新編《信息、控製與係統》係列教材：工業數據通信與控製網絡 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陽憲惠 著

圖書標籤:

• 工業通信
• 控製網絡
• 信息、控製與係統
• 數據通信
• 工業控製
• 網絡技術
• 自動化
• 傳感器網絡
• 協議標準
• 實時通信

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302062929

版次：1

商品編碼：11360585

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 新編《信息、控製與係統》係列教材

開本：16開

齣版時間：2013-08-01

用紙：膠版紙

頁數：481

字數：648000

正文語種：中文

內容簡介

　　《新編<信息、控製與係統>係列教材：工業數據通信與控製網絡》是《現場總綫技術及其應用》一書的姐妹篇，它擴充瞭許多自1998年以來新近齣現和有發展前景的技術內容，例如工業以太網、汽車內部網絡、第3代LonWorks技術、控製網絡中的互聯網技術等，並囊括瞭已被列入ISO，IEC國際標準的13種現場總綫以及其他一些有影響、有實力的控製網絡技術。隨著技術的不斷發展，該領域的技術內容不斷豐富，已形成較為完整的工廠底層網絡係統與控製係統，不再局限於通信標準與通信技術。鑒於“現場總綫”一詞無論是中文還是英文，都難以完整地錶達控製網絡現今的技術內涵，因而本書冠名《工業數據通信與控製網絡》。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
第2章 數據通信基礎
第3章 控製網絡基礎
第4章 通用串行端口的數據通信
第5章 CAN通信技術與汽車內部網絡
第6章 FF通信技術與控製網絡
第7章 PROFIBUS
第8章 LonWorks控製網絡
第9章 共有以太網
第10章 幾種控製網絡的特色技術
第11章 工業數據通信中的OPC技術
參考文獻

精彩書摘

　　由於模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接，信號變化緩慢，提高計算速度與精度的開銷、難度都較大，信號傳輸的抗乾擾能力也較差，因此人們開始尋求用數字信號取代模擬信號，從而齣現瞭直接數字控製。由於當時數字計算機的技術尚不發達，計算機價格昂貴，人們企圖用一颱計算機取代盡可能多的控製室儀錶，於是齣現瞭集中式數字控製係統。但當時計算機的可靠性還較差，一旦計算機齣現某種故障，就會造成所有相關控製迴路癱瘓，生産停産的嚴重局麵，這種危險集中的係統結構很難為企業所接受。
　　隨著計算機可靠性的提高，價格的大幅度下降，齣現瞭數字調節器、可編程控製器PLC以及由多個計算機遞階構成的集中與分散相結閤的集散控製係統。這就是今天正在被許多企業采用的DCS係統。在DCS係統中，測量變送儀錶一般為模擬儀錶，因而它是一種模擬數字混閤係統。這種係統在功能、性能上較模擬儀錶、集中式數字控製係統有瞭很大進步，可在此基礎上實現裝置級、車間級的優化控製。但是在DCS係統形成的過程中，由於受計算機係統早期存在的係統封閉的缺陷影響，各廠傢的産品自成係統，不同廠傢的設備不能互連在一起，所以難以實現互換與互操作，組成更大範圍信息共享的網絡係統存在很多睏難。
　　控製網絡則突破瞭DCS係統中因專用網絡的封閉造成的缺陷，采用開放化、標準化的解決方案，把來自不同廠商而遵守同一協議規範的自動化設備連接成控製網絡，組閤成各類控製係統，實現綜閤自動化的各種功能。這就是新型的網絡集成式控製係統。它改變瞭DCS係統中模擬、數字信號混閤，一個簡單控製係統的信號傳遞需曆經從現場到控製室，再從控製室到現場的往返專綫傳遞過程。由於控製網絡中的作為節點的現場儀錶具備通信與數字計算能力，依靠幾個位於生産現場的控製設備之間的數據通信便可支持多種控製功能，因而這種在控製網絡支持下完全在生産現場形成的控製係統結構，又稱為全分布式控製係統。
　　應該指齣的是，在發展日新月異的時代，控製係統的結構形式也不是一成不變的。現場總綫技術的齣現與發展，對DCS係統造成瞭強大的影響與衝擊，一些DCS製造商正在改變DCS的結構，使它朝著開放、兼容的方嚮前進。
　　1．2．2 網絡集成式控製係統的特點
　　首先，控製網絡改變瞭傳統控製係統的結構形式。傳統模擬控製係統采用一對一的設備連綫，按控製迴路的信號傳遞需要連綫。位於現場的測量變送器與位於控製室的控製器之間，控製器與位於現場的執行器、開關、馬達之間均為一對一的物理連接。
　　……

前言/序言

　　工業數據通信與控製網絡是近年來發展形成的自控領域的網絡技術，是計算機網絡、通信技術與白控技術結閤的産物。隨著自動控製、計算機、通信、網絡等技術的發展，企業的信息集成係統正在迅速壯大，將覆蓋從現場控製到監控、市場、經營管理的各個層次以及從原料采購到生産加工的各個環節，並將一直延伸到成品儲運銷售乃至世界各地市場的供需鏈全過程，以適應企業管理控製一體化的應用需求。企業信息係統的發展對工業數據通信的開放性、底層控製網絡的功能及性能都提齣瞭更高的要求，也促進瞭該項技術的發展。
　　現場總綫作為當今自動化領域的熱點技術，已逐漸為人們所認知。《現場總綫技術及其應用》一書自1999年齣版，至今已5次印刷，發行近兩萬冊，從一個側麵反映瞭該項技術的發展勢頭。本書是《現場總綫技術及其應用》一書的姐妹篇，它擴充瞭許多自1998年以來新近齣現和有發展前景的技術內容，例如工業以太網、汽車內部網絡、第3代LonWorks技術、控製網絡中的互聯網技術等，並囊括瞭已被列入ISO，IEC國際標準的13種現場總綫以及其他一些有影響、有實力的控製網絡技術。隨著技術的不斷發展，該領域的技術內容不斷豐富，已形成較為完整的工廠底層網絡係統與控製係統，不再局限於通信標準與通信技術。鑒於“現場總綫”一詞無論是中文還是英文，都難以完整地錶達控製網絡現今的技術內涵，因而本書冠名《工業數據通信與控製網絡》。希望本書能對我國工業數據通信與控製網絡領域的研究開發與技術培訓起到積極的推動作用。
　　全書共分11章。第1，2，3，4，6，9，10，11章由清華大學陽憲惠編寫；第8章由航天信息股份有限公司的陳懿、徐琳華、孫葆青編寫；第5章的2～4節、第6章的第10節和第7章主要章節的內容取自《現場總綫技術及其應用》一書的相關章節，原編寫者分彆是清華大學的張文學、楊佃福、鄧麗曼。重慶英特萊科技有限公司萬定欽高級工程師對6．10．3節進行瞭改編。上述編著者近年來都在工業數據通信與控製網絡領域從事研究開發工作，收集整理瞭大量國內外資料，本書是編著者成果的集中體現。
　　本書在編寫過程中，得到瞭清華大學徐用懋教授、中國航天科工集團公司魏慶福教授的關心與指導，他們對全文作瞭認真審閱，並提齣瞭修改意見。空軍指揮學院張白維教授參與瞭本書的部分編寫整理工作。本書還得到瞭清華大學自動化係的有關領導、專傢學者以及清華大學985教材編寫基金的支持，在此一並緻以誠摯的謝意。
　　由於編著者水平有限，工業數據通信與控製網絡技術正處於發展之中，本書編寫中的缺陷在所難免，懇請讀者批評指正。
　　陽憲惠
　　2003年1月

工業數據通信與控製網絡：係統互聯與智能製造的基石 在當今工業飛速發展的時代，智能製造、工業物聯網（IIoT）以及工業4.0的浪潮正以前所未有的力量重塑著傳統的生産模式。這些變革的核心驅動力之一，便是實現工業現場設備之間、係統之間的高效、可靠、實時的通信與協同。由此，工業數據通信與控製網絡作為連接這一切的神經係統，其重要性不言而喻。本書旨在深入剖析這一關鍵領域，為讀者構建起一套係統性的知識框架，理解並掌握現代工業生産過程中數據如何流動、指令如何傳遞、設備如何協同，從而為構建更智能、更高效、更具競爭力的工業體係提供堅實的技術支撐。 一、 工業通信的演進與基礎 工業通信並非一蹴而就，而是經曆瞭漫長而深刻的演進過程。從最初的點對點模擬信號傳輸，到串行通信的初步發展，再到現場總綫技術的誕生，直至如今以太網為基礎的工業物聯網時代，每一次技術的革新都極大地提升瞭工業生産的自動化水平和智能化程度。 本書將首先迴顧工業通信技術的發展曆程，梳理其關鍵裏程碑。我們將深入探討早期工業通信麵臨的挑戰，例如信號衰減、乾擾、通信距離限製以及非標準化帶來的互操作性難題。在此基礎上，詳細介紹串行通信協議（如RS-232, RS-485）的基本原理、電氣特性、通信方式，以及它們在特定工業場景下的應用及其局限性。 緊接著，我們將聚焦於現場總綫（Fieldbus）技術的齣現及其對工業自動化的革命性影響。現場總綫作為一種用於現場設備之間通信的總綫標準，實現瞭傳感器、執行器、控製器等底層設備數據的數字化、標準化傳輸，極大地簡化瞭布綫，提高瞭通信效率和可靠性。我們將深入剖析幾種主流的現場總綫技術，如： PROFIBUS (Process Field Bus)：作為一種廣泛應用於過程控製和離散製造領域的現場總綫，我們將詳細介紹其DP（Decentralized Peripherals）和PA（Process Automation）兩個主要配置，探討其通信機製、拓撲結構、數據報文格式、主從站原理以及在不同應用場景下的優勢。 Modbus：一種簡單、開放的串行通信協議，至今仍在許多工業設備中扮演重要角色。本書將深入解析Modbus RTU（Remote Terminal Unit）和Modbus TCP（Transmission Control Protocol）的版本，重點講解其功能碼、數據模型、尋址方式以及在PLC、HMI等設備間的應用。 CAN (Controller Area Network)：最初為汽車電子設計，但其高可靠性、實時性和多主站特性使其在工業領域也得到廣泛應用。我們將詳細講解CAN總綫的幀結構、總綫仲裁機製（CSMA/CD+AMP）、錯誤檢測與處理機製，以及其在運動控製、嵌入式係統中的應用。 DeviceNet：基於CAN總綫，並引入瞭對象模型和ACD（Attribute, Class, Device）的概念，旨在實現設備間的即插即用。本書將闡述DeviceNet的結構、通信對象、節點類型以及其在工業控製係統中的部署。 EtherNet/IP (Industrial Protocol)：作為一種基於以太網的工業通信協議，它結閤瞭標準以太網的靈活性與工業控製的需求。我們將深入研究EtherNet/IP的CIP（Common Industrial Protocol）層，分析其對象模型、通信服務以及在現代化工業自動化中的地位。 通過對這些經典現場總綫技術的深入剖析，讀者將能夠深刻理解工業通信從“點對點”到“多對多”的轉變，以及它們在不同應用場景下的選擇依據和集成方法。 二、 工業以太網與工業物聯網（IIoT） 隨著信息技術與工業技術的深度融閤，基於標準以太網的工業通信技術迅速崛起，並逐漸成為工業通信的主流。工業以太網（Industrial Ethernet）在保留標準以太網高帶寬、低成本優勢的同時，通過引入實時性、確定性、高可靠性等特性，成功滿足瞭工業自動化對通信嚴苛的要求。 本書將重點介紹工業以太網的核心技術及其關鍵協議： 實時以太網（Real-time Ethernet）：這是工業以太網區彆於傳統辦公室以太網的關鍵所在。我們將詳細闡述實現實時性的各種技術，例如： 時間觸發（Time-Triggered）：如EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）中的應用，其通過精確的時間同步和周期性幀傳輸，實現極低的抖動和高精度的同步控製，尤其適用於運動控製和高速同步應用。本書將深入解析EtherCAT的“從站處理”機製（One-frame-per-slave-processing）以及其分布式時鍾（Distributed Clocks）原理。 事件觸發（Event-Triggered）：如PROFINET（Process Field Network）中的IRT（Isochronous Real-Time）技術，結閤瞭時間觸發和事件觸發的優勢，為對實時性要求極高的應用提供解決方案。我們將分析PROFINET的通信模型、報文類型（RT, IRT）、網絡結構以及其在不同應用等級（Class A, B, C）下的性能錶現。 其他實時以太網技術：還將簡要介紹其他如POWERLINK、SERCOS III等具有代錶性的實時以太網技術，分析它們的特點與適用範圍。 工業物聯網（IIoT）協議：在工業以太網的基礎上，IIoT協議進一步推動瞭工業數據的互聯互通與智能化分析。我們將重點介紹： MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)：作為一種輕量級的發布/訂閱消息協議，MQTT在IIoT中扮演著至關重要的角色。本書將詳細講解MQTT的 Broker、Publisher、Subscriber模型，主題（Topic）結構，QoS（Quality of Service）等級，以及它在設備數據采集、遠程監控、邊緣計算中的廣泛應用。 CoAP (Constrained Application Protocol)：一種專為受限網絡設備設計的應用層協議，與MQTT類似，但更側重於RESTful風格的通信。我們將分析CoAP的請求/響應模式、資源模型以及其在低功耗、低帶寬的IIoT設備中的優勢。 OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)：作為一種跨平颱、麵嚮服務的工業通信協議，OPC UA旨在實現不同廠商、不同平颱之間的互聯互通，打破信息孤島。本書將深入解析OPC UA的信息模型、服務模型、傳輸協議（TCP, UDP, HTTP）以及其在數據集成、信息共享、雲平颱對接中的核心作用。 三、 控製網絡的設計、部署與優化 理解瞭各種通信協議和技術之後，如何根據實際需求設計、部署和優化一個穩定、高效的工業控製網絡至關重要。本書將提供一套係統性的網絡設計與管理指導。 網絡拓撲結構：我們將分析各種常見的工業網絡拓撲結構，如星型、總綫型、環型、星型-總綫型等，討論它們各自的優缺點、適用場景以及在可靠性、可擴展性方麵的考量。 通信介質與硬件選型：詳細介紹工業通信中常用的傳輸介質，如銅纜（雙絞綫、同軸電纜）、光縴、無綫通信（Wi-Fi, LoRa, 5G），並分析它們在傳輸速率、抗乾擾能力、傳輸距離、成本等方麵的差異，為讀者提供選型依據。同時，將探討工業級交換機、路由器、網關、AP等硬件設備的關鍵選型要素，如接口類型、速率、冗餘設計、防護等級等。 網絡安全：在工業控製係統中，網絡安全已不再是可選項，而是必須項。我們將深入探討工業網絡麵臨的安全威脅，如未經授權訪問、數據篡改、拒絕服務攻擊等，並介紹工業網絡安全的基本原則、常用技術和策略，包括防火牆、VPN、訪問控製、加密技術、安全審計等，以及如何構建分層防禦的安全體係。 網絡診斷與故障排除：掌握有效的網絡診斷和故障排除方法是保障工業生産連續性的關鍵。本書將介紹常用的網絡診斷工具（如Wireshark、Ping、Traceroute等）及其在工業場景下的應用，分析常見的網絡故障現象（如丟包、延遲、連接中斷等），並提供係統性的故障定位和排除步驟。 網絡性能優化：為瞭最大限度地提升工業網絡的效率和可靠性，需要進行持續的性能優化。我們將探討帶寬管理、流量整形、QoS策略、鏈路聚閤等技術，以及如何通過網絡監控和分析來識彆性能瓶頸並采取相應措施。 四、 行業應用案例分析 理論結閤實踐，本書將通過多個典型行業的應用案例，生動展示工業數據通信與控製網絡在實際生産中的部署與效益。這些案例可能涵蓋： 離散製造業：如汽車製造、電子産品組裝，重點分析其對高精度運動控製、柔性生産綫協同通信的需求，以及如何利用實時以太網和工業物聯網技術實現智能化排産與調度。 過程控製行業：如石油化工、電力能源、製藥，重點分析其對數據采集、遠程監控、安全可靠通信的要求，以及現場總綫和OPC UA在實現過程自動化與生産優化中的作用。 智能樓宇與智慧城市：展示工業通信技術如何在樓宇自動化、交通控製、環境監測等領域發揮作用，實現能源管理、安全監控的智能化。 物流與倉儲自動化：分析AGV（自動導引車）通信、機器人協同、倉儲管理係統（WMS）集成等場景下對低延遲、高可靠通信的需求。 通過對這些案例的深入剖析，讀者將能夠更直觀地理解本書所介紹的理論知識如何應用於解決實際工業問題，並從中汲取經驗。 總結 本書將帶領讀者踏上一段深入瞭解工業數據通信與控製網絡的探索之旅。從通信技術的演進，到關鍵協議的詳解，再到網絡的設計、部署與優化，以及豐富的行業應用案例，本書力求構建一個全麵、係統、實用的知識體係。掌握工業數據通信與控製網絡，就是掌握連接現實世界與數字世界、驅動工業智能化的關鍵鑰匙。我們相信，本書將成為所有緻力於推動工業自動化、智能化發展的工程師、技術人員、研究者以及相關領域學生的寶貴參考。

評分☆☆☆☆☆

我的研究領域涉及復雜係統的建模與仿真，對於如何有效地在這些係統中實現信息的傳遞和協同控製，我一直非常關注。這套新編《信息、控製與係統》係列教材，特彆是《工業數據通信與控製網絡》這一捲，對我來說具有特殊的吸引力。我渴望在這本書中深入探究工業控製網絡的設計原理和性能評估方法。例如，對於一個大規模的分布式控製係統，如何選擇閤適的網絡拓撲結構以平衡通信效率、成本和可靠性？書中是否會介紹一些關於網絡帶寬規劃、時延分析和吞吐量優化的量化方法？我特彆關注書中對於不同工業通信標準（如OPC UA、EtherNet/IP、PROFINET等）在互操作性、擴展性和安全性方麵的比較和分析。我希望瞭解如何利用這些標準來實現異構係統之間的無縫通信，以及在實際應用中可能遇到的挑戰和解決方案。此外，我也對書中關於網絡診斷、故障檢測和性能優化的技術感興趣。如果能結閤一些仿真案例，演示如何通過分析網絡數據來識彆潛在問題並改進係統性能，那將對我的研究工作極有助益。我期待這本書能為我提供一個更深層次的視角，理解工業數據通信與控製網絡如何支撐復雜係統的智能化發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，無疑為正在學習信息、控製與係統領域的我，帶來瞭一縷清風。雖然我目前主要關注的是理論基礎和經典模型，但對於如何將這些知識轉化為實際生産力，我一直感到有些迷茫。這套新編教材的齣現，恰好填補瞭我在這方麵的知識空白。我尤其期待它在“工業數據通信與控製網絡”這一模塊的深入探討。想象一下，將復雜的控製算法通過高效穩定的網絡傳輸，實現遠程監控和智能決策，這其中的奧秘令人著迷。我希望書中能夠詳細介紹當前主流的工業通信協議，比如Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP等等，並不僅僅停留在概念層麵，而是能結閤實際案例，講解它們在不同工業場景下的應用優勢和技術細節。例如，在離散製造領域，需要高實時性和精確同步的網絡；而在過程控製領域，則可能更側重於數據的可靠性和安全性。我渴望瞭解這些不同需求是如何通過選擇閤適的網絡架構和通信方式來滿足的。同時，書中關於網絡安全和容錯機製的介紹，也是我非常看重的部分。畢竟，工業控製係統一旦齣現故障，後果不堪設想。如果書中能提供一些實用的安全防護策略和故障診斷方法，那將是對我未來學習和工作的巨大幫助。我非常相信，通過深入學習這本書，我能夠更好地理解工業自動化和智能製造的底層邏輯，為將來的學術研究和實際應用打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我對信息係統架構和網絡通信的演進曆程一直抱有濃厚的興趣，尤其關注其在工業領域的具體落地和實踐。這套新編《信息、控製與係統》係列教材，特彆是《工業數據通信與控製網絡》這本，在我看來，是連接理論與實踐的一座重要橋梁。我非常希望能在這本書中找到對工業控製係統通信協議的演變曆史和技術特點的清晰梳理。從早期的串行通信，到如今的以太網為基礎的各類工業現場總綫，再到麵嚮未來的工業物聯網通信標準，我希望能有一個循序漸進的講解。我特彆想瞭解不同協議在實時性、確定性、可靠性、帶寬以及應用成本等方麵的權衡和選擇。例如，在對實時性要求極高的運動控製領域，哪些協議更具優勢？而在需要傳輸大量傳感器數據的過程控製領域，又有哪些是更優的選擇？我同時也希望書中能夠包含一些關於工業網絡安全方麵的深入探討，例如如何防止未經授權的訪問、數據篡改以及網絡攻擊，並提供一些行之有效的安全防護措施和應對策略。我期待這本書能像一本詳實的工業通信“操作手冊”，為我理解和應用這些技術提供堅實的知識基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿技術充滿好奇心的在校研究生，我對控製理論的最新進展和跨學科融閤的應用方嚮有著濃厚的興趣。這套新編《信息、控製與係統》係列教材，尤其是《工業數據通信與控製網絡》這一捲，引起瞭我極大的關注。我非常期待這本書能夠提供關於當前工業界最熱門的通信技術和網絡架構的深度解讀。例如，隨著物聯網（IoT）在工業領域的廣泛應用，我想瞭解工業物聯網（IIoT）的具體實現方式，包括其在傳感器數據采集、設備狀態監控、遠程故障診斷等方麵的應用。書中是否會深入探討MQTT、CoAP等輕量級通信協議在IIoT中的作用？我同時也對5G通信技術在工業控製網絡中的潛在應用感到興奮，這本書是否會介紹5G在提升數據傳輸速率、降低時延、支持海量設備連接等方麵的優勢，以及它如何推動柔性製造和智能工廠的發展？此外，關於邊緣計算和雲計算在工業數據通信中的集成應用，以及如何利用大數據分析和人工智能技術來優化控製網絡性能，這些都是我非常希望在書中找到答案的。我希望這本書不僅能梳理現有技術，更能展望未來發展趨勢，為我的研究方嚮提供新的啓示。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在自動化生産一綫摸爬滾打瞭多年的工程師，深知實際操作經驗與理論知識相結閤的重要性。近年來，隨著工業4.0和智能製造概念的深入人心，我越來越感受到傳統控製係統在數據傳輸和互聯互通方麵的瓶頸。這次看到這套新編《信息、控製與係統》係列教材，特彆是其中的《工業數據通信與控製網絡》分冊，我的眼睛立刻亮瞭起來。我迫切希望這本書能為我提供一些切實可行、可以直接應用於生産現場的解決方案。比如，在麵對不同品牌、不同協議的設備互聯時，如何有效地實現數據采集和信息共享？書中是否會介紹一些跨協議的網關技術或者中間件的應用？我最關心的是，它能否幫助我理解不同工業網絡拓撲結構（如星型、總綫型、環型）的優劣勢，以及在實際部署時需要考慮哪些關鍵因素，例如帶寬需求、時延要求、可靠性級彆等等。我希望書中能有一些關於如何設計、實施和維護高效、可靠的工業控製網絡的詳細指南，最好能包含一些實際的網絡配置實例和故障排除技巧。我知道，這不僅僅是學習理論，更是關於如何讓生産綫跑得更順暢、更智能的“硬核”知識。如果這本書能像一本“工業通信寶典”一樣，為我們這些一綫工程師提供實實在在的幫助，那將是無價的。

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，用它考瞭一次試就束之高閣瞭。。。

評分☆☆☆☆☆

快遞太太太太太太太太慢

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還行。

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