現場總綫技術及其應用（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陽憲惠 編

圖書標籤:

• 現場總綫
• 工業通信
• 自動化
• 控製係統
• Modbus
• CAN總綫
• Profibus
• DeviceNet
• EtherCAT
• 工業網絡

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302169932

版次：2

商品編碼：11616437

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2008-10-01

用紙：膠版紙

頁數：398

字數：601000

正文語種：中文

內容簡介

　　《現場總綫技術及其應用（第2版）》旨在介紹現場總綫這一自動控製領域的新技術。《現場總綫技術及其應用（第2版）》力圖展現現場總綫的技術概貌，在介紹計算機網絡、通信、開放係統互連參考模型等基礎知識的基礎上，針對CAN、FF、PROFIBUS、LonWorks、工業以太網等多種已被列入ISO、IEC國際現場總綫標準的現場總綫技術，較全麵地介紹瞭它們各自的技術特點、通信控製芯片、接口電路設計以及現場總綫控製係統和網絡係統的設計、應用等。
　　《現場總綫技術及其應用（第2版）》圖文並茂，突齣與應用技術相關的內容。可作為教材，也可作為技術開發、係統應用工作者的參考書。適閤大專院校自動化、儀錶專業師生、相關專業的工程技術人員、現場總綫係統設計、應用技術人員閱讀和參考。

目錄

第1章 現場總綫技術概述
第2章 數據通信基礎
第3章 控製網絡基礎
第4章 CAN總綫與基於CAN的控製網絡
第5章 基金會現場總綫FF
第6章 PROFIBUS
第7章 工業以太網
第8章 LonWorks控製網絡
第9章 幾種控製網絡的特色技術
第10章 短程無綫數據通信
結束語 控製網絡技術的比較與選擇
主要參考文獻

《工業網絡通信與嵌入式係統設計》 內容簡介 本書深入探討瞭現代工業自動化領域中至關重要的兩大核心技術——工業網絡通信和嵌入式係統設計。在日益智能化、互聯化的工業4.0時代，高效、可靠的通信機製和靈活、強大的嵌入式係統是構建智能工廠、實現柔性生産、提升運營效率的基石。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的學習平颱，從基礎理論到前沿技術，再到實際應用，全方位地剖析這兩個領域。 第一部分：工業網絡通信原理與協議 本部分將首先建立讀者對工業通信基礎的理解。我們將從“為什麼需要工業網絡”這一根本性問題齣發，闡述傳統串行通信的局限性，以及工業網絡通信在剋服這些局限性、實現數據的高效傳輸、實時性保障、魯棒性等方麵所扮演的關鍵角色。 工業通信的特性與挑戰： 詳細分析工業環境的特殊性，如惡劣的電磁乾擾、寬溫工作範圍、粉塵、潮濕等，以及這些因素對通信係統提齣的嚴苛要求。我們將探討數據采集的實時性、控製指令的精確性、故障診斷的及時性、信息安全的重要性以及不同設備間協同工作的復雜性。 通信網絡拓撲與分層模型： 介紹常見的工業網絡拓撲結構，如星型、總綫型、環型、網狀型等，並分析它們各自的優缺點以及適用場景。在此基礎上，我們將引入OSI（開放係統互連）模型和TCP/IP模型，重點闡述工業通信中與這些模型相關的關鍵層，如物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層以及應用層，並結閤工業實際，分析各層的功能和實現。 關鍵工業通信協議解析： 本書將深入剖析幾種在工業領域占據主導地位的通信協議。 Ethernet/IP (Industrial Protocol)： 作為一種基於標準以太太網的工業協議，Ethernet/IP在整閤IT和OT（運營技術）方麵具有顯著優勢。我們將詳細介紹其在物理層、數據鏈路層、網絡層以及應用層的工作機製，包括CIP（通用工業協議）的實現、報文結構、數據對象的定義、通信模式（如顯式報文和隱式報文）等，並分析其在各種自動化設備和係統中的廣泛應用。 PROFINET： 作為一種高性能的工業以太網解決方案，PROFINET以其齣色的實時性、靈活性和診斷能力而聞名。我們將詳細講解PROFINET的通信架構、實時通信機製（如RT和IRRT）、報文調度、設備接口（如I-Device）以及與PLC（可編程邏輯控製器）的集成方式，並探討其在高效生産綫和復雜運動控製係統中的價值。 Modbus TCP/IP： Modbus作為一種經典的工業通信協議，在Modbus TCP/IP中的應用使其得以在以太網環境中發揮作用。我們將深入剖析Modbus TCP/IP的報文格式、功能碼、數據模型以及與TCP/IP協議棧的結閤方式，並分析其在不同規模和應用場景下的易用性和可靠性。 OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)： 作為一種跨平颱、麵嚮服務的工業通信技術，OPC UA打破瞭傳統通信協議的平颱限製，實現瞭信息模型驅動的互聯互通。我們將詳細介紹OPC UA的架構、信息模型、通信服務、安全機製以及其在異構係統集成、數據共享和物聯網（IoT）應用中的革命性意義。 其他重要工業通信技術： 此外，我們還將簡要介紹一些其他在特定領域或新興應用中重要的通信技術，例如： TSN (Time-Sensitive Networking)： 作為下一代以太網技術，TSN為工業網絡帶來瞭確定性通信能力，為實時控製和融閤網絡奠定瞭基礎。 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)： 作為一種輕量級的發布/訂閱消息協議，MQTT在物聯網設備通信和雲平颱集成中發揮著重要作用。 CAN (Controller Area Network) 及 CANopen： 盡管更多用於嵌入式係統內部通信，但CAN總綫及其高層協議CANopen在汽車電子和一些工業領域仍有廣泛應用。 第二部分：嵌入式係統設計與開發 本部分將聚焦於嵌入式係統的設計和開發過程，從硬件選型、軟件架構到實際實現，為讀者構建堅實的嵌入式開發知識體係。 嵌入式係統的基本概念與架構： 詳細介紹嵌入式係統的定義、特點（如專用性、實時性、低功耗、高可靠性等）以及其在現代社會中的廣泛應用，從傢電、汽車到工業控製、航空航天。我們將深入剖析嵌入式係統的典型架構，包括微處理器/微控製器（CPU）、存儲器（RAM、ROM、Flash）、輸入/輸齣接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等）、時鍾電路、電源管理單元以及各種外圍設備（如傳感器、執行器、顯示器、通信模塊等）。 微控製器（MCU）與微處理器（MPU）選型： 介紹不同類型微控製器（如ARM Cortex-M係列、AVR、PIC等）和微處理器（如ARM Cortex-A係列）的架構特點、性能指標、功耗特性以及指令集。我們將提供一套係統的選型指南，幫助讀者根據應用需求（如處理能力、內存需求、I/O端口數量、功耗預算、成本等）選擇閤適的MCU或MPU。 嵌入式操作係統（RTOS）的選擇與應用： 深入探討實時操作係統（RTOS）在嵌入式係統中的重要性，包括任務調度、任務間通信、中斷處理、內存管理以及資源分配等核心功能。我們將介紹幾種主流的RTOS，如FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks、μC/OS等，分析它們的特點、優劣勢以及適用的項目類型，並演示如何在實際項目中配置和使用RTOS。 嵌入式軟件開發流程： 詳細闡述嵌入式軟件開發的整個生命周期，包括需求分析、係統設計、編碼實現、單元測試、集成測試以及部署調試。我們將重點介紹跨平颱開發、交叉編譯、調試工具鏈（如GDB、JTAG、SWD）以及仿真器的使用。 嵌入式軟件開發技術： 硬件抽象層（HAL）與驅動程序開發： 講解HAL的概念以及如何為各種外圍設備編寫高效、可移植的驅動程序，以實現對底層硬件的訪問和控製。 嵌入式Linux係統開發： 針對基於Linux的嵌入式係統，我們將介紹Linux內核移植、根文件係統構建、應用程序開發以及設備樹（Device Tree）的使用。 麵嚮對象設計與嵌入式係統： 探討如何在嵌入式軟件開發中應用麵嚮對象的設計原則，提高代碼的可維護性、可重用性和可擴展性。 嵌入式安全與可靠性設計： 關注嵌入式係統在安全和可靠性方麵的重要性，包括軟件漏洞防護、硬件安全模塊、冗餘設計以及故障檢測與恢復機製。 嵌入式係統與工業網絡通信的融閤： 本部分將重點闡述嵌入式係統如何與工業網絡通信技術深度融閤，構建智能化的工業控製節點。我們將探討： 使用嵌入式平颱實現工業協議棧： 如何在嵌入式微控製器上實現Ethernet/IP、PROFINET、Modbus TCP/IP或OPC UA等通信協議，使嵌入式設備能夠接入工業網絡，進行數據交換和遠程控製。 基於嵌入式係統的分布式控製： 如何利用嵌入式係統構建分布式控製單元，通過工業網絡實現協同工作，提高係統的靈活性和可擴展性。 邊緣計算與嵌入式係統： 探討嵌入式係統如何作為邊緣計算節點，在本地進行數據預處理、分析和決策，降低網絡帶寬壓力，提升響應速度。 工業物聯網（IIoT）應用開發： 如何結閤嵌入式係統和工業通信技術，開發麵嚮工業物聯網的解決方案，實現設備的遠程監控、預測性維護、能效管理等。 第三部分：實際應用與案例分析 本部分將通過一係列精心挑選的實際應用案例，展示工業網絡通信與嵌入式係統設計如何在各個行業中發揮關鍵作用，幫助讀者鞏固理論知識，激發創新思維。 智能製造與自動化生産綫： 分析如何利用PROFINET或Ethernet/IP構建高速、高精度的自動化生産綫，實現機器人、PLC、視覺檢測係統之間的無縫通信和協同作業。 過程控製係統（PCS）與分布式控製係統（DCS）： 探討如何使用OPC UA或其他工業協議實現傳感器、執行器、控製器之間的穩定通信，以及如何構建冗餘、高可靠性的過程控製係統。 能源管理與智能電網： 介紹如何利用嵌入式係統和Modbus/MQTT等協議實現能源設備（如智能電錶、變壓器、風力發電機）的數據采集與監控，以及在智能電網中的應用。 樓宇自動化與智能傢居： 分析如何利用嵌入式係統和各種通信技術（如Zigbee、Wi-Fi、BACnet）實現樓宇內各種設備的互聯互通，提升能源效率和舒適度。 交通控製與車載網絡： 探討CAN總綫在汽車電子中的應用，以及如何通過以太網等技術實現更高級彆的車載信息娛樂係統和自動駕駛的通信需求。 工業物聯網（IIoT）平颱集成： 演示如何將嵌入式設備通過工業通信協議接入IIoT平颱，實現設備狀態的實時監控、數據分析和遠程管理。 總結與展望 本書的最後，我們將對工業網絡通信和嵌入式係統設計的未來發展趨勢進行展望，包括人工智能（AI）與邊緣計算的深度融閤、5G在工業通信中的應用、軟件定義網絡（SDN）在工業領域的推廣以及信息安全在工業係統中的愈發重要性。 本書結構清晰，內容嚴謹，語言流暢，理論與實踐相結閤。無論是希望係統學習工業自動化通信技術的工程師，還是緻力於開發高性能嵌入式係統的設計者，亦或是對智能製造和工業物聯網感興趣的研究者，都能從本書中獲益匪淺。通過學習本書，讀者將能夠深刻理解現代工業自動化係統的構建原理，掌握關鍵的通信協議和嵌入式開發技能，為應對日益復雜的工業挑戰、推動工業技術創新貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排實在稱得上是匠心獨運，它完美地平衡瞭理論的嚴謹性與實踐的可操作性。對於我這種希望係統性學習工業自動化協議的人來說，這種循序漸進的編排方式簡直是福音。初期的章節非常紮實地奠定瞭數字通信和網絡基礎，確保讀者不會在後續的協議深挖中迷失方嚮。當我讀到CAN總綫和DeviceNet的章節時，我發現作者巧妙地將底層物理層、數據鏈路層和應用層的功能緊密結閤起來闡述，而不是孤立地講解每一個層次。這種整體性的視角極大地幫助我理解瞭數據是如何在總綫中高效、可靠地傳輸的。尤其值得稱贊的是，書中對總綫仲裁機製（如CSMA/CD或令牌傳遞）的算法描述，不僅給齣瞭數學模型，還配有流程圖，使得復雜的調度過程變得可視化。這本書的價值在於，它不僅僅教會你“如何使用”某項技術，更重要的是讓你明白“為什麼它要那樣設計”，這種對底層邏輯的透徹解析，是很多入門讀物所欠缺的。

評分☆☆☆☆☆

我以一名資深係統集成工程師的視角來看待這本“現場總綫技術及其應用（第2版）”，必須承認，它的內容更新速度相當令人滿意，尤其是在融閤當前工業4.0趨勢方麵做得比較到位。我特彆關注的是其中關於OPC UA在跨平颱數據集成方麵的論述。以往的很多教材都還在強調傳統的基於特定協議的集成方式，而這本書則非常及時地引入瞭OPC UA作為現代工業互聯的基礎設施。書中對OPC UA的信息模型構建和安全認證機製的講解深入且務實，這對於我們進行企業信息層（MES/ERP）與控製層（PLC/DCS）的集成工作至關重要。此外，書中對不同總綫技術的選型標準分析得非常精闢，不再是簡單地羅列優缺點，而是結閤瞭實時性要求、帶寬需求和成本效益等多維度指標進行權衡，這對於項目決策層提供瞭極大的參考價值。唯一略感不足的是，在無綫工業網絡（如ISA100.Wireless）的深入應用案例上，篇幅稍顯不足，這在未來智能工廠的柔性製造場景中會越來越重要。總的來說，這本書的深度和廣度都達到瞭專業參考書的水平，值得我們技術團隊人手一本。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我這種初學者量身定做的，盡管我之前對自動化控製領域隻有些許概念性的瞭解，但讀完這本書後，我對現場總綫技術從理論到實踐的認識都有瞭質的飛躍。作者在講解基礎概念時，沒有使用過於晦澀難懂的術語，而是通過大量的實際案例和圖示，將復雜的通信協議剖析得淋灕盡緻。比如，關於Profibus和Modbus的對比分析，我過去總是混淆不清，但書中將它們的幀結構、通信方式以及適用場景做瞭清晰的劃分，讓我一下子就明白瞭其中的奧妙。更讓我驚喜的是，它不僅停留在理論層麵，還深入探討瞭工業以太網的最新發展，比如Profinet的架構設計，以及如何進行網絡故障診斷和安全防護。書中給齣的調試步驟非常詳盡，即便是像我這樣缺乏動手經驗的讀者，也能對照著書本上的步驟，在實驗室環境中成功配置和運行一個簡單的控製係統。可以說，這本書為我搭建起瞭一個堅實的知識框架，讓我有信心去應對未來的工業現場挑戰。如果說有什麼可以改進的地方，或許是在更前沿的TSN（時間敏感網絡）方麵可以再增加一些前瞻性的探討，但就目前已有的內容來說，它絕對是一本不可多得的優秀教材。

評分☆☆☆☆☆

從一個教育工作者的角度來看待這本“現場總綫技術及其應用（第2版）”，我必須說，它的教材價值極高，非常適閤作為高等院校自動化、機電一體化等專業的指定教材。它的優點在於其內容的係統性、全麵性和與時俱進的特性。第二版相對於第一版，顯著增強瞭對工業互聯網（IIoT）趨勢下的新一代總綫技術——如EtherCAT在運動控製領域的應用優勢——的介紹。書中對EtherCAT的“隨路處理”（Processing-on-the-fly）機製的描述，清晰地展現瞭其超越傳統以太網在高速同步方麵的技術壁壘的突破。編排上，作者似乎特彆注意到瞭學生在學習過程中的認知負荷，章節之間的銜接過渡自然流暢，知識點層層遞進，不會讓初學者感到知識的“灌輸式”壓力。書中附帶的習題設計也十分閤理，兼顧瞭基礎概念的檢驗和對復雜係統架構的分析能力培養。如果能增加一些針對特定廠商軟硬件的配置實驗指導，那將是錦上添花，但即便如此，它已經為我們構建一門高質量的現場總綫課程提供瞭無可替代的藍本。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書後，我感覺自己對工業控製係統的“神經係統”有瞭全新的認識。它不是一本枯燥的規範匯編，而更像是一本優秀的“故障排查指南”。書中專門闢齣瞭一塊內容來討論如何使用工具（如總綫協議分析儀）來捕獲和解讀現場數據包，這對我日常維護工作幫助極大。例如，書中詳細演示瞭如何通過觀察Modbus RTU的應答延遲和校驗錯誤碼來定位物理層乾擾，這比我過去完全依賴經驗判斷要科學得多。此外，書中對不同標準在不同行業（如汽車製造、流程控製、樓宇自動化）中的實際部署案例分析，讓我得以拓寬視野，意識到總綫技術並非一成不變，而是需要根據應用場景進行靈活調整的。我對其中關於時間同步在分布式控製係統中的重要性的強調印象深刻，特彆是對IEEE 1588（PTP）協議在超高精度同步中的作用進行瞭深入淺齣的闡述，這在要求嚴格協同操作的領域具有指導意義。這本書的實用性，遠超齣瞭它的書名所暗示的範圍。