus现场总线、WorldFIP现场总线等内容,同时阐述了目前将工业以太网用于现场总线的一些技术和趋势。

  本书可供从事工业自动化和仪器仪表领域的工程技术人员使用,也可以供高校自动化、测控技术与仪器、电气工程等专业的学生参考。

现代工业控制系统架构与通信技术:从传统到前沿 本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角,解析现代工业控制系统(ICS)的核心架构演变、关键通信技术栈的深入原理及其在复杂工业环境中的实际应用。本书将重点关注构建高性能、高可靠性、高安全性的智能制造基础设施所需的技术基石,而不涉及任何关于“现场总线与工业以太网”的特定技术细节或具体协议的深入探讨。 --- 第一部分:工业控制系统(ICS)的演进与系统级设计哲学 本部分着眼于工业控制系统的宏观发展脉络,探讨支撑现代自动化生产的系统设计理念,以及如何应对数字化转型带来的挑战。 第一章:工业控制的系统性需求分析 本章首先梳理了工业控制对实时性、确定性、容错性、可维护性的核心要求。我们将详细分析这些需求在不同行业(如流程工业、离散制造业、基础设施监控)中的差异化体现。讨论如何通过系统架构的层次划分(如 ISA-95 模型或其他通用参考架构)来满足这些复杂需求,确保信息流与控制流的有效隔离和协同。重点将放在系统生命周期管理(LCM)的早期阶段,如何通过需求工程方法确立稳健的控制目标。 第二章:硬件平台与嵌入式计算基础 本章深入探讨支撑现代工业控制的计算硬件平台。内容涵盖高性能微处理器(MPU)、实时操作系统(RTOS)的选择标准、多核异构计算在控制任务中的应用潜力。我们将分析嵌入式系统的功耗管理、热设计约束以及如何在资源受限的环境中实现高级算法(如状态估计、模型预测控制)。此外,本章还将详细介绍不同类型的I/O模块设计原则,包括模拟量的高精度采集技术、数字量的高速同步处理,以及在极端环境(高低温、强电磁干扰)下保证信号完整性的物理层设计考量。 第三章:软件架构与中间件技术 本章聚焦于工业控制软件的组织结构和关键中间件。内容包括面向服务的架构(SOA)在控制领域的适应性、微服务在可扩展性方面的潜力与挑战。我们将深入探讨实时数据分发机制(不涉及特定网络协议),例如发布/订阅模型的原理、数据一致性的保证策略以及时间敏感网络(TSN)中时间同步机制的抽象概念。此外,本章还将论述软件组件的模块化设计、接口定义语言(IDL)在确保互操作性中的作用,以及如何利用容器化技术(Containerization)提升部署的灵活性和隔离性。 --- 第二部分:数据治理、安全防护与集成挑战 随着控制系统与信息系统(IT)的融合加深,数据的高效流动、完整性保护以及系统安全已成为构建下一代工业系统的核心挑战。 第四章:工业数据采集、存储与语义化 本章关注如何高效、准确地捕获生产现场产生的海量数据,并将其转化为有价值的知识。内容包括时间序列数据库(TSDB)的选择与优化、边缘计算节点的数据预处理策略(如降噪、特征提取)。我们将详细讨论工业数据的语义化问题,即如何定义统一的、机器可理解的数据模型(Ontologies),以实现跨平台、跨供应商设备的数据互操作性。本章还将探讨数据质量评估(DQA)的指标体系及其在控制回路反馈优化中的作用。 第五章:信息安全基础与深度防御策略 本章从系统整体安全视角出发,构建一套针对工业环境的深度防御体系。内容覆盖风险评估方法论(如STRIDE在ICS中的应用)、访问控制机制(如基于角色的访问控制RBAC的强化版)。我们将深入分析网络分段(Segmentation)的技术实现,如使用防火墙、DMZ的合理布局,以及如何设计入侵检测与响应(IDR)系统,以识别和遏制针对控制逻辑的特定威胁。本章还会讨论安全补丁管理、资产清点自动化以及安全态势感知(Situational Awareness)在持续运营中的重要性。 第六章:人机交互(HMI)与操作员效率 高效的人机交互界面是实现安全、精确操作的关键。本章探讨现代HMI的设计原则,包括认知负荷理论在图形界面设计中的应用、警报管理系统(AMS)的优化策略(如基于IEC 62682标准的警报抑制与优先级划分)。我们将分析三维可视化、增强现实(AR)技术在现场维护和复杂流程指导中的潜力,旨在提升操作员的态势理解能力和决策速度。 --- 第三部分:先进控制理论与数字化转型赋能技术 本部分将探讨支撑工业系统迈向“智能”阶段的关键控制理论、优化技术以及新兴的使能技术。 第七章:面向过程的先进控制技术 本章侧重于超越传统PID控制的现代控制方法。内容将涵盖模型预测控制(MPC)的核心算法、其在处理多变量耦合、约束优化方面的优势。此外,还将讨论自适应控制、鲁棒控制的理论基础及其在系统参数波动环境下的应用。本章将强调如何为这些高级算法构建准确、低延迟的系统环境支持。 第八章:工业物联网(IIoT)与云边协同 本章探讨如何将大量的现场智能设备连接到更广阔的计算资源中。内容聚焦于边缘智能的处理能力分配(哪些在边缘计算,哪些上传至云端),数据下发和模型更新的机制。我们将分析云平台与本地控制系统之间安全、高效的数据交换架构,以及如何利用IIoT数据流实现预测性维护(PdM)模型的迭代训练和部署。 第九章:数字孪生(Digital Twin)的构建与应用 本章将数字孪生定义为物理资产、控制逻辑和实时数据的动态映射。我们将详细分解构建高保真数字孪生的关键步骤,包括物理模型(基于第一性原理或数据驱动)、实时数据绑定技术、以及孪生体在“What-If”分析、操作员培训、控制策略验证中的具体应用场景。本章将明确区分模拟仿真与数字孪生的实时交互特性。 --- 总结: 本书提供的是一套构建未来工业控制基础设施的理论框架、系统方法论和前沿技术展望,聚焦于架构设计、安全防护、数据治理和先进控制策略的深度剖析,为读者在不依赖任何特定底层通信协议细节的前提下,掌握现代工业控制系统的整体设计能力。

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作为一名在自动化生产线上摸爬滚打多年的技术人员,我总是对那些能够真正解决实际问题的技术细节充满兴趣。拿到《现场总线与工业以太网》这本书后,我首先被它严谨的结构和丰富的内容所吸引。虽然我对现场总线和工业以太网已经有了一定的了解,但这本书的深度和广度还是让我感到惊喜。它并没有停留在基础的协议介绍,而是深入探讨了这些技术在现代工业环境中的应用和演变。例如,在描述Profibus DP(Decentralized Periphery)时,书中详细解释了其主从通信机制、报文帧结构以及如何通过PROFIBUS电缆的物理特性来保证信号的稳定性和抗干扰能力,这对于在噪声较大的工业现场进行设备选型和布线设计至关重要。此外,对于CANopen,书中不仅介绍了其对象字典(Object Dictionary)和通信对象的概念,还重点阐述了各种通信协议(如PDO, SDO, SYNC, EMCY)如何协同工作,实现高效的数据传输和设备管理。而在工业以太网方面,本书对PROFINET的详细解读尤其令我印象深刻。它不仅涵盖了PROFINET的实时类(RT, IRT)和非实时类(Non-RT)的区别,还深入剖析了PROFINET IO控制器和IO设备之间的通信流程,以及如何利用LLDP(Link Layer Discovery Protocol)等机制实现拓扑发现和诊断。更让我觉得实用的是,书中还提供了关于网络安全在工业以太网应用中的考虑,例如如何部署防火墙、VPN以及实施访问控制策略,这些都是在数字化转型过程中不可或缺的议题。总而言之,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师,为我提供了许多宝贵的实践指导和深刻的见解。

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作为一名在自动化集成领域工作的工程师,我深知通信技术选择的合理性直接关系到项目的成败。《现场总线与工业以太网》这本书,为我提供了一个极为宝贵的参考。它不仅仅是简单地罗列技术规格,而是深入分析了各种通信技术在不同工业场景下的实际表现和优劣势。书中对PROFIBUS DP的详细解读,让我了解到其作为一种高效、可靠的现场总线,如何在离散制造业中得到广泛应用,并深入理解了其主从通信机制、报文帧结构以及如何通过PROFIBUS电缆的物理特性来保证信号的稳定性和抗干扰能力。这对于在噪声较大的工业现场进行设备选型和布线设计至关重要。此外,对于Modbus TCP的介绍,书中不仅仅是简单地说明它如何利用TCP/IP协议栈实现跨网络通信,而是提供了在实际应用中如何优化Modbus TCP通信效率的技巧,比如如何合理设置TCP连接超时时间、如何对报文进行打包以减少通信开销。更让我觉得实用的是,书中还探讨了不同通信技术之间的互联互通问题,例如如何通过网关实现Profibus与Modbus TCP的集成,以及如何在异构网络环境中构建统一的数据采集和控制平台。书中提供的丰富案例和实践经验,为我进行系统集成和故障排除提供了坚实的理论基础和可行的解决方案,极大地提升了我的工作效率和项目成功率。

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最近我一直在关注工业自动化领域的发展趋势,尤其是如何利用先进的通信技术来提升生产效率和智能化水平。《现场总线与工业以太网》这本书,给了我许多启发性的思考。它不仅仅是技术性的介绍,更像是对工业通信发展历程的一次深度梳理,以及对未来趋势的有力展望。书中对AS-i(Actuator-Sensor Interface)的详尽讲解,让我了解到它如何作为一种简单、低成本的现场总线,有效地连接大量的传感器和执行器,从而简化了布线,降低了安装成本,特别是在那些需要连接大量低级别设备的应用场景,如自动化装配线、物料搬运系统等。书中还详细阐述了AS-i的“主从”通信模式,以及如何通过其特定的报文格式来传递开关量和模拟量信号,这为我理解低成本自动化解决方案提供了重要的参考。在现场总线方面,书中对HART(Highway Addressable Remote Transducer)的介绍也让我印象深刻。它不仅解释了HART如何利用现有的4-20mA模拟信号通道,实现数字通信的功能,从而在不改变现有布线的情况下,对智能仪表进行远程配置、校准和诊断,而且还探讨了其在过程控制领域的广泛应用,以及如何通过其“主/从”通信模式来实现与PLC、DCS系统的集成。在工业以太网方面,本书对Safety Ethernet的讨论也让我眼前一亮。它不仅解释了Safety Ethernet如何将安全性功能集成到标准的以太网通信中,通过专门的安全协议和机制,实现对安全回路的监控和控制,而且还探讨了其在人员保护、设备安全等方面的应用前景,这对于构建更加安全可靠的智能工厂至关重要。这本书为我理解工业通信技术的广度和深度,提供了极佳的平台,让我能够更清晰地把握行业发展的脉络。

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作为一名长期在生产一线工作的工程师,我深知技术更新换代的速度之快,而通信技术更是其中的重中之重。《现场总线与工业以太网》这本书,为我提供了一个非常系统和全面的学习平台。它不仅仅是简单地列出各种通信协议的特点,而是深入分析了这些技术是如何在实际的工业环境中发挥作用的。当书中介绍Modbus RTU时,我不仅了解了它作为一种串行通信协议,如何通过其主从轮询的方式进行数据交换,而且还深入学习了其报文结构、校验机制以及如何在PLC和RTU设备之间实现有效的通信。书中还详细阐述了Modbus RTU在RS-485总线上的应用,以及如何通过其“CRC校验”来保证数据的可靠性,这对于在复杂环境中进行数据采集至关重要。在现场总线方面,书中对CANopen的讲解也让我受益匪浅。它不仅仅提到了其在汽车电子领域的广泛应用,而且还深入分析了其在工业自动化领域的潜力,特别是其“对象字典”的概念,如何通过标准化的方式来组织和管理设备数据,以及如何利用其PDO(Process Data Object)和SDO(Service Data Object)来实现高效的数据传输和参数配置,这为我理解不同设备之间的互操作性提供了关键信息。在工业以太网方面,本书对VARAN的讨论也让我眼前一亮。它不仅解释了VARAN作为一种实时以太网协议,如何通过其高精度的时间同步和高效的数据传输,实现对运动控制系统的精确控制,而且还探讨了其在机器人、自动化生产线等高端领域的应用前景,这为我理解最新的工业通信技术发展提供了重要的参考。这本书为我提供了一个非常扎实的理论基础,并且让我能够更好地将这些技术应用于实际工作中。

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最近我一直在思考如何将我们现有的生产线进行升级改造,以适应更高效、更智能的自动化需求。在寻找相关技术资料时,我无意中翻阅了《现场总线与工业以太网》这本书,它的内容远远超出了我的预期。这本书不仅仅是简单地介绍各种现场总线和工业以太网的通信协议,而是将其置于整个工业自动化系统的宏观背景下进行探讨。比如,在讨论EtherCAT时,书中不仅仅详细阐述了其“林荫大道”式(all-in-one-ethernet-frame)的通信机制,如何通过一个以太网帧在各个从站之间高效传递数据,而且还深入分析了其在运动控制领域的突出优势,如极低的抖动和严格的同步性,这对于我们正在研发的高速精密加工设备来说至关重要。此外,书中对Modbus TCP的介绍也让我受益匪浅。它不仅解释了Modbus TCP如何利用TCP/IP协议栈实现跨网络通信,还提供了在实际应用中如何优化Modbus TCP通信效率的技巧,比如如何合理设置TCP连接超时时间、如何对报文进行打包以减少通信开销。更重要的是,书中还探讨了不同通信技术之间的互联互通问题,例如如何通过网关实现Profibus与Modbus TCP的集成,以及如何在异构网络环境中构建统一的数据采集和控制平台。这本书让我认识到,在选择通信技术时,不能仅仅关注技术本身的性能,更要考虑其与现有系统、未来发展方向的兼容性和集成性。书中提供的丰富案例和实践经验,为我进行系统升级提供了坚实的理论基础和可行的解决方案。

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我一直对如何构建稳定、高效的工业通信网络感到着迷,尤其是在工业4.0的浪潮下,通信技术更是扮演着至关重要的角色。《现场总线与工业以太网》这本书,为我提供了一个非常深入和全面的视角。它不仅仅是技术参数的堆砌,而是将各种通信技术置于工业应用的宏观背景下进行分析。当书中介绍FIP(Factory Instrumentation Protocol)时,我不仅了解了它作为一种在欧洲广泛使用的现场总线,如何通过其“令牌传递”机制来实现高效率的数据交换,而且还深入学习了其在汽车制造、航空航天等领域的应用案例。书中还详细阐述了FIP的“事件驱动”通信方式,以及如何通过其“数据报”和“服务报”来实现设备的通信和诊断,这对于理解不同自动化系统的设计理念非常有帮助。在现场总线方面,书中对LonWorks的讲解也让我印象深刻。它不仅提到了其在楼宇自动化和智能家居领域的广泛应用,而且还深入分析了其在工业领域作为一种灵活、可扩展的通信平台,如何通过其“网络变量”的概念,实现设备之间的点对点、多点对多点的通信,以及如何通过其“网络管理”机制来配置和管理整个网络,这为我理解分布式控制系统提供了重要的思路。在工业以太网方面,本书对SynqNet的讨论也让我眼前一亮。它不仅解释了SynqNet作为一种专为运动控制设计的以太网协议,如何通过其高精度的时间同步和高效的数据传输,实现对伺服驱动器、机器人等高性能设备的精确控制,而且还探讨了其在自动化生产线等高端领域的应用前景,这为我理解最新的工业通信技术发展提供了重要的参考。这本书为我提供了一个非常扎实的理论基础,并且让我能够更好地将这些技术应用于实际工作中,解决我面临的实际问题。

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在我看来,一本优秀的工业技术书籍,不仅仅要枯燥地罗列各种技术参数和协议细节,更重要的是能够激发读者的思考,并提供解决实际问题的思路。《现场总线与工业以太网》这本书正是这样一本令人称道的作品。它以一种非常引人入胜的方式,为我揭示了工业通信技术的深层奥秘。当谈到Foundation Fieldbus时,书中深入剖析了其作为一种全数字、串行、多节点通信的总线,如何实现双向通信和自诊断功能,以及它在过程控制领域,尤其是在危险区域的应用优势,让我理解了为何它能在石化、制药等行业得到广泛应用。在讲解CANopen时,书中不仅仅提到了其高性价比和易于集成的特点,更侧重于阐述了其在各种嵌入式系统和小型自动化设备中的应用,比如如何利用其PDO(Process Data Object)实现实时数据的高效传输,以及如何通过SDO(Service Data Object)进行设备参数的配置和诊断,这些都是我工作中经常遇到的问题。而在工业以太网方面,书中对POWERLINK的详细介绍也让我印象深刻。它不仅解释了POWERLINK如何通过预先确定的通信时序(Cyclic Communication)来保证极低的延迟和抖动,使其适用于高速运动控制,还探讨了其在开放标准下的灵活性和成本效益,这为我们考虑下一代自动化平台提供了新的视角。这本书的结构清晰,语言流畅,并且穿插了大量的实际应用案例,使得我能够非常轻松地理解和消化这些复杂的工业通信概念,并能将其融会贯通到我的日常工作中。

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我是一名在工程项目中经常接触各种自动化设备的技术人员,深知在项目实施过程中,选择合适的通信方式对于保证项目成功至关重要。《现场总线与工业以太网》这本书为我提供了极其宝贵的参考价值。它不仅仅是简单地介绍各种通信技术的规格,而是更注重于分析这些技术在实际应用中的表现。在讨论INTERBUS时,书中深入分析了其独特的“循环扫描”通信方式,如何通过一个主站发送一个报文,数据在所有从站之间依次传递,从而实现极低的通信延迟和优异的实时性,这对于那些对同步性要求极高的应用场景,如包装机械、印刷设备等,具有重要的参考意义。书中还详细解释了INTERBUS的物理层特性,包括其对电缆的要求、连接方式以及如何通过其“单向”和“双向”通信模式来满足不同的应用需求。在现场总线方面,书中对CC-Link的深入解读也让我受益匪浅。它不仅解释了CC-Link如何作为一种高效、经济的通信方式,广泛应用于亚洲地区,特别是日本和中国,而且还详细阐述了其多种版本,如CC-Link/LT、CC-Link IE Field等,以及它们在不同场景下的应用优势,这为我理解不同区域的自动化标准提供了重要的窗口。在工业以太网方面,本书对Sercos III的介绍也让我印象深刻。它不仅解释了Sercos III作为一种专为运动控制设计的以太网协议,如何通过其精密的同步机制和高效的数据传输,实现对伺服驱动器、机器人等高性能设备的精确控制,而且还探讨了其在CNC机床、自动化生产线等高端领域的应用前景。这本书为我在项目选择通信技术时,提供了更全面、更深入的视角,极大地提高了我的工作效率和决策质量。

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作为一名对自动化技术有着强烈求知欲的行业新人,我一直渴望能够找到一本能够系统地梳理工业通信技术发展脉络的书籍。《现场总线与工业以太网》这本书恰恰满足了我的这一需求,它不仅仅是一本技术书籍,更像是一位经验丰富的引路人,带领我深入探索工业通信的精彩世界。书中对DeviceNet的阐述,让我了解了其基于CAN协议,并采用CIP(Common Industrial Protocol)来实现数据交换的特点,以及它在北美地区广泛应用于离散制造业的趋势。书中还详细解释了DeviceNet的报文格式、节点地址分配以及如何通过其“显式报文”和“轮询报文”来实现不同的通信需求。在讲解Profibus PA(Process Automation)时,书中重点突出了其在过程控制领域的应用,包括如何通过其数字信号传递,实现比模拟信号更高的精度和更强的抗干扰能力,以及如何利用其“通信即是控制”的理念,实现设备的功能集成和网络化。书中还深入分析了Profibus PA在本质安全方面的优势,以及如何通过其特殊的物理层设计,在爆炸性环境中安全地部署自动化设备。在工业以太网部分,本书对Industrial Ethernet/IP的全面解读令我眼前一亮。它不仅解释了Ethernet/IP如何融合了工业以太网的性能和现场总线的易用性,还详细阐述了其CIP(Common Industrial Protocol)的应用,以及如何通过OPC UA等标准实现与上位系统的无缝集成,这对于构建面向未来的智能工厂至关重要。这本书为我构建了坚实的理论基础,并提供了许多实用的技术指导,让我受益匪浅。

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我是一名工业自动化领域的工程师,最近有幸读到一本让我眼前一亮的书,虽然书名是《现场总线与工业以太网》,但我发现它远不止于此,更像是一部通往工业4.0基石的百科全书。一开始,我被它的标题吸引,认为这可能是一本侧重于技术原理的书籍,可能会深入探讨各种现场总线(如Profibus, CANopen, Foundation Fieldbus等)和工业以太网(如EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP等)的物理层、数据链路层、网络层以及应用层协议的细节。然而,当我翻开第一页,便被作者宏大的叙事和深刻的洞察力所折服。这本书并没有简单地罗列技术规格,而是将这些通信技术置于工业发展的历史长河中,娓娓道来它们是如何从早期的点对点通信演变而来,又是如何应对日益复杂的工业控制需求而不断革新的。作者不仅详细介绍了每种通信技术的优缺点、适用场景,更重要的是,它深入剖析了这些技术在实际工业应用中的部署策略、优化方法以及常见的坑。例如,在讨论EtherNet/IP时,书中详细阐述了其 CIP(Common Industrial Protocol)的应用,以及如何通过其标准化的报文结构实现不同厂商设备之间的互联互通。在PROFINET部分,书中重点讲解了其实时性优势,特别是在高性能运动控制和分布式I/O方面的应用,以及如何通过RT(Real-time)和IRT(Isochronous Real-time)来满足不同精度要求。更令我印象深刻的是,书中还涉及了如何根据具体的工业应用场景,如离散制造、过程控制、楼宇自动化等,选择最合适的通信技术,并提供了大量的案例分析,这些案例并非简单的理论推导,而是来自于实际的工业项目,包含了设计、实施、调试和运维的全过程,让我能够身临其境地感受到各种技术在实际应用中的魅力与挑战。这本书让我重新认识到,通信技术不仅仅是连接设备的“管道”,更是实现工业智能化、网络化和可视化的关键。

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介绍了几种基本的工业总线类型

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介绍了几种基本的工业总线类型

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