现场总线技术及其应用（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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阳宪惠 编

图书标签:

• 现场总线
• 工业通信
• 自动化
• 控制系统
• Modbus
• CAN总线
• Profibus
• DeviceNet
• EtherCAT
• 工业网络

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302169932

版次：2

商品编码：11616437

包装：平装

开本：16开

出版时间：2008-10-01

用纸：胶版纸

页数：398

字数：601000

正文语种：中文

内容简介

　　《现场总线技术及其应用（第2版）》旨在介绍现场总线这一自动控制领域的新技术。《现场总线技术及其应用（第2版）》力图展现现场总线的技术概貌，在介绍计算机网络、通信、开放系统互连参考模型等基础知识的基础上，针对CAN、FF、PROFIBUS、LonWorks、工业以太网等多种已被列入ISO、IEC国际现场总线标准的现场总线技术，较全面地介绍了它们各自的技术特点、通信控制芯片、接口电路设计以及现场总线控制系统和网络系统的设计、应用等。
　　《现场总线技术及其应用（第2版）》图文并茂，突出与应用技术相关的内容。可作为教材，也可作为技术开发、系统应用工作者的参考书。适合大专院校自动化、仪表专业师生、相关专业的工程技术人员、现场总线系统设计、应用技术人员阅读和参考。

目录

第1章 现场总线技术概述
第2章 数据通信基础
第3章 控制网络基础
第4章 CAN总线与基于CAN的控制网络
第5章 基金会现场总线FF
第6章 PROFIBUS
第7章 工业以太网
第8章 LonWorks控制网络
第9章 几种控制网络的特色技术
第10章 短程无线数据通信
结束语 控制网络技术的比较与选择
主要参考文献

《工业网络通信与嵌入式系统设计》 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两大核心技术——工业网络通信和嵌入式系统设计。在日益智能化、互联化的工业4.0时代，高效、可靠的通信机制和灵活、强大的嵌入式系统是构建智能工厂、实现柔性生产、提升运营效率的基石。本书旨在为读者提供一个全面、深入的学习平台，从基础理论到前沿技术，再到实际应用，全方位地剖析这两个领域。 第一部分：工业网络通信原理与协议 本部分将首先建立读者对工业通信基础的理解。我们将从“为什么需要工业网络”这一根本性问题出发，阐述传统串行通信的局限性，以及工业网络通信在克服这些局限性、实现数据的高效传输、实时性保障、鲁棒性等方面所扮演的关键角色。 工业通信的特性与挑战： 详细分析工业环境的特殊性，如恶劣的电磁干扰、宽温工作范围、粉尘、潮湿等，以及这些因素对通信系统提出的严苛要求。我们将探讨数据采集的实时性、控制指令的精确性、故障诊断的及时性、信息安全的重要性以及不同设备间协同工作的复杂性。 通信网络拓扑与分层模型： 介绍常见的工业网络拓扑结构，如星型、总线型、环型、网状型等，并分析它们各自的优缺点以及适用场景。在此基础上，我们将引入OSI（开放系统互连）模型和TCP/IP模型，重点阐述工业通信中与这些模型相关的关键层，如物理层、数据链路层、网络层、传输层以及应用层，并结合工业实际，分析各层的功能和实现。 关键工业通信协议解析： 本书将深入剖析几种在工业领域占据主导地位的通信协议。 Ethernet/IP (Industrial Protocol)： 作为一种基于标准以太太网的工业协议，Ethernet/IP在整合IT和OT（运营技术）方面具有显著优势。我们将详细介绍其在物理层、数据链路层、网络层以及应用层的工作机制，包括CIP（通用工业协议）的实现、报文结构、数据对象的定义、通信模式（如显式报文和隐式报文）等，并分析其在各种自动化设备和系统中的广泛应用。 PROFINET： 作为一种高性能的工业以太网解决方案，PROFINET以其出色的实时性、灵活性和诊断能力而闻名。我们将详细讲解PROFINET的通信架构、实时通信机制（如RT和IRRT）、报文调度、设备接口（如I-Device）以及与PLC（可编程逻辑控制器）的集成方式，并探讨其在高效生产线和复杂运动控制系统中的价值。 Modbus TCP/IP： Modbus作为一种经典的工业通信协议，在Modbus TCP/IP中的应用使其得以在以太网环境中发挥作用。我们将深入剖析Modbus TCP/IP的报文格式、功能码、数据模型以及与TCP/IP协议栈的结合方式，并分析其在不同规模和应用场景下的易用性和可靠性。 OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)： 作为一种跨平台、面向服务的工业通信技术，OPC UA打破了传统通信协议的平台限制，实现了信息模型驱动的互联互通。我们将详细介绍OPC UA的架构、信息模型、通信服务、安全机制以及其在异构系统集成、数据共享和物联网（IoT）应用中的革命性意义。 其他重要工业通信技术： 此外，我们还将简要介绍一些其他在特定领域或新兴应用中重要的通信技术，例如： TSN (Time-Sensitive Networking)： 作为下一代以太网技术，TSN为工业网络带来了确定性通信能力，为实时控制和融合网络奠定了基础。 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)： 作为一种轻量级的发布/订阅消息协议，MQTT在物联网设备通信和云平台集成中发挥着重要作用。 CAN (Controller Area Network) 及 CANopen： 尽管更多用于嵌入式系统内部通信，但CAN总线及其高层协议CANopen在汽车电子和一些工业领域仍有广泛应用。 第二部分：嵌入式系统设计与开发 本部分将聚焦于嵌入式系统的设计和开发过程，从硬件选型、软件架构到实际实现，为读者构建坚实的嵌入式开发知识体系。 嵌入式系统的基本概念与架构： 详细介绍嵌入式系统的定义、特点（如专用性、实时性、低功耗、高可靠性等）以及其在现代社会中的广泛应用，从家电、汽车到工业控制、航空航天。我们将深入剖析嵌入式系统的典型架构，包括微处理器/微控制器（CPU）、存储器（RAM、ROM、Flash）、输入/输出接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等）、时钟电路、电源管理单元以及各种外围设备（如传感器、执行器、显示器、通信模块等）。 微控制器（MCU）与微处理器（MPU）选型： 介绍不同类型微控制器（如ARM Cortex-M系列、AVR、PIC等）和微处理器（如ARM Cortex-A系列）的架构特点、性能指标、功耗特性以及指令集。我们将提供一套系统的选型指南，帮助读者根据应用需求（如处理能力、内存需求、I/O端口数量、功耗预算、成本等）选择合适的MCU或MPU。 嵌入式操作系统（RTOS）的选择与应用： 深入探讨实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的重要性，包括任务调度、任务间通信、中断处理、内存管理以及资源分配等核心功能。我们将介绍几种主流的RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks、μC/OS等，分析它们的特点、优劣势以及适用的项目类型，并演示如何在实际项目中配置和使用RTOS。 嵌入式软件开发流程： 详细阐述嵌入式软件开发的整个生命周期，包括需求分析、系统设计、编码实现、单元测试、集成测试以及部署调试。我们将重点介绍跨平台开发、交叉编译、调试工具链（如GDB、JTAG、SWD）以及仿真器的使用。 嵌入式软件开发技术： 硬件抽象层（HAL）与驱动程序开发： 讲解HAL的概念以及如何为各种外围设备编写高效、可移植的驱动程序，以实现对底层硬件的访问和控制。 嵌入式Linux系统开发： 针对基于Linux的嵌入式系统，我们将介绍Linux内核移植、根文件系统构建、应用程序开发以及设备树（Device Tree）的使用。 面向对象设计与嵌入式系统： 探讨如何在嵌入式软件开发中应用面向对象的设计原则，提高代码的可维护性、可重用性和可扩展性。 嵌入式安全与可靠性设计： 关注嵌入式系统在安全和可靠性方面的重要性，包括软件漏洞防护、硬件安全模块、冗余设计以及故障检测与恢复机制。 嵌入式系统与工业网络通信的融合： 本部分将重点阐述嵌入式系统如何与工业网络通信技术深度融合，构建智能化的工业控制节点。我们将探讨： 使用嵌入式平台实现工业协议栈： 如何在嵌入式微控制器上实现Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP或OPC UA等通信协议，使嵌入式设备能够接入工业网络，进行数据交换和远程控制。 基于嵌入式系统的分布式控制： 如何利用嵌入式系统构建分布式控制单元，通过工业网络实现协同工作，提高系统的灵活性和可扩展性。 边缘计算与嵌入式系统： 探讨嵌入式系统如何作为边缘计算节点，在本地进行数据预处理、分析和决策，降低网络带宽压力，提升响应速度。 工业物联网（IIoT）应用开发： 如何结合嵌入式系统和工业通信技术，开发面向工业物联网的解决方案，实现设备的远程监控、预测性维护、能效管理等。 第三部分：实际应用与案例分析 本部分将通过一系列精心挑选的实际应用案例，展示工业网络通信与嵌入式系统设计如何在各个行业中发挥关键作用，帮助读者巩固理论知识，激发创新思维。 智能制造与自动化生产线： 分析如何利用PROFINET或Ethernet/IP构建高速、高精度的自动化生产线，实现机器人、PLC、视觉检测系统之间的无缝通信和协同作业。 过程控制系统（PCS）与分布式控制系统（DCS）： 探讨如何使用OPC UA或其他工业协议实现传感器、执行器、控制器之间的稳定通信，以及如何构建冗余、高可靠性的过程控制系统。 能源管理与智能电网： 介绍如何利用嵌入式系统和Modbus/MQTT等协议实现能源设备（如智能电表、变压器、风力发电机）的数据采集与监控，以及在智能电网中的应用。 楼宇自动化与智能家居： 分析如何利用嵌入式系统和各种通信技术（如Zigbee、Wi-Fi、BACnet）实现楼宇内各种设备的互联互通，提升能源效率和舒适度。 交通控制与车载网络： 探讨CAN总线在汽车电子中的应用，以及如何通过以太网等技术实现更高级别的车载信息娱乐系统和自动驾驶的通信需求。 工业物联网（IIoT）平台集成： 演示如何将嵌入式设备通过工业通信协议接入IIoT平台，实现设备状态的实时监控、数据分析和远程管理。 总结与展望 本书的最后，我们将对工业网络通信和嵌入式系统设计的未来发展趋势进行展望，包括人工智能（AI）与边缘计算的深度融合、5G在工业通信中的应用、软件定义网络（SDN）在工业领域的推广以及信息安全在工业系统中的愈发重要性。 本书结构清晰，内容严谨，语言流畅，理论与实践相结合。无论是希望系统学习工业自动化通信技术的工程师，还是致力于开发高性能嵌入式系统的设计者，亦或是对智能制造和工业物联网感兴趣的研究者，都能从本书中获益匪浅。通过学习本书，读者将能够深刻理解现代工业自动化系统的构建原理，掌握关键的通信协议和嵌入式开发技能，为应对日益复杂的工业挑战、推动工业技术创新贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

从一个教育工作者的角度来看待这本“现场总线技术及其应用（第2版）”，我必须说，它的教材价值极高，非常适合作为高等院校自动化、机电一体化等专业的指定教材。它的优点在于其内容的系统性、全面性和与时俱进的特性。第二版相对于第一版，显著增强了对工业互联网（IIoT）趋势下的新一代总线技术——如EtherCAT在运动控制领域的应用优势——的介绍。书中对EtherCAT的“随路处理”（Processing-on-the-fly）机制的描述，清晰地展现了其超越传统以太网在高速同步方面的技术壁垒的突破。编排上，作者似乎特别注意到了学生在学习过程中的认知负荷，章节之间的衔接过渡自然流畅，知识点层层递进，不会让初学者感到知识的“灌输式”压力。书中附带的习题设计也十分合理，兼顾了基础概念的检验和对复杂系统架构的分析能力培养。如果能增加一些针对特定厂商软硬件的配置实验指导，那将是锦上添花，但即便如此，它已经为我们构建一门高质量的现场总线课程提供了无可替代的蓝本。

评分☆☆☆☆☆

我以一名资深系统集成工程师的视角来看待这本“现场总线技术及其应用（第2版）”，必须承认，它的内容更新速度相当令人满意，尤其是在融合当前工业4.0趋势方面做得比较到位。我特别关注的是其中关于OPC UA在跨平台数据集成方面的论述。以往的很多教材都还在强调传统的基于特定协议的集成方式，而这本书则非常及时地引入了OPC UA作为现代工业互联的基础设施。书中对OPC UA的信息模型构建和安全认证机制的讲解深入且务实，这对于我们进行企业信息层（MES/ERP）与控制层（PLC/DCS）的集成工作至关重要。此外，书中对不同总线技术的选型标准分析得非常精辟，不再是简单地罗列优缺点，而是结合了实时性要求、带宽需求和成本效益等多维度指标进行权衡，这对于项目决策层提供了极大的参考价值。唯一略感不足的是，在无线工业网络（如ISA100.Wireless）的深入应用案例上，篇幅稍显不足，这在未来智能工厂的柔性制造场景中会越来越重要。总的来说，这本书的深度和广度都达到了专业参考书的水平，值得我们技术团队人手一本。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这种初学者量身定做的，尽管我之前对自动化控制领域只有些许概念性的了解，但读完这本书后，我对现场总线技术从理论到实践的认识都有了质的飞跃。作者在讲解基础概念时，没有使用过于晦涩难懂的术语，而是通过大量的实际案例和图示，将复杂的通信协议剖析得淋漓尽致。比如，关于Profibus和Modbus的对比分析，我过去总是混淆不清，但书中将它们的帧结构、通信方式以及适用场景做了清晰的划分，让我一下子就明白了其中的奥妙。更让我惊喜的是，它不仅停留在理论层面，还深入探讨了工业以太网的最新发展，比如Profinet的架构设计，以及如何进行网络故障诊断和安全防护。书中给出的调试步骤非常详尽，即便是像我这样缺乏动手经验的读者，也能对照着书本上的步骤，在实验室环境中成功配置和运行一个简单的控制系统。可以说，这本书为我搭建起了一个坚实的知识框架，让我有信心去应对未来的工业现场挑战。如果说有什么可以改进的地方，或许是在更前沿的TSN（时间敏感网络）方面可以再增加一些前瞻性的探讨，但就目前已有的内容来说，它绝对是一本不可多得的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排实在称得上是匠心独运，它完美地平衡了理论的严谨性与实践的可操作性。对于我这种希望系统性学习工业自动化协议的人来说，这种循序渐进的编排方式简直是福音。初期的章节非常扎实地奠定了数字通信和网络基础，确保读者不会在后续的协议深挖中迷失方向。当我读到CAN总线和DeviceNet的章节时，我发现作者巧妙地将底层物理层、数据链路层和应用层的功能紧密结合起来阐述，而不是孤立地讲解每一个层次。这种整体性的视角极大地帮助我理解了数据是如何在总线中高效、可靠地传输的。尤其值得称赞的是，书中对总线仲裁机制（如CSMA/CD或令牌传递）的算法描述，不仅给出了数学模型，还配有流程图，使得复杂的调度过程变得可视化。这本书的价值在于，它不仅仅教会你“如何使用”某项技术，更重要的是让你明白“为什么它要那样设计”，这种对底层逻辑的透彻解析，是很多入门读物所欠缺的。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书后，我感觉自己对工业控制系统的“神经系统”有了全新的认识。它不是一本枯燥的规范汇编，而更像是一本优秀的“故障排查指南”。书中专门辟出了一块内容来讨论如何使用工具（如总线协议分析仪）来捕获和解读现场数据包，这对我日常维护工作帮助极大。例如，书中详细演示了如何通过观察Modbus RTU的应答延迟和校验错误码来定位物理层干扰，这比我过去完全依赖经验判断要科学得多。此外，书中对不同标准在不同行业（如汽车制造、流程控制、楼宇自动化）中的实际部署案例分析，让我得以拓宽视野，意识到总线技术并非一成不变，而是需要根据应用场景进行灵活调整的。我对其中关于时间同步在分布式控制系统中的重要性的强调印象深刻，特别是对IEEE 1588（PTP）协议在超高精度同步中的作用进行了深入浅出的阐述，这在要求严格协同操作的领域具有指导意义。这本书的实用性，远超出了它的书名所暗示的范围。