WorldFIP现场总线原理、开发及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:梁庚

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2009-12

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787508399997

丛书系列:

图书标签:

• WorldFIP
• 现场总线
• 工业控制
• 通信协议
• 嵌入式系统
• CAN总线
• 自动化
• 网络技术
• 开发应用
• 实时控制

《智能制造中的通信基石：工业以太网技术深度解析》 在蓬勃发展的智能制造浪潮中，高效、可靠、实时的通信是驱动一切变革的核心要素。本书记载了工业以太网技术的深层原理、关键技术选型、开发实现以及在各类工业场景中的广泛应用，旨在为读者构建一套清晰、系统的工业通信认知体系，助力企业顺利迈向数字化、智能化转型。 第一部分：工业以太网的演进与核心原理 本章将追溯工业通信技术的发展历程，从早期的串行通信，到现场总线的兴起，再到工业以太网的崛起，深刻理解其历史必然性与技术优势。我们将深入剖析以太网在工业环境下的特殊挑战，如实时性、确定性、鲁棒性要求，并详细阐述以太网帧结构、MAC地址解析、IP协议栈在工业场景下的应用与优化。 1.1 工业通信的时代变迁：从串行到并行，从总线到网络 早期的串行通信（RS-232, RS-485）的局限性分析。 现场总线的概念、优势及其在自动化系统中的地位。 为什么工业以太网成为下一代工业通信的主流选择。 1.2 以太网基础在工业环境下的适配 标准以太网工作原理回顾：CSMA/CD、冲突域、交换机。 工业以太网的“三性”挑战：实时性、确定性、可靠性。 MAC地址、IP地址、TCP/UDP协议在工业数据传输中的作用。 1.3 工业以太网的帧格式与数据封装 以太网帧结构详解（前导码、目的MAC、源MAC、类型/长度、数据、FCS）。 不同工业以太网协议在标准以太网帧上的数据封装方式。 广播、组播、单播在工业通信中的应用场景。 第二部分：主流工业以太网协议详解与选型考量 本章将聚焦当前工业领域应用最广泛的几种主流工业以太网协议，包括EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT、CC-Link IE等。我们将逐一解析这些协议的独特机制、性能特点、通信模型、以及它们在不同行业和应用场景下的适用性，为读者提供全面的选型指南。 2.1 EtherNet/IP：融合IT与OT的桥梁 EtherNet/IP的协议栈架构与ODVA标准。 CIP（Common Industrial Protocol）在EtherNet/IP中的核心地位。 对象模型、生产者-消费者模型、客户端-服务器模型。 EtherNet/IP在离散制造、过程控制中的应用案例。 2.2 PROFINET：欧洲市场的领导者 PROFINET的实时通信机制（RT/IRT）。 PROFINET的协议层级与网络拓扑。 拓扑无关性、诊断功能、安全通信。 PROFINET在汽车制造、包装机械等领域的优势。 2.3 EtherCAT：极致的实时性与灵活性 EtherCAT的“处理在从站，通信在主站”工作原理。 数据在EtherCAT帧中的“一次读取，一次写入”机制。 EtherCAT的分布式时钟、拓扑灵活性。 EtherCAT在高性能运动控制、机器人领域的卓越表现。 2.4 CC-Link IE：亚洲市场的强大力量 CC-Link IE的通用以太网技术与高速通信。 CC-Link IE TS（时分复用）与CC-Link IE Control（令牌传递）的区别。 CC-Link IE在过程自动化、离散制造业的广泛应用。 2.5 工业以太网协议选型考量因素 实时性要求（周期时间、抖动）。 通信带宽与数据量。 网络拓扑与部署复杂性。 设备兼容性与生态系统。 开发成本与技术支持。 安全性需求。 第三部分：工业以太网通信的开发与实现 本章将引导读者深入了解工业以太网通信的开发实践。从硬件选型、嵌入式系统开发，到软件协议栈的实现与优化，再到诊断与故障排除，我们将提供一套完整的开发流程和关键技术要点。 3.1 工业以太网硬件平台与接口 工业以太网控制器（MAC+PHY）的选择与评估。 CPU、内存、存储器等嵌入式系统关键组件的配置。 RJ45、M12等工业连接器的选型与防护。 PoE（Power over Ethernet）技术在工业场景的应用。 3.2 嵌入式系统开发与操作系统 实时操作系统（RTOS）在工业以太网通信中的作用。 FreeRTOS, Zephyr, VxWorks等RTOS的特点。 驱动程序的开发与优化。 低功耗设计与能效管理。 3.3 工业以太网协议栈的实现 TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的移植与优化。 UDP协议在实时通信中的优势。 实现特定工业以太网协议的关键API与数据结构。 性能调优：中断处理、DMA、内存管理。 3.4 网络诊断与故障排除 常用诊断工具（Wireshark, bus monitors）的使用。 网络性能指标的监控与分析（吞吐量、延迟、丢包率）。 常见故障模式与排除方法（物理层、数据链路层、网络层）。 预防性维护与网络健康管理。 第四部分：工业以太网在智能制造中的应用实践 本章将通过一系列典型的工业应用案例，展示工业以太网在智能制造中的强大能力。从工厂自动化、运动控制，到机器视觉、工业物联网（IIoT），我们将深入分析工业以太网如何赋能这些关键领域，实现生产效率的飞跃与价值的创造。 4.1 智能工厂自动化与流程控制 PLC与DCS系统之间的工业以太网通信。 传感器、执行器与上位机的数据交互。 分布式I/O模块的应用。 基于工业以太网的 SCADA 系统架构。 4.2 高性能运动控制与机器人系统 伺服驱动器、编码器与运动控制器的实时通信。 EtherCAT 在多轴同步运动控制中的应用。 机器人手臂的路径规划与轨迹跟踪。 柔性生产线的构建。 4.3 机器视觉与质量检测 高清图像数据的实时传输与处理。 视觉传感器与PLC的数据同步。 基于工业以太网的智能检测系统。 4.4 工业物联网（IIoT）与云边协同 工业以太网作为IIoT边缘通信的关键节点。 MQTT, CoAP等轻量级协议在IIoT中的应用。 数据采集、预处理与上传云平台。 预测性维护与远程监控。 4.5 工业以太网安全 网络安全威胁与工业控制系统的脆弱性。 防火墙、VPN、IDS/IPS等安全机制的部署。 IEC 62443等工业网络安全标准。 安全通信协议（TLS/SSL）的应用。 结语 工业以太网已不仅仅是通信技术的升级，更是驱动智能制造转型升级的关键赋能技术。本书期望通过系统性的讲解和深入的实践指导，帮助读者掌握工业以太网的核心知识，理解其技术精髓，并能在实际工作中灵活运用，为构建更智能、更高效、更具竞争力的未来工厂贡献力量。

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