9787560629582 工业通信网络技术和应用 西安电子科技大学出版社 许勇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许勇 著

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• 许勇
• 工业控制

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出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560629582

商品编码：29413180345

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：工业通信网络技术和应用

定价：40.00元

作者：许勇

出版社：西安电子科技大学出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787560629582

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

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许勇主编的《工业通信网络技术和应用》就是要在“现场总线”课程内容的基础上，覆盖更基础和应用更广泛的工业通信技术内容，反映工业自动化技术应用现实，使得我们的课程能帮助学生在将来的工作实践中合理地、有效地解决设备问的信息交换问题，能有效地设计和应用现代工业通信系统。

内容提要

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许勇主编的《工业通信网络技术和应用》主要介绍通信技术在现代工业企业中的发展和应用的基础知识。全书共分为8章。章介绍工业通信的特点和基本情况；第2章则深入讨论工业通信系统所需要的基础知识；在第3章介绍了计算设备和元件之间实际的总线接口技术知识；第4章开始介绍工控机与测控仪器接口总线：第5章中系统介绍了工业设备之间常用的通信技术；第6章则是与工业设备联网相关的工业现场总线介绍；第7章重点介绍了CANBus及其在汽车上的应用，同时也介绍了汽车联网的相关技术：第8章介绍工业以太网技术及应用。
通过系统讲述工业通信领域的主要内容，并且以汽车联网的应用为重点介绍工业通信系统的实现手段和技术细节，本书为从事和学习工业设备通信技术的读者提供了尽可能有用的内容。
《工业通信网络技术和应用》适合自动化、控制、电子工程和检测技术等专业的本科生及研究生使用，也适合从事相关工作的技术人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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现代工业通信网络的构建与实践 一、 工业通信网络的演进与重要性 在数字化浪潮席卷全球的今天，工业通信网络已不再是简单的设备间信息传递的工具，而是支撑现代工业生产、管理、决策的核心基础设施。从早期自动化生产线上的串行通信，到如今高度集成、实时互联的工业互联网，工业通信网络经历了翻天覆地的变化。这种演进不仅体现在技术的进步上，更深刻地改变了工业生产的模式和效率。 工业通信网络的发展历程，可以大致分为几个阶段： 早期自动化阶段（20世纪70-80年代）： 此时的通信主要集中在PLC（可编程逻辑控制器）之间，采用RS-485等串行通信方式，传输速率较低，网络规模有限，主要满足单点控制和数据采集的需求。 现场总线阶段（20世纪90年代）： 随着自动化水平的提高，各种现场总线技术如Profibus、DeviceNet、CAN等应运而生。这些总线技术使得传感器、执行器、控制器等底层设备能够更便捷地互联，提高了生产线的集成度和灵活性，但也存在标准不统一、兼容性差等问题。 工业以太网阶段（21世纪初）： 基于标准以太网技术的工业通信网络开始普及，如EtherNet/IP、Profinet、EtherCAT等。这些技术继承了商用以太网的高速率、低成本、易维护等优点，并针对工业环境的实时性、可靠性、安全性需求进行了优化。工业以太网的出现，极大地提升了生产现场的信息传输能力，为MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）等上层系统与现场设备的数据交互奠定了基础。 工业互联网阶段（当前）： 工业互联网将工业通信网络推向了一个全新的高度。它将工厂内部的网络与企业外部的网络（如云平台、互联网）连接起来，实现了设备、信息、服务之间的全面互联互通。工业互联网的出现，使得远程监控、预测性维护、大数据分析、智能化生产等成为可能，正在引领制造业向智能化、服务化转型。 工业通信网络的重要性体现在以下几个方面： 1. 提高生产效率与自动化水平： 高效、可靠的通信网络是实现生产过程自动化、精益化管理的前提。它能够实时采集生产数据，优化生产流程，减少人为干预，从而显著提高生产效率。 2. 保障生产安全与质量： 关键设备之间的实时通信，能够及时发现和处理异常情况，预防安全事故的发生。同时，精确的数据采集与传输，有助于实现产品质量的实时监控与追溯。 3. 促进生产过程的优化与智能化： 通过对生产过程中产生海量数据的采集、传输和分析，可以深入了解生产状况，找出瓶颈，进行工艺优化，甚至实现预测性维护，从而将生产过程推向智能化。 4. 实现企业资源整合与协同： 强大的工业通信网络能够连接企业内部的各个部门（生产、仓储、销售、研发等），打破信息孤岛，实现数据的共享与协同，提高企业的整体运营效率。 5. 支撑新商业模式的创新： 工业互联网的兴起，使得设备制造商和服务提供商能够通过网络提供远程诊断、在线升级、按需服务等增值服务，催生出新的商业模式。 二、 工业通信网络的关键技术与标准 现代工业通信网络之所以能够满足严苛的工业环境需求，离不开一系列关键技术的支撑和不断演进的标准体系。 1. 工业以太网技术： 工业以太网是在标准以太网的基础上，针对工业现场的特殊需求进行改进和增强的技术。其核心的改进在于： 实时性： 工业生产过程中，很多控制任务要求严格的时间同步和确定性通信。为了实现工业级实时性，各种工业以太网协议采用了不同的技术手段，如： 确定性以太网（Deterministic Ethernet）： 通过优先级控制、时间触发通信（TSN，Time-Sensitive Networking）等技术，确保数据包在指定时间内到达。 协议优化： 简化通信协议，减少报文开销，提高传输效率。 专用硬件： 使用具备更高处理能力和实时性的网络接口卡（NIC）和交换机。 可靠性： 工业环境复杂，电磁干扰、振动、粉尘等都可能影响通信的稳定性。因此，工业以太网在可靠性方面进行了加强： 冗余机制： 采用环网冗余（如RSTP、MRP）或双星型冗余等方式，保证在一个链路或节点故障时，通信能够迅速恢复。 抗干扰能力： 使用屏蔽线缆、工业级连接器、加固型网络设备等，提高对恶劣环境的适应性。 错误检测与纠错： 增强数据校验机制，确保数据的完整性。 安全性： 工业控制系统关乎国家经济命脉，安全至关重要。工业以太网在安全方面需要考虑： 访问控制： 限制未授权设备和用户的访问。 数据加密： 对敏感数据进行加密传输，防止窃听。 防火墙与入侵检测： 部署安全设备，监控和防御网络攻击。 安全协议： 例如OPC UA等，内置了强大的安全机制。 2. 现场总线技术（作为工业以太网的补充和特定场景应用）： 虽然工业以太网已成为主流，但一些传统的现场总线技术，如CANopen、Profibus DP/PA，在某些特定领域（如汽车电子、低端自动化设备）依然发挥着重要作用，它们通常具有以下特点： 低成本： 硬件和布线成本相对较低。 高鲁棒性： 对工业环境的适应性较强。 实时性： 满足一定程度的实时控制需求。 易用性： 相对容易部署和维护。 3. 无线通信技术在工业中的应用： 随着技术发展，无线通信在工业中的应用越来越广泛，为移动设备、特殊场景（如狭小空间、移动设备）提供了解决方案。常见的工业无线技术包括： Wi-Fi (IEEE 802.11系列)： 适用于中低速率、大范围覆盖的场景，如仓库管理、设备巡检。 Bluetooth (蓝牙)： 适用于短距离、低功耗的设备连接，如人机交互、设备配置。 LPWAN（低功耗广域网）： 如LoRa、NB-IoT，适用于低速率、长距离、低功耗的物联网应用，如环境监测、资产跟踪。 5G： 作为新一代通信技术，5G凭借其高带宽、低时延、大连接的特性，为工业场景带来了革命性的改变，能够支持URLLC（超可靠低时延通信）和eMBB（增强移动宽带），为远程控制、AR/VR辅助、大规模设备连接提供了可能。 4. 工业通信协议： 各种工业通信协议是实现设备间信息交互的“语言”。常见的协议包括： OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)： 这是一个开放的、独立的、标准化的工业通信协议，以其平台无关性、安全性、互操作性和丰富的数据模型而闻名，是工业互联网领域的核心协议之一。 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)： 一种轻量级的发布/订阅消息协议，广泛应用于物联网和工业自动化领域，尤其适合资源受限的设备和带宽不稳定的网络。 Modbus： 最早的工业通信协议之一，简单易用，仍在许多自动化系统中广泛使用。 EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT等： 这些是工业以太网的特定实现，它们在底层封装了应用层协议，定义了数据交换的格式和方式。 5. 时间同步技术： 在许多工业应用中，例如分布式控制、运动控制、数据采集等，各个设备之间的时间同步至关重要。常用的时间同步技术包括： PTP (Precision Time Protocol - IEEE 1588)： 能够实现纳秒级的精度，是许多实时工业以太网协议（如Ethernet/IP, Profinet）实现高精度时间同步的基础。 NTP (Network Time Protocol)： 精度相对较低，但易于实现，可用于非关键时间同步需求。 6. 网络管理与监控： 随着工业网络规模的不断扩大，有效的网络管理和监控变得尤为重要，这包括： SNMP (Simple Network Management Protocol)： 用于管理和监控网络设备。 专门的网络诊断工具： 用于分析网络流量、检测故障、优化性能。 三、 工业通信网络的设计与应用 工业通信网络的设计需要综合考虑生产工艺、自动化需求、可靠性、安全性、成本等多种因素，并在不同应用场景下采取相应的策略。 1. 网络分层架构： 典型的工业通信网络采用分层架构，以实现模块化、易管理和信息流的有序传递。常见的层次包括： 现场层（Sensor/Actuator Layer）： 连接传感器、执行器等底层设备，通常采用低成本、高鲁棒性的通信方式（如某些现场总线或低速工业以太网）。 控制层（Controller Layer）： 连接PLC、DCS（分布式控制系统）等控制器，负责实时控制和数据采集，通常采用实时性要求高的工业以太网（如Profinet, EtherCAT）。 车间层/管理层（Fieldbus/MES Layer）： 连接车间内的设备和MES系统，实现生产过程数据的采集、监控和管理，通常采用标准工业以太网。 企业层（Enterprise Layer）： 连接企业内部的ERP、SCADA（监控与数据采集系统）、数据库等系统，实现生产管理与企业运营的集成，通常采用标准TCP/IP协议。 云平台层（Cloud Layer）： 通过互联网或专线与云端连接，实现数据存储、分析、远程服务和智能化应用。 2. 网络拓扑结构： 不同的网络拓扑结构适用于不同的场景： 星型拓扑： 中心节点连接所有其他节点，易于管理和故障排除，但中心节点容易成为单点故障。 总线型拓扑： 所有节点连接到一根共享的通信线路，布线简单，成本低，但故障传播快，不易隔离。 环型拓扑： 节点连接成环，通过冗余链路可以实现高可靠性，适用于对可靠性要求高的关键系统。 树型拓扑： 结合了总线型和星型拓扑的优点，层次分明，易于扩展。 网状拓扑： 节点之间存在多条连接路径，提供极高的可靠性，但布线复杂，成本高。 在工业环境中，常采用冗余的环型或双星型拓扑来保证网络的可用性。 3. 实际应用场景： 工业通信网络的应用极其广泛，几乎涵盖了所有工业领域： 制造业： 汽车制造、电子产品制造、食品饮料、化工等行业的生产线自动化、柔性制造、设备互联、质量追溯。 能源行业： 电力系统的智能电网、发电厂的设备监控与数据采集、油气开采与输送过程的远程监控与调度。 交通运输： 轨道交通的信号控制与调度、港口的自动化装卸、智能交通系统。 楼宇自动化： 智能建筑的设备控制、安防监控、能源管理。 医疗健康： 医疗设备的互联互通、远程诊断与监护。 环保监测： 工业废气、废水排放的实时监测与数据上传。 4. 设计考虑因素： 在设计工业通信网络时，需要重点考虑以下因素： 实时性要求： 根据控制精度和响应速度的需求，选择合适的通信协议和技术。 可靠性要求： 评估潜在的故障风险，采取冗余、抗干扰等措施。 安全性需求： 制定网络安全策略，防止未经授权的访问和攻击。 带宽需求： 预估数据流量，选择具有足够吞吐量的网络设备和协议。 可扩展性： 考虑未来业务发展和设备增加的可能性，预留扩展空间。 维护与管理： 选择易于诊断和维护的网络设备及工具。 成本预算： 在满足需求的前提下，平衡技术选型与成本投入。 兼容性： 确保新旧设备和不同厂商设备之间的互联互通。 环境适应性： 选择适用于特定工业环境（温度、湿度、震动、腐蚀性气体等）的设备。 四、 工业通信网络的发展趋势 工业通信网络正朝着更加智能化、集成化、绿色化、安全化的方向发展。 工业互联网与边缘计算的深度融合： 随着工业互联网的发展，数据处理将更加分散化，边缘计算将在靠近数据源的设备或本地服务器上进行初步处理，减少对云端的依赖，提高响应速度和效率。 5G技术的广泛应用： 5G将为工业通信带来超低时延、超高可靠、海量连接的能力，支持更复杂的应用，如远程精密操控、AR/VR辅助作业、大规模无线传感网络等。 AI与大数据在网络管理中的应用： 利用人工智能和大数据分析技术，实现对工业网络的智能监控、故障预测、性能优化和安全态势感知。 TSN（时间敏感网络）的普及： TSN技术能够为不同类型的通信提供统一的、可预测的实时性保障，是实现更高等级工业自动化和协同的关键技术。 网络安全的重要性日益凸显： 随着互联互通的加剧，工业网络面临的网络攻击风险也在增加，因此，加强网络安全防护，构建纵深防御体系将是长期而艰巨的任务。 绿色通信与可持续发展： 关注通信设备的能耗，推动节能技术的应用，实现工业通信的可持续发展。 开放标准与互操作性： 推动更多开放标准的应用，如OPC UA，以提高不同厂商设备和系统之间的互操作性，降低集成成本。 总之，工业通信网络是推动现代工业发展的基石，其技术的不断进步和应用场景的拓展，将持续驱动工业的转型升级，为构建更智能、更高效、更可持续的工业未来奠定坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，如同跟随一位经验极其丰富的导师，在错综复杂的工业现场进行了一次深入的、实地的考察。作者的叙事风格非常“接地气”，尤其是在讲解网络拓扑设计和故障排除部分时，那种严谨又不失生动的笔触，极大地降低了理解的门槛。举例来说，当解释如何在高噪声环境中保证信号完整性时，作者引用了多个不同材质线缆的衰减特性曲线图，并配上了现场环境的实景照片进行对比说明，这种多维度的信息呈现方式，远胜于干巴巴的公式推导。更让我感到惊喜的是，作者对新兴的无线工业通信技术，比如基于UWB（超宽带）和5G的低延迟通信在柔性制造中的潜力，给予了足够的关注和深入的分析。他甚至预见性地提出了在移动机器人集群协同作业中，如何利用边缘计算优化数据处理路径，确保控制指令的实时反馈。这种对技术发展脉络的精准把握和对未来应用场景的积极探索，使得这本书不仅是技术手册，更是一份富有远见的行业白皮书。

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书，我真切地感受到了作者对工业通信领域那种近乎“偏执”的追求——追求极致的可靠性和最高的效率。作者对网络冗余机制的阐述达到了教科书级别的精确性，他详细对比了MRRT（多环路冗余技术）和集成冗余方案的切换时间差异，并给出了在不同网络规模下如何选择最佳冗余策略的决策树。尤其值得称赞的是，作者对调试工具和诊断方法的介绍，非常贴合实际工作需求。他详细介绍了Wireshark在工业以太网数据包捕获和分析中的高级过滤技巧，以及如何利用示波器和逻辑分析仪来验证物理层信号质量，这些实战经验的分享，对于初学者而言，是价值连城的“内行诀窍”。这本书的文字风格专业、精准，但绝不晦涩难懂，它仿佛一位耐心且博学的专家，一步步引导着你穿越复杂的工业网络迷宫，最终让你对整个系统的运作原理了然于胸。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在翻阅这本厚重的专著时，我的内心充满了对作者广博学识的敬意。这本书的结构设计极富匠心，它没有采用传统教科书那种生硬的、按部就班的编排方式，而是构建了一个从宏观到微观，再到未来趋势的完整知识体系。作者对网络安全在工业控制系统（ICS）中的地位看得尤为透彻，他用了一个专门的章节来详细剖析了震网（Stuxnet）等攻击事件对工业界的安全思维带来的冲击与变革。他不仅讲解了如何部署防火墙和入侵检测系统，更深入探讨了基于零信任架构的工业网络分段策略和遥测数据的安全传输机制。这种对“主动防御”理念的强调，以及对OT（运营技术）与IT（信息技术）融合带来的安全风险的深刻洞察，让我感到非常受用。特别是书中关于时间戳同步与网络诊断工具使用的那几页，作者分享了一些只有经验丰富的项目经理才会知道的“陷阱”和“窍门”，这种毫不保留的知识倾囊相授，极大地提升了这本书的实用价值，远超一般的教材范畴。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的编排逻辑感到非常欣赏，它成功地避免了许多技术书籍常见的弊病——即理论与实际应用之间的巨大鸿沟。作者在每一章的末尾都精心设计了“自测与深化思考”环节，这些问题往往不是简单的概念复述，而是要求读者对所学知识进行综合运用和批判性分析。例如，有一个问题要求读者比较在处理高频次、小数据包的PLC控制指令时，采用传统的TCP/IP协议栈与专用的硬实时协议栈在资源占用和抖动控制上的优劣。这种引导式的学习路径，迫使读者必须从系统层面去思考，而不是停留在单一模块的知识点上。此外，书中对硬件选型和成本效益分析的讨论也相当到位。作者没有回避工业项目实施中预算和可靠性之间的权衡问题，提供了多套基于不同预算级别的网络架构优化方案，这对于项目经理和系统集成商来说，简直是提供了“现成的”决策支持工具箱。

评分☆☆☆☆☆

这本《工业通信网络技术和应用》的作者，在开篇就展现了对该领域深厚而系统的理解，让人不禁拍案叫绝。他没有停留在对现有标准的罗列和描述上，而是深入剖析了工业环境中对通信系统的特殊苛刻要求，比如极低延迟、高可靠性、强实时性以及严苛的电磁兼容性挑战。阅读过程中，我尤其欣赏作者在阐述不同通信协议（如EtherCAT、PROFINET、Modbus TCP等）时所采取的对比分析手法。他不仅清晰地勾勒出每种协议的技术原理和适用场景，更难能可贵的是，他深入探讨了这些协议在实际工业4.0和智能制造场景下的集成与优化策略。比如，当讨论到时间敏感网络（TSN）的引入如何重塑传统现场总线架构时，作者的论述逻辑严密，引用了最新的IEEE标准进展，让我对未来工厂网络的演进方向有了更具前瞻性的认识。书中的案例分析部分，更是点睛之笔，它不是空泛的理论说教，而是结合了实际生产线的数据采集、运动控制同步等具体应用，使得抽象的技术概念变得触手可及。这种将前沿理论与工程实践紧密结合的写作风格，无疑为我们这些身处一线的工程师提供了一份极其宝贵的参考指南。