9787560629582 工業通信網絡技術和應用 西安電子科技大學齣版社 許勇 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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許勇 著

圖書標籤:

• 工業通信
• 網絡技術
• 工業互聯網
• 通信協議
• 自動化
• 傳感器網絡
• 數據通信
• 西安電子科技大學
• 許勇
• 工業控製

店鋪： 聚雅圖書專營店

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560629582

商品編碼：29413180345

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：工業通信網絡技術和應用

定價：40.00元

作者：許勇

齣版社：西安電子科技大學齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787560629582

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：大16開

商品重量：0.558kg

編輯推薦

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許勇主編的《工業通信網絡技術和應用》就是要在“現場總綫”課程內容的基礎上，覆蓋更基礎和應用更廣泛的工業通信技術內容，反映工業自動化技術應用現實，使得我們的課程能幫助學生在將來的工作實踐中閤理地、有效地解決設備問的信息交換問題，能有效地設計和應用現代工業通信係統。

內容提要

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許勇主編的《工業通信網絡技術和應用》主要介紹通信技術在現代工業企業中的發展和應用的基礎知識。全書共分為8章。章介紹工業通信的特點和基本情況；第2章則深入討論工業通信係統所需要的基礎知識；在第3章介紹瞭計算設備和元件之間實際的總綫接口技術知識；第4章開始介紹工控機與測控儀器接口總綫：第5章中係統介紹瞭工業設備之間常用的通信技術；第6章則是與工業設備聯網相關的工業現場總綫介紹；第7章重點介紹瞭CANBus及其在汽車上的應用，同時也介紹瞭汽車聯網的相關技術：第8章介紹工業以太網技術及應用。
通過係統講述工業通信領域的主要內容，並且以汽車聯網的應用為重點介紹工業通信係統的實現手段和技術細節，本書為從事和學習工業設備通信技術的讀者提供瞭盡可能有用的內容。
《工業通信網絡技術和應用》適閤自動化、控製、電子工程和檢測技術等專業的本科生及研究生使用，也適閤從事相關工作的技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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現代工業通信網絡的構建與實踐 一、 工業通信網絡的演進與重要性 在數字化浪潮席捲全球的今天，工業通信網絡已不再是簡單的設備間信息傳遞的工具，而是支撐現代工業生産、管理、決策的核心基礎設施。從早期自動化生産綫上的串行通信，到如今高度集成、實時互聯的工業互聯網，工業通信網絡經曆瞭翻天覆地的變化。這種演進不僅體現在技術的進步上，更深刻地改變瞭工業生産的模式和效率。 工業通信網絡的發展曆程，可以大緻分為幾個階段： 早期自動化階段（20世紀70-80年代）： 此時的通信主要集中在PLC（可編程邏輯控製器）之間，采用RS-485等串行通信方式，傳輸速率較低，網絡規模有限，主要滿足單點控製和數據采集的需求。 現場總綫階段（20世紀90年代）： 隨著自動化水平的提高，各種現場總綫技術如Profibus、DeviceNet、CAN等應運而生。這些總綫技術使得傳感器、執行器、控製器等底層設備能夠更便捷地互聯，提高瞭生産綫的集成度和靈活性，但也存在標準不統一、兼容性差等問題。 工業以太網階段（21世紀初）： 基於標準以太網技術的工業通信網絡開始普及，如EtherNet/IP、Profinet、EtherCAT等。這些技術繼承瞭商用以太網的高速率、低成本、易維護等優點，並針對工業環境的實時性、可靠性、安全性需求進行瞭優化。工業以太網的齣現，極大地提升瞭生産現場的信息傳輸能力，為MES（製造執行係統）、ERP（企業資源計劃）等上層係統與現場設備的數據交互奠定瞭基礎。 工業互聯網階段（當前）： 工業互聯網將工業通信網絡推嚮瞭一個全新的高度。它將工廠內部的網絡與企業外部的網絡（如雲平颱、互聯網）連接起來，實現瞭設備、信息、服務之間的全麵互聯互通。工業互聯網的齣現，使得遠程監控、預測性維護、大數據分析、智能化生産等成為可能，正在引領製造業嚮智能化、服務化轉型。 工業通信網絡的重要性體現在以下幾個方麵： 1. 提高生産效率與自動化水平： 高效、可靠的通信網絡是實現生産過程自動化、精益化管理的前提。它能夠實時采集生産數據，優化生産流程，減少人為乾預，從而顯著提高生産效率。 2. 保障生産安全與質量： 關鍵設備之間的實時通信，能夠及時發現和處理異常情況，預防安全事故的發生。同時，精確的數據采集與傳輸，有助於實現産品質量的實時監控與追溯。 3. 促進生産過程的優化與智能化： 通過對生産過程中産生海量數據的采集、傳輸和分析，可以深入瞭解生産狀況，找齣瓶頸，進行工藝優化，甚至實現預測性維護，從而將生産過程推嚮智能化。 4. 實現企業資源整閤與協同： 強大的工業通信網絡能夠連接企業內部的各個部門（生産、倉儲、銷售、研發等），打破信息孤島，實現數據的共享與協同，提高企業的整體運營效率。 5. 支撐新商業模式的創新： 工業互聯網的興起，使得設備製造商和服務提供商能夠通過網絡提供遠程診斷、在綫升級、按需服務等增值服務，催生齣新的商業模式。 二、 工業通信網絡的關鍵技術與標準 現代工業通信網絡之所以能夠滿足嚴苛的工業環境需求，離不開一係列關鍵技術的支撐和不斷演進的標準體係。 1. 工業以太網技術： 工業以太網是在標準以太網的基礎上，針對工業現場的特殊需求進行改進和增強的技術。其核心的改進在於： 實時性： 工業生産過程中，很多控製任務要求嚴格的時間同步和確定性通信。為瞭實現工業級實時性，各種工業以太網協議采用瞭不同的技術手段，如： 確定性以太網（Deterministic Ethernet）： 通過優先級控製、時間觸發通信（TSN，Time-Sensitive Networking）等技術，確保數據包在指定時間內到達。 協議優化： 簡化通信協議，減少報文開銷，提高傳輸效率。 專用硬件： 使用具備更高處理能力和實時性的網絡接口卡（NIC）和交換機。 可靠性： 工業環境復雜，電磁乾擾、振動、粉塵等都可能影響通信的穩定性。因此，工業以太網在可靠性方麵進行瞭加強： 冗餘機製： 采用環網冗餘（如RSTP、MRP）或雙星型冗餘等方式，保證在一個鏈路或節點故障時，通信能夠迅速恢復。 抗乾擾能力： 使用屏蔽綫纜、工業級連接器、加固型網絡設備等，提高對惡劣環境的適應性。 錯誤檢測與糾錯： 增強數據校驗機製，確保數據的完整性。 安全性： 工業控製係統關乎國傢經濟命脈，安全至關重要。工業以太網在安全方麵需要考慮： 訪問控製： 限製未授權設備和用戶的訪問。 數據加密： 對敏感數據進行加密傳輸，防止竊聽。 防火牆與入侵檢測： 部署安全設備，監控和防禦網絡攻擊。 安全協議： 例如OPC UA等，內置瞭強大的安全機製。 2. 現場總綫技術（作為工業以太網的補充和特定場景應用）： 雖然工業以太網已成為主流，但一些傳統的現場總綫技術，如CANopen、Profibus DP/PA，在某些特定領域（如汽車電子、低端自動化設備）依然發揮著重要作用，它們通常具有以下特點： 低成本： 硬件和布綫成本相對較低。 高魯棒性： 對工業環境的適應性較強。 實時性： 滿足一定程度的實時控製需求。 易用性： 相對容易部署和維護。 3. 無綫通信技術在工業中的應用： 隨著技術發展，無綫通信在工業中的應用越來越廣泛，為移動設備、特殊場景（如狹小空間、移動設備）提供瞭解決方案。常見的工業無綫技術包括： Wi-Fi (IEEE 802.11係列)： 適用於中低速率、大範圍覆蓋的場景，如倉庫管理、設備巡檢。 Bluetooth (藍牙)： 適用於短距離、低功耗的設備連接，如人機交互、設備配置。 LPWAN（低功耗廣域網）： 如LoRa、NB-IoT，適用於低速率、長距離、低功耗的物聯網應用，如環境監測、資産跟蹤。 5G： 作為新一代通信技術，5G憑藉其高帶寬、低時延、大連接的特性，為工業場景帶來瞭革命性的改變，能夠支持URLLC（超可靠低時延通信）和eMBB（增強移動寬帶），為遠程控製、AR/VR輔助、大規模設備連接提供瞭可能。 4. 工業通信協議： 各種工業通信協議是實現設備間信息交互的“語言”。常見的協議包括： OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)： 這是一個開放的、獨立的、標準化的工業通信協議，以其平颱無關性、安全性、互操作性和豐富的數據模型而聞名，是工業互聯網領域的核心協議之一。 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)： 一種輕量級的發布/訂閱消息協議，廣泛應用於物聯網和工業自動化領域，尤其適閤資源受限的設備和帶寬不穩定的網絡。 Modbus： 最早的工業通信協議之一，簡單易用，仍在許多自動化係統中廣泛使用。 EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT等： 這些是工業以太網的特定實現，它們在底層封裝瞭應用層協議，定義瞭數據交換的格式和方式。 5. 時間同步技術： 在許多工業應用中，例如分布式控製、運動控製、數據采集等，各個設備之間的時間同步至關重要。常用的時間同步技術包括： PTP (Precision Time Protocol - IEEE 1588)： 能夠實現納秒級的精度，是許多實時工業以太網協議（如Ethernet/IP, Profinet）實現高精度時間同步的基礎。 NTP (Network Time Protocol)： 精度相對較低，但易於實現，可用於非關鍵時間同步需求。 6. 網絡管理與監控： 隨著工業網絡規模的不斷擴大，有效的網絡管理和監控變得尤為重要，這包括： SNMP (Simple Network Management Protocol)： 用於管理和監控網絡設備。 專門的網絡診斷工具： 用於分析網絡流量、檢測故障、優化性能。 三、 工業通信網絡的設計與應用 工業通信網絡的設計需要綜閤考慮生産工藝、自動化需求、可靠性、安全性、成本等多種因素，並在不同應用場景下采取相應的策略。 1. 網絡分層架構： 典型的工業通信網絡采用分層架構，以實現模塊化、易管理和信息流的有序傳遞。常見的層次包括： 現場層（Sensor/Actuator Layer）： 連接傳感器、執行器等底層設備，通常采用低成本、高魯棒性的通信方式（如某些現場總綫或低速工業以太網）。 控製層（Controller Layer）： 連接PLC、DCS（分布式控製係統）等控製器，負責實時控製和數據采集，通常采用實時性要求高的工業以太網（如Profinet, EtherCAT）。 車間層/管理層（Fieldbus/MES Layer）： 連接車間內的設備和MES係統，實現生産過程數據的采集、監控和管理，通常采用標準工業以太網。 企業層（Enterprise Layer）： 連接企業內部的ERP、SCADA（監控與數據采集係統）、數據庫等係統，實現生産管理與企業運營的集成，通常采用標準TCP/IP協議。 雲平颱層（Cloud Layer）： 通過互聯網或專綫與雲端連接，實現數據存儲、分析、遠程服務和智能化應用。 2. 網絡拓撲結構： 不同的網絡拓撲結構適用於不同的場景： 星型拓撲： 中心節點連接所有其他節點，易於管理和故障排除，但中心節點容易成為單點故障。 總綫型拓撲： 所有節點連接到一根共享的通信綫路，布綫簡單，成本低，但故障傳播快，不易隔離。 環型拓撲： 節點連接成環，通過冗餘鏈路可以實現高可靠性，適用於對可靠性要求高的關鍵係統。 樹型拓撲： 結閤瞭總綫型和星型拓撲的優點，層次分明，易於擴展。 網狀拓撲： 節點之間存在多條連接路徑，提供極高的可靠性，但布綫復雜，成本高。 在工業環境中，常采用冗餘的環型或雙星型拓撲來保證網絡的可用性。 3. 實際應用場景： 工業通信網絡的應用極其廣泛，幾乎涵蓋瞭所有工業領域： 製造業： 汽車製造、電子産品製造、食品飲料、化工等行業的生産綫自動化、柔性製造、設備互聯、質量追溯。 能源行業： 電力係統的智能電網、發電廠的設備監控與數據采集、油氣開采與輸送過程的遠程監控與調度。 交通運輸： 軌道交通的信號控製與調度、港口的自動化裝卸、智能交通係統。 樓宇自動化： 智能建築的設備控製、安防監控、能源管理。 醫療健康： 醫療設備的互聯互通、遠程診斷與監護。 環保監測： 工業廢氣、廢水排放的實時監測與數據上傳。 4. 設計考慮因素： 在設計工業通信網絡時，需要重點考慮以下因素： 實時性要求： 根據控製精度和響應速度的需求，選擇閤適的通信協議和技術。 可靠性要求： 評估潛在的故障風險，采取冗餘、抗乾擾等措施。 安全性需求： 製定網絡安全策略，防止未經授權的訪問和攻擊。 帶寬需求： 預估數據流量，選擇具有足夠吞吐量的網絡設備和協議。 可擴展性： 考慮未來業務發展和設備增加的可能性，預留擴展空間。 維護與管理： 選擇易於診斷和維護的網絡設備及工具。 成本預算： 在滿足需求的前提下，平衡技術選型與成本投入。 兼容性： 確保新舊設備和不同廠商設備之間的互聯互通。 環境適應性： 選擇適用於特定工業環境（溫度、濕度、震動、腐蝕性氣體等）的設備。 四、 工業通信網絡的發展趨勢 工業通信網絡正朝著更加智能化、集成化、綠色化、安全化的方嚮發展。 工業互聯網與邊緣計算的深度融閤： 隨著工業互聯網的發展，數據處理將更加分散化，邊緣計算將在靠近數據源的設備或本地服務器上進行初步處理，減少對雲端的依賴，提高響應速度和效率。 5G技術的廣泛應用： 5G將為工業通信帶來超低時延、超高可靠、海量連接的能力，支持更復雜的應用，如遠程精密操控、AR/VR輔助作業、大規模無綫傳感網絡等。 AI與大數據在網絡管理中的應用： 利用人工智能和大數據分析技術，實現對工業網絡的智能監控、故障預測、性能優化和安全態勢感知。 TSN（時間敏感網絡）的普及： TSN技術能夠為不同類型的通信提供統一的、可預測的實時性保障，是實現更高等級工業自動化和協同的關鍵技術。 網絡安全的重要性日益凸顯： 隨著互聯互通的加劇，工業網絡麵臨的網絡攻擊風險也在增加，因此，加強網絡安全防護，構建縱深防禦體係將是長期而艱巨的任務。 綠色通信與可持續發展： 關注通信設備的能耗，推動節能技術的應用，實現工業通信的可持續發展。 開放標準與互操作性： 推動更多開放標準的應用，如OPC UA，以提高不同廠商設備和係統之間的互操作性，降低集成成本。 總之，工業通信網絡是推動現代工業發展的基石，其技術的不斷進步和應用場景的拓展，將持續驅動工業的轉型升級，為構建更智能、更高效、更可持續的工業未來奠定堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

翻閱這本書，我真切地感受到瞭作者對工業通信領域那種近乎“偏執”的追求——追求極緻的可靠性和最高的效率。作者對網絡冗餘機製的闡述達到瞭教科書級彆的精確性，他詳細對比瞭MRRT（多環路冗餘技術）和集成冗餘方案的切換時間差異，並給齣瞭在不同網絡規模下如何選擇最佳冗餘策略的決策樹。尤其值得稱贊的是，作者對調試工具和診斷方法的介紹，非常貼閤實際工作需求。他詳細介紹瞭Wireshark在工業以太網數據包捕獲和分析中的高級過濾技巧，以及如何利用示波器和邏輯分析儀來驗證物理層信號質量，這些實戰經驗的分享，對於初學者而言，是價值連城的“內行訣竅”。這本書的文字風格專業、精準，但絕不晦澀難懂，它仿佛一位耐心且博學的專傢，一步步引導著你穿越復雜的工業網絡迷宮，最終讓你對整個係統的運作原理瞭然於胸。

評分☆☆☆☆☆

這本《工業通信網絡技術和應用》的作者，在開篇就展現瞭對該領域深厚而係統的理解，讓人不禁拍案叫絕。他沒有停留在對現有標準的羅列和描述上，而是深入剖析瞭工業環境中對通信係統的特殊苛刻要求，比如極低延遲、高可靠性、強實時性以及嚴苛的電磁兼容性挑戰。閱讀過程中，我尤其欣賞作者在闡述不同通信協議（如EtherCAT、PROFINET、Modbus TCP等）時所采取的對比分析手法。他不僅清晰地勾勒齣每種協議的技術原理和適用場景，更難能可貴的是，他深入探討瞭這些協議在實際工業4.0和智能製造場景下的集成與優化策略。比如，當討論到時間敏感網絡（TSN）的引入如何重塑傳統現場總綫架構時，作者的論述邏輯嚴密，引用瞭最新的IEEE標準進展，讓我對未來工廠網絡的演進方嚮有瞭更具前瞻性的認識。書中的案例分析部分，更是點睛之筆，它不是空泛的理論說教，而是結閤瞭實際生産綫的數據采集、運動控製同步等具體應用，使得抽象的技術概念變得觸手可及。這種將前沿理論與工程實踐緊密結閤的寫作風格，無疑為我們這些身處一綫的工程師提供瞭一份極其寶貴的參考指南。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的編排邏輯感到非常欣賞，它成功地避免瞭許多技術書籍常見的弊病——即理論與實際應用之間的巨大鴻溝。作者在每一章的末尾都精心設計瞭“自測與深化思考”環節，這些問題往往不是簡單的概念復述，而是要求讀者對所學知識進行綜閤運用和批判性分析。例如，有一個問題要求讀者比較在處理高頻次、小數據包的PLC控製指令時，采用傳統的TCP/IP協議棧與專用的硬實時協議棧在資源占用和抖動控製上的優劣。這種引導式的學習路徑，迫使讀者必須從係統層麵去思考，而不是停留在單一模塊的知識點上。此外，書中對硬件選型和成本效益分析的討論也相當到位。作者沒有迴避工業項目實施中預算和可靠性之間的權衡問題，提供瞭多套基於不同預算級彆的網絡架構優化方案，這對於項目經理和係統集成商來說，簡直是提供瞭“現成的”決策支持工具箱。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，在翻閱這本厚重的專著時，我的內心充滿瞭對作者廣博學識的敬意。這本書的結構設計極富匠心，它沒有采用傳統教科書那種生硬的、按部就班的編排方式，而是構建瞭一個從宏觀到微觀，再到未來趨勢的完整知識體係。作者對網絡安全在工業控製係統（ICS）中的地位看得尤為透徹，他用瞭一個專門的章節來詳細剖析瞭震網（Stuxnet）等攻擊事件對工業界的安全思維帶來的衝擊與變革。他不僅講解瞭如何部署防火牆和入侵檢測係統，更深入探討瞭基於零信任架構的工業網絡分段策略和遙測數據的安全傳輸機製。這種對“主動防禦”理念的強調，以及對OT（運營技術）與IT（信息技術）融閤帶來的安全風險的深刻洞察，讓我感到非常受用。特彆是書中關於時間戳同步與網絡診斷工具使用的那幾頁，作者分享瞭一些隻有經驗豐富的項目經理纔會知道的“陷阱”和“竅門”，這種毫不保留的知識傾囊相授，極大地提升瞭這本書的實用價值，遠超一般的教材範疇。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，如同跟隨一位經驗極其豐富的導師，在錯綜復雜的工業現場進行瞭一次深入的、實地的考察。作者的敘事風格非常“接地氣”，尤其是在講解網絡拓撲設計和故障排除部分時，那種嚴謹又不失生動的筆觸，極大地降低瞭理解的門檻。舉例來說，當解釋如何在高噪聲環境中保證信號完整性時，作者引用瞭多個不同材質綫纜的衰減特性麯綫圖，並配上瞭現場環境的實景照片進行對比說明，這種多維度的信息呈現方式，遠勝於乾巴巴的公式推導。更讓我感到驚喜的是，作者對新興的無綫工業通信技術，比如基於UWB（超寬帶）和5G的低延遲通信在柔性製造中的潛力，給予瞭足夠的關注和深入的分析。他甚至預見性地提齣瞭在移動機器人集群協同作業中，如何利用邊緣計算優化數據處理路徑，確保控製指令的實時反饋。這種對技術發展脈絡的精準把握和對未來應用場景的積極探索，使得這本書不僅是技術手冊，更是一份富有遠見的行業白皮書。