Practical Data Communications for Instrumentation and Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Park, John/ Wright, Edwin/ Mackay, Steve

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2003-7

价格:$ 85.82

装帧:

isbn号码:9780750657976

丛书系列:

图书标签:

• 数据通信
• 仪表
• 控制
• 工业自动化
• 网络协议
• 串行通信
• 以太网
• Modbus
• 数据采集
• SCADA

好的，以下是为一本名为《Practical Data Communications for Instrumentation and Control》的书籍撰写的简介。这份简介将聚焦于该领域内的关键技术、应用和行业挑战，旨在为读者提供全面而深入的视角，内容详实且不含任何痕迹的描述。 --- 书名： 《工业自动化与控制中的数据通信实践》 前言：工业数字化的基石 在当今高度互联和自动化的工业环境中，数据通信不再仅仅是连接设备的辅助手段，而是支撑整个生产运营、安全监控和优化决策的核心基础设施。从基础的传感器信号采集到复杂的分布式控制系统（DCS）和制造执行系统（MES）之间的信息交互，可靠、高效且安全的工业数据传输是实现智能制造、工业物联网（IIoT）和工业4.0愿景的先决条件。 本书旨在为工程师、技术人员和项目经理提供一个全面、实用的指南，深入探讨在仪器仪表和过程控制领域中数据通信技术的原理、部署、故障排除和未来趋势。我们着重于将理论知识与实际应用场景紧密结合，确保读者能够掌握在真实工业环境下设计、实施和维护复杂通信网络的必备技能。 第一部分：工业通信基础与核心协议解析 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，探讨了工业环境对数据通信的特殊要求，包括实时性、确定性、鲁棒性以及对恶劣物理环境的适应能力。 第一章：工业环境下的物理层挑战与选择 本章详细分析了工厂车间、户外站点等复杂环境对电磁兼容性（EMC/EMI）的严格要求。内容涵盖了各种传输介质的特性比较，包括屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）在RS-232、RS-422和RS-485标准下的性能差异。此外，我们深入探讨了光纤通信在长距离、高抗干扰场景中的应用优势，特别是工业级光纤收发器和介质转换器的选择标准。 第二章：经典串行通信协议的深入剖析 工业控制领域长期以来依赖于成熟的串行通信协议。本章将详细解析Modbus协议的结构，包括RTU和ASCII模式的帧格式、寻址机制以及常见的功能码应用。同时，我们将讲解PROFIBUS DP/PA协议的特性，重点关注其在现场总线架构中的定位、主站/从站配置以及周期性/非周期性通信数据的处理方式。对于设备制造商而言，理解这些协议的底层实现是实现互操作性的关键。 第三章：基于以太网的工业控制网络 随着计算能力的提升和成本的降低，以太网已成为现代工业网络的主导技术。本章不仅介绍标准以太网（IEEE 802.3）在工业环境中的部署注意事项（如电磁屏蔽和冗余设计），更聚焦于工业以太网协议栈。我们将深入探讨PROFINET IO（侧重于实时数据交换的I/O机制）、EtherNet/IP（解析CIP对象模型和适配器/扫描仪概念）以及EtherCAT（强调其基于分布式时钟的超高性能实时性）。章节将详细对比这些协议在确定性、带宽利用率和拓扑灵活性方面的优劣。 第二部分：先进网络架构与系统集成 现代工业系统要求不同层级和不同厂商的设备能够无缝集成。本部分着眼于如何构建一个健壮、分层的通信架构，并解决异构系统间的通信难题。 第四章：控制系统中的分层网络设计 本章基于ISA-95/Purdue模型，指导读者如何构建一个清晰的网络架构，从现场设备层（Field Level）到操作员层（Operator Level）和制造执行层（MES Level）。我们将讨论不同层级之间所需的数据类型、传输延迟要求，以及如何通过工业网关和防火墙实现严格的网络隔离和数据流控制，以满足功能安全和网络安全的需求。 第五章：无线通信技术在工业现场的应用 无线技术为传统布线带来极大的灵活性，尤其适用于移动资产或难以布线的区域。本章全面评估工业Wi-Fi (802.11) 在高密度环境下的性能瓶颈和干扰规避策略。此外，我们将详细讲解ISA100.11a和WirelessHART等专为过程控制设计的低功耗、自愈合网状网络（Mesh Network）技术，包括其时间同步机制和电源管理策略。重点在于如何确保无线链路的确定性和高可用性。 第六章：数据安全与网络韧性 随着OT（运营技术）系统与IT（信息技术）网络的融合，网络安全成为通信系统设计中不可或缺的一环。本章不侧重于通用IT安全，而是聚焦于工业控制系统（ICS）安全的特殊性。内容包括：如何应用端口安全、虚拟局域网（VLAN）划分在DCS网络中实现微分段；如何部署工业防火墙进行深度包检测（DPI）以识别恶意控制命令；以及零信任架构在工业场景中的初步应用探讨，如安全密钥管理和数字证书在设备认证中的作用。 第三部分：实施、故障排除与性能优化 理论知识必须转化为实际操作能力。本部分提供了大量的实践指导，帮助读者解决在部署和维护过程中遇到的实际问题。 第七章：工业网络实施与调试的最佳实践 本章详细阐述了从概念设计到系统上电的全过程管理。内容涵盖了IP地址规划（特别是对于大型分布式系统）、设备采购时的兼容性校验、电缆敷设标准（包括最小弯曲半径和应力释放）以及系统级的时间同步（如IEEE 1588 PTP）配置指南。我们将提供一个基于案例的调试清单，确保所有通信路径的正确性和性能达标。 第八章：高级故障诊断与性能分析 面对间歇性的通信中断或数据丢包，有效的故障排除至关重要。本章重点介绍使用工业协议分析仪（Protocol Analyzer）的方法，指导读者如何捕获和解读Modbus、PROFINET或EtherNet/IP报文，识别超时错误、CRC校验失败或帧丢失的根本原因。此外，我们将讲解如何使用网络性能监控（NPM）工具测量延迟抖动（Jitter）和丢包率，并针对性地优化网络参数（如TCP窗口大小或驱动程序设置）以提升系统吞吐量和响应速度。 第九章：面向未来的通信趋势与可持续性 本章展望了工业通信的未来发展方向。我们将探讨TSN（时间敏感网络）如何通过标准化机制解决传统以太网在确定性方面的不足，以及其对未来跨厂商互操作性的深远影响。同时，本书也将讨论OPC UA作为平台无关的、安全的数据交换中间件，在云端集成和边缘计算架构中扮演的角色，以及如何利用这些新兴技术构建面向预测性维护和数字孪生的下一代工业控制系统。 结论：从连接到智能 本书旨在帮助读者超越简单的“点对点”连接思维，掌握构建一个安全、高效、可扩展的工业数据通信网络的系统工程方法。通过对经典与现代协议的深入理解和对实际应用挑战的详细剖析，读者将能够自信地领导和执行下一代自动化项目的通信基础设施建设。 ---

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这本书的结构设计非常符合现代工程师的学习习惯，它不是线性的、不可中断的阅读材料，而是可以作为一本“即查即用”的参考手册。我经常发现自己只翻阅其中某一个特定章节，比如关于HART协议与现场设备的集成指南，就能迅速找到所需的配置参数或故障排查步骤。作者在描述这些特定协议时，非常注重兼容性问题，强调了版本差异和互操作性的重要性，这在老旧系统升级改造项目中是至关重要的现实考量。书中对电磁兼容性（EMC）和噪声抑制技术的讲解，也是基于实际的电磁干扰源（如大型电机驱动器或高频焊接设备）来进行场景模拟的，而不是空泛地谈论屏蔽层。这种场景化的教学方式，使得抽象的物理层问题变得具体可感。读完这些章节后，我立即对我在实验室项目中遇到的信号衰减和串扰问题有了更清晰的认识，并能更有信心地去选择合适的电缆类型和接地方案。这本书展现了一种以解决实际问题为导向的叙事哲学。

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这本书最大的亮点在于它将传统的、离散的通信技术与现代工业的“智能化”需求无缝对接。作者没有将数据通信视为孤立的管道，而是将其视为整个智能工厂数据流的基石。在探讨工业安全通信（如TSN - Time-Sensitive Networking）时，作者出色地展示了如何通过时间感知和更严格的流量整形，将传统上被视为“不可靠”的以太网转化为满足高精度控制需求的确定性通信媒介。他们对网络安全威胁的分类和缓解策略的介绍也极其到位，涵盖了从物理端口访问控制到应用层数据加密的全方位防御体系，这些内容远超一般入门级指南的范畴。对于那些负责设计和维护复杂、高可用性自动化系统的专业人士来说，这本书无疑提供了一个全面、前沿且极具操作性的参考框架。它不仅教会我们如何让数据“跑起来”，更重要的是，教会我们如何让数据“安全、稳定、准时”地跑起来，这才是现代工业数据通信的终极目标。

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老实说，市面上关于仪器仪表和控制系统的书籍汗牛充栋，但多数要么过于侧重底层电子学原理，要么过于泛泛地介绍软件功能。然而，我手上的这本作品，其核心价值在于它对“连接”这一动作的细致入微的解构。它把数据通信看作是工业控制系统（ICS）的生命线，并从这一视角出发，系统地梳理了从传感器采集数据到控制系统执行器接收指令的整个路径上的所有通信瓶颈和潜在故障点。作者对冗余通信架构的讨论尤为深刻，他们不仅对比了热备用（Hot Standby）和冷备用（Cold Standby）的切换时间差异，还提供了基于现场诊断日志的性能评估框架。这种深度的批判性分析，让读者能够超越厂商宣传的技术参数，真正理解不同通信解决方案的内在优劣。再者，书中对不同数据采集频率和数据包大小对网络带宽需求的量化分析，提供了一套实用的设计工具，确保我们在规划新的自动化系统时，能够做出具有前瞻性的网络容量规划，避免未来因数据洪流而导致的系统崩溃。

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这本书的叙事风格简直是教科书级别的清晰度与工程手册的实用性完美结合的典范。当我翻开它时，我预期的那种晦涩难懂的电气工程术语堆砌并没有出现，取而代之的是一种引导性的、循序渐进的讲解方式。作者似乎非常清楚读者的知识盲区可能在哪里，因此在讲解诸如串行通信（RS-232/485）的电气特性和阻抗匹配时，他们会先用一个生活化的类比来建立初步概念，然后再逐步过渡到具体的电压电平、波特率计算和终端电阻设置。这种教学法的差异化处理，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。尤其是关于工业以太网的章节，处理得非常精妙，它没有仅仅停留在TCP/IP模型的表面介绍，而是深入探讨了实时性（Real-Time）在工业控制中的具体含义——即确定性延迟（Deterministic Latency）是如何通过特定协议设计（如PROFINET IRT）来实现的。书中对延迟预算的估算方法和实际测量工具的推荐，让我眼前一亮，这完全是教科书里通常会省略，但在真实生产线上却是决定项目成败的关键要素。这本书的价值在于它填补了“知道原理”和“能够部署”之间的巨大鸿沟。

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这是一本令人振奋的工程技术读物，它以一种异常务实和深入的方式探讨了工业自动化和控制领域中数据通信的核心议题。书中对于不同通信协议的剖析，比如Modbus、Profibus以及更现代的Ethernet/IP等，都展现了作者深厚的行业经验。我特别欣赏作者在理论阐述与实际应用之间的平衡把握，每一个技术细节的引入都紧密联系着实际的工程挑战和解决方案。比如，在讨论现场总线网络拓扑结构时，作者不仅给出了标准的星型、环型布局的图示，更重要的是，他深入分析了每种拓扑在抗噪性、故障恢复速度和布线成本上的权衡取舍，这对于现场工程师来说是极其宝贵的指导。此外，书中关于数据完整性、时间同步和网络安全性的章节，在当前工业物联网（IIoT）大背景下显得尤为及时和重要。作者没有停留在概念层面，而是提供了大量具体的配置示例和故障排除技巧，使得读者能够真正将书中的知识转化为解决实际问题的能力。整本书的行文流畅且逻辑严密，即便是初次接触复杂通信系统的技术人员，也能跟随作者的引导，逐步建立起对整个数据链路层到应用层的清晰认知。这绝不是一本可以束之高阁的理论教科书，而是一本应该放在工作台旁随时翻阅的实用手册。

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