普通高等教育“十二五”规划教材：工业自动化网络 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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冯冬芹 等 编

图书标签:

• 工业自动化
• 工业网络
• PLC
• DCS
• SCADA
• Modbus
• Profibus
• Ethernet/IP
• 通信协议
• 自动化控制

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512319929

版次：1

商品编码：10842034

包装：平装

丛书名： 普通高等教育"十二五"规划教材

开本：16开

出版时间：2011-09-01

用纸：胶版纸

页数：266

字数：417000

正文语种：中文

内容简介

　　 《普通高等教育“十二五”规划教材：工业自动化网络》除了第1章概述外，其他内容可以大体分为五部分。第一部分为网络基础知识部分，即第2章，介绍了通信技术基础。第二部分为计算机局域网部分，即第3、4章，介绍了计算机领域的常用局域网技术和标准。第三部分为传统现场总线部分，即第5～9章，重点介绍了工业应用领域比较典型且技术特点鲜明的现场总线技术，如HART、MODBUS、CAN、FF、PROFIBUS等。第四部分为工业以太网部分，即第10章，在介绍了工业以太网、实时以太网概念的基础上，重点介绍了EPA、Ethernet／IP、EtherCAT等工业实时以太网技术。第五部分为工业无线局域网部分，即第1l章，主要包含了无线局域通信技术、蓝牙技术、Zigbee通信技术、WiFi通信技术、ISA 100、无线HART协议、EPA无线通信技术等。上述五个部分，第一部分是全书的基础，第二、三、四部分是全书的主题，第五部分是全书的延伸。
　　 《普通高等教育“十二五”规划教材：工业自动化网络》可作为普通高等院校自动化类、仪器仪表类、计算机类等相关专业的研究生和本科生教材，也可供从事网络控制工程工作的技术人员参考。

目录

前言

第1章 概述
1.1 工业控制系统与控制网络
1.2 工业控制网络发展历程与特点
1.3 常见工业控制网络
1.4 本书基本结构

第2章 通信系统基本概念
2.1 通信系统基本组成
2.2 通信系统的性能指标
2.3 数据编码
2.4 信号传输模式
2.5 数据的可靠传输
2.6 通信协议与网络层次分析
2.7 网络互连设备
2.8 介质访问控制方法
思考题

第3章 局域网技术
3.1 局域网定义与分类
3.2 IEEE 802.3标准与以太网
3.3 IEEE 802.5标准与令牌环网
3.4 IEEE 802.4标准与令牌总线
3.5 三类局域网的比较

第4章 TCP／IP协议集
4.1 TCP／IP协议集的特点和结构
4.2 IP协议
4.3 传输层协议
4.4 应用层协议

第5章 HART通信协议
5.1 HART总线定义及其通信模型
5.2 物理层
5.3 数据链路层
5.4 应用层
思考题

第6章 Modbus总线技术
6.1 Modbus协议的特点与模型
6.2 数据链路层
6.3 应用层
6.4 Modbus／TCP协议
思考题

第7章 CAN总线技术
7.1 CAN总线发展与特点
7.2 CAN总线物理层
7.3 CAN总线帧类型与帧结构
7.4 媒体访问和仲裁
7.5 错误处理与故障界定
7.6 位同步过程
7.7 CAN总线高层协议
思考题

第8章 基金会现场总线技术
8.1 基金会现场总线通信模型
8.2 FF-H1低速总线
8.3 应用层
8.4 用户层
8.5 设备描述语言
8.6 FF-H1低速总线应用范例
8.7 HSE网络
思考题

第9章 PROFIBUS与PROFInet总线技术
9.1 PROFIBUS分类及其协议结构
9.2 PROFIBUS物理层
9.3 PROFIBUS数据链路层
9.4 PROFIBUS行规
9.5 PROFInet
思考题

第10章 典型工业实时以太网技术
10.1 工业以太网定义与要求
10.2 实时以太网技术
10.3 EPA控制网络技术
10.4 Ethernet／IP
10.5 EtherCAT工业以太网
思考题

第11章 无线局域网
11.1 无线局域网定义与特点
11.2 无线局域网络技术标准
11.3 ISA100
11.4 无线HAIRT协议
11.5 EPA无线通信技术
思考题
参考文献

前言/序言

智能制造的基石：浅析工业自动化网络的技术演进与应用展望 在现代工业飞速发展的浪潮中，效率、精度与柔性已成为衡量企业核心竞争力的关键指标。而支撑这些进步的，正是日新月异的工业自动化网络技术。它如同工业生产的神经系统，连接着各个环节，传递着海量信息，驱动着生产过程的智能化、精细化与协同化。本文旨在深入剖析工业自动化网络的发展脉络，探讨其关键技术，并展望其在智能制造时代的广阔应用前景，为理解和构建未来工厂提供一个全面的视角。 一、工业自动化网络的演进之路：从点对点连接到互联互通 工业自动化网络的早期形态，可以追溯到上世纪中叶的集中式控制系统。彼时，各个传感器、执行器与控制器之间的通信多依赖于点对点、一对一的硬接线方式。这种模式在结构简单、规模较小的系统中尚能胜任，但随着系统规模的扩大和自动化程度的提高，其布线复杂、维护困难、扩展性差的弊端日益凸显。 进入上世纪七八十年代，随着微处理器技术的成熟和计算机网络的兴起，工业领域也开始探索更加高效的通信方式。早期的串行通信协议，如RS-232、RS-485等，虽然在一定程度上简化了布线，但其传输速率较低、通信范围有限，难以满足大规模、高实时性要求的工业场景。 真正的突破发生在二十世纪八九十年代，工业以太网（Industrial Ethernet）的出现标志着工业自动化网络进入了一个新的时代。以太网凭借其高带宽、低成本、标准化以及丰富的网络设备生态，迅速取代了传统的串行通信，成为主流的工业通信解决方案。然而，标准的以太网在工业环境的严苛要求下（如电磁干扰、高低温、粉尘等）表现出一定的脆弱性，且在实时性、确定性方面存在不足。 为了克服这些挑战，针对工业应用特性的实时以太网（Real-time Ethernet）应运而生。通过引入时间同步、确定性调度、优先级控制等技术，实时以太网能够保证数据在严格的时间窗口内可靠传输，满足了运动控制、闭环反馈等对实时性要求极高的应用场景。EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT等都是这一时期的代表性成果，它们在保留以太网优势的同时，极大地提升了工业通信的实时性和可靠性。 进入21世纪，随着物联网、云计算、大数据等技术的蓬勃发展，工业自动化网络的发展方向更加聚焦于“互联互通”和“智能化”。工业互联网（Industrial Internet of Things, IIoT）的概念逐渐普及，将工厂内部的设备、系统以及企业外部的供应链、客户连接起来，构建起一个庞大的信息生态系统。这一阶段，网络技术更加注重开放性、标准化、安全性以及与IT技术的融合，为实现柔性制造、预测性维护、远程监控等高级应用奠定了基础。 二、工业自动化网络的关键技术解析 工业自动化网络的强大功能，离不开一系列核心技术的支撑： 1. 通信协议： 现场总线（Fieldbus）： 尽管面临实时以太网的强劲竞争，但许多成熟的现场总线，如PROFIBUS、CAN bus、DeviceNet等，因其稳定性、成本效益和广泛的应用基础，仍在特定领域扮演着重要角色。它们通常采用串行通信，在现场设备层级实现了高效的数据交换。 工业以太网协议： 标准以太网： 在数据采集、设备监控等非实时性要求高的场景下，标准的TCP/IP协议栈仍然被广泛使用。 实时以太网协议： 如前所述，EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT等，通过引入时间戳、周期性报文、优先级控制等机制，实现了毫秒级甚至微秒级的通信确定性，是实现高精度运动控制、机器人协同等任务的基石。 OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)： 这是一个面向对象、平台无关、信息模型驱动的通信标准。OPC UA打破了不同厂商、不同协议之间的壁垒，实现了设备、系统和应用程序之间数据的无缝互联互通，是实现工业互联网信息集成和数据共享的关键技术。 2. 网络架构： 分层模型： 传统的工业网络常采用ISA-95或 Purdue 模型，将生产过程划分为不同层级，如现场设备层（Layer 0/1）、控制层（Layer 2）、监控层（Layer 3）、生产管理层（Layer 4）和企业管理层（Layer 5）。这种分层架构有助于清晰地划分职责和管理范围。 融合网络（Converged Network）： 随着IT与OT（Operational Technology）的融合，单一网络承载生产控制、信息采集、视频监控等多种业务的需求日益增长。融合网络通过QoS（Quality of Service）等技术，在同一物理网络上为不同业务提供差异化的服务保障。 边缘计算（Edge Computing）： 将计算和数据存储部署在靠近数据源的设备端，而非集中式云端。在工业自动化网络中，边缘计算可以实现本地化的数据预处理、实时分析和决策，降低网络带宽需求，提高响应速度，并增强数据安全性。 3. 网络安全： 随着工业网络连接设备的增多和网络边界的模糊，网络安全的重要性愈发突出。关键技术包括： 防火墙与入侵检测/防御系统（IDS/IPS）： 隔离敏感区域，监控和阻止恶意流量。 VPN（Virtual Private Network）： 实现远程访问的安全连接。 身份认证与访问控制： 确保只有授权用户和设备才能访问网络资源。 加密技术： 保护传输数据的机密性和完整性。 安全审计与日志管理： 记录网络活动，便于事后追溯和分析。 4. 时间同步： 在许多工业应用中（如多轴运动控制、分布式测量），所有设备必须精确同步其时钟。 PTP (Precision Time Protocol) / IEEE 1588： 能够在以太网环境中实现亚微秒级的时间同步精度，是高精度自动化控制的关键。 NTP (Network Time Protocol)： 在IT领域应用广泛，在对精度要求不那么极致的OT场景下也可能使用。 三、工业自动化网络的广泛应用与未来展望 工业自动化网络已渗透到现代工业的各个角落，并正以前所未有的速度推动着智能制造的发展： 1. 智能工厂的核心驱动： 实现了生产线上设备间的协同工作，提升了生产效率和产品质量。通过实时数据采集与分析，能够实现生产过程的优化调度、故障预警和远程诊断。 2. 柔性制造的基石： 支撑着生产线快速切换、小批量定制化生产的能力。通过灵活的网络配置和数据交换，能够快速响应市场变化和客户需求。 3. 预测性维护与远程运维： 通过网络收集设备运行数据，利用大数据和人工智能技术进行分析，预测设备故障，实现主动式维护，最大限度地减少停机时间。远程监控和控制技术也大大降低了运维成本，提高了响应效率。 4. 供应链协同优化： 将生产制造过程与上游供应商、下游客户的物流、信息流紧密连接，实现端到端的供应链可视化和智能化管理。 5. 人机协作的实现： 机器人与操作人员通过安全可靠的网络进行信息交互，协同完成生产任务，提升了生产效率和工作安全性。 展望未来，工业自动化网络将继续朝着更加智能化、集成化、安全化的方向发展： 5G与工业网络的深度融合： 5G技术的高带宽、低时延、海量连接特性，将极大地赋能工业互联网，催生更多创新应用，如高清视频监控、AR/VR辅助操作、大规模无线传感器网络等。 AIoT（Artificial Intelligence of Things）的普及： 结合人工智能的感知、分析和决策能力，工业自动化网络将更加智能，能够自主学习、自我优化，实现真正的“自主运行”工厂。 网络安全威胁的持续演进与应对： 随着网络攻击手段的不断升级，工业网络安全将面临更大的挑战，需要持续投入先进的安全技术和管理策略。 标准化与互操作性的进一步加强： 行业标准的不断完善和推广，将进一步降低系统集成难度，加速技术的普及和应用。 总之，工业自动化网络是现代工业实现数字化、网络化、智能化转型不可或缺的关键要素。深入理解其技术原理、演进方向和应用前景，对于企业把握工业革命的新机遇，构建面向未来的智能制造体系具有至关重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在钻研工业自动化网络这个课题，偶然间看到了这本《工业自动化网络》，真是相见恨晚！我最喜欢的地方是它那种循序渐进的讲解方式，不会让你觉得一下子被海量的信息淹没。从最基础的通信原理、数据传输方式开始，一点点铺垫，然后再引出各种具体的工业网络技术，比如现场总线（Profibus, Modbus等）和工业以太网（Profinet, Ethernet/IP等）。对于每一种技术，它都详细地介绍了其历史背景、技术特点、优势劣势以及典型的应用领域。我尤其欣赏的是，书中并没有简单地罗列枯燥的技术参数，而是通过大量的图表、框图和流程图，将复杂的概念可视化，这对于我这种偏向于直观理解的人来说，简直太友好了。而且，书中还对这些网络技术在实际工业场景中的部署、配置和维护都进行了非常详细的阐述，这对于我们这些需要将理论知识转化为实际操作的人来说，意义非凡。我最近在尝试理解一个复杂的自动化系统，书中关于网络冗余、实时性要求以及故障诊断的章节，给了我非常大的启发。总的来说，这本书不仅内容丰富，而且讲解方式也十分地道，是学习工业自动化网络的绝佳读物。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够真正帮助我理解工业自动化网络核心技术的书籍，直到我遇到了这本《工业自动化网络》。这本书的特点在于其对技术细节的深入剖析，同时又不失宏观的系统性。它不是简单地介绍各种网络协议，而是将它们置于整个工业自动化体系的框架下进行讨论，让我能够理解它们在整个生产过程中的作用和意义。我特别喜欢书中关于分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）与工业网络之间关系的讲解，这对于理解现代工业自动化架构至关重要。书中对各种网络拓扑结构（如星型、环型、总线型）的优缺点分析，以及在不同工业环境下的选择依据，都非常实用。我记得其中有一个章节专门讨论了工业网络的时间同步问题，这对于需要高精度协同工作的自动化系统来说，是一个非常关键的技术难题，而书中对此进行了深入的分析和解决方案的介绍。此外，它还对工业物联网（IIoT）和工业4.0的发展对工业网络提出的新挑战和新机遇进行了探讨，这让我对未来的工业自动化发展趋势有了更清晰的认识。总而言之，这是一本内容详实、分析透彻、具有很高理论和实践价值的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

我最近在学习工业自动化方面的知识，这本《工业自动化网络》教材简直就是我的“及时雨”。它在内容安排上非常系统化，从工业通信的基础知识到各种先进的网络技术，都有涉及。我尤其喜欢它对不同工业网络协议的讲解，非常细致，而且对比性很强。比如，它在介绍Modbus TCP和Ethernet/IP时，不仅详细阐述了各自的协议结构和工作原理，还比较了它们在通信效率、实时性、扩展性等方面的差异，这让我能够根据不同的应用需求，做出更明智的技术选择。书中还包含了很多关于工业网络安全的内容，这在当今数字化转型的浪潮中尤为重要。它详细介绍了工业网络面临的安全威胁，以及相应的防护措施和安全标准，这为我构建安全的工业网络提供了重要的指导。此外，书中对工业物联网（IIoT）和边缘计算在工业网络中的应用进行了深入的探讨，这让我对工业自动化未来的发展方向有了更清晰的认识。总的来说，这本书内容丰富、结构清晰、理论与实践相结合，是一本非常值得推荐的专业教材。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《工业自动化网络》的时候，我正在准备一个关于智能制造的报告，需要大量关于工业网络方面的资料。这本书简直就是雪中送炭！它的结构安排非常合理，从基础理论到前沿技术，几乎涵盖了工业自动化网络的所有重要方面。我尤其赞赏作者对于各种网络协议的讲解，清晰易懂，而且逻辑性很强。比如，在讲解OPC UA时，它不仅介绍了OPC UA的技术架构和核心概念，还详细阐述了它在实现互操作性和数据安全方面的优势，这对我理解工业4.0中的信息集成至关重要。书中还穿插了大量不同行业的实际应用案例，这让我能够更好地理解抽象的技术概念在真实世界中的应用。我记得其中一个案例是关于汽车制造流水线上的网络架构，通过这个案例，我能够清楚地看到各种工业网络如何协同工作，实现高效的生产控制和数据采集。此外，这本书对于工业网络的标准化和未来发展趋势的讨论也非常有前瞻性，让我对这个领域有了更广阔的视野。虽然有些内容我还需要反复研读才能完全消化，但总体而言，这本书为我提供了扎实的理论基础和丰富的实践指导，是我进行专业研究和学习的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对工业自动化网络这个领域一直感觉有点“雾里看花”，总觉得各种名词和缩写层出不穷，很难形成一个清晰的整体概念。但当我开始阅读这本《工业自动化网络》时，这种感觉逐渐烟消云散。这本书的叙事方式非常吸引人，它并没有一开始就抛出大量的技术术语，而是从工业生产的实际需求出发，循序渐进地引入各种工业通信的需求和解决方案。我特别喜欢它对“为什么需要工业自动化网络”的阐述，从效率、可靠性、安全性等多个维度进行了分析，让我一下子就理解了这个领域的重要性。书中对各种现场总线和工业以太网的介绍，不仅仅是技术层面的，还融入了大量的实际应用场景，比如在流程工业、离散制造业中的具体应用案例，这让我能够更直观地感受到这些技术的力量。我还对书中关于网络通信的实时性、确定性以及容错性等方面的讨论印象深刻，这些都是工业控制系统中至关重要的性能指标，而书中对此进行了非常详尽的解释。总而言之，这本书不仅能够教授我相关的知识，更重要的是，它能够激发我对这个领域的兴趣，让我愿意去深入探索。

评分☆☆☆☆☆

我最近拿到这本《工业自动化网络》教材，实在是太有感触了，简直可以说是我这几年读过的最实在、最有分量的一本专业教材了。书的封面虽然看起来普普通通，就是那种典型的学术著作风格，但翻开第一页，我就被它内容的严谨和深度给震撼到了。作者在处理工业自动化网络这个庞大而复杂的体系时，非常有条理，从最基础的工业通信概念讲起，然后逐步深入到各种具体的网络技术，比如现场总线、工业以太网等等。我特别佩服的是，书里对每一种网络技术的介绍都非常详尽，不仅仅是停留在参数和协议的罗列，而是深入到其设计理念、技术优势、应用局限性，甚至还包括了不同网络技术之间的比较和选择原则。比如，在讲到Profibus和CANopen的时候，作者就非常细致地分析了它们各自的特点，以及在不同应用场景下的适用性，这对于我们工程人员来说，简直就是福音。另外，书中还对网络诊断、故障排除、系统集成等方面的内容进行了深入的探讨，这些都是我们在实际工作中经常会遇到的难题，而这本书恰恰提供了非常宝贵的指导。我感觉读完这本书，我不仅掌握了理论知识，更重要的是，我学会了如何将这些知识运用到实际的工程项目中去，这对于提升我的专业技能和解决实际问题的能力，有着不可估量的帮助。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《工业自动化网络》的时候，我就被它厚实的体积和严谨的封面设计所吸引。翻开书页，果然名不虚传，内容涵盖了工业自动化网络领域的方方面面，从基础概念到前沿技术，几乎无所不包。我特别赞赏作者在讲解各种网络协议时的严谨性，它不仅仅是简单地介绍协议的格式和功能，而是深入到其设计理念、技术优势以及在不同应用场景下的适用性。我记得书中对EtherCAT的讲解就非常深入，它详细阐述了EtherCAT如何通过其独特的“分布式时钟”技术，实现极高的实时性和同步精度，这对于高性能运动控制系统来说至关重要。此外，书中还对工业网络的故障诊断与维护进行了详细的介绍，这对于实际工程应用非常有帮助。它提供了一系列实用的故障排除方法和工具，能够帮助工程师快速定位和解决网络问题。我还喜欢书中关于工业网络标准和认证的讨论，这对于理解行业规范和确保互操作性非常重要。总而言之，这是一本内容详实、分析透彻、具有很高学术价值和工程实践指导意义的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我断断续续看了有半个多月了，说实话，一开始是抱着一种“学点东西”的心态来的，毕竟名字听起来就挺“硬核”的——“普通高等教育‘十二五’规划教材：工业自动化网络”。我之前在大学里接触过一些电气类的课程，但对工业自动化网络的具体概念还比较模糊，总觉得是那种理论性很强，离实际应用有点距离的东西。然而，随着阅读的深入，我发现这本书并没有我想象中的那么枯燥乏味。它在介绍各种工业网络协议，比如Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP等等时，并没有停留在抽象的定义上，而是结合了大量的图示和实际的工程案例，让我能够直观地理解这些协议的工作原理和在实际生产线中的应用场景。尤其是关于网络拓扑结构、通信方式、数据帧格式的讲解，我感觉作者花费了很多心思去优化表达方式，用了很多类比，比如把协议比作语言，把网络比作交通系统，这样一来，即使是初学者也能很快抓住重点。我还特别喜欢它对于网络安全方面的讨论，这在工业自动化领域是越来越重要的问题，书中对潜在的威胁、防护措施以及相关的标准都进行了比较详细的阐述，让我对这个领域的认识更加全面。总的来说，这是一本能够引发思考，并且具有相当实用价值的书，它不仅巩固了我已有的知识，还为我打开了新的视野，让我对工业自动化网络有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本《工业自动化网络》教材，对我来说，简直就像一本“宝典”。我之前对工业自动化网络的理解总是碎片化的，这本书帮助我将这些碎片整合起来，形成了一个完整的知识体系。我最欣赏的是它对不同工业网络技术的比较分析，非常到位。比如，它在讲解Profibus和Profinet时，清晰地指出了Profinet作为基于以太网的技术，在带宽、灵活性和集成能力上相较于Profibus的优势，同时也分析了Profibus在某些特定场景下的应用价值。这对于我们在实际项目中选择最合适的网络技术非常有指导意义。书中还对工业网络的互联互通问题进行了深入的探讨，特别是在不同协议和不同厂商设备之间的集成方面，提供了很多实用的解决方案和建议。我记得其中一个章节专门讨论了工业网关的作用，以及如何利用网关实现不同网络协议之间的转换和数据共享，这对于构建异构工业网络非常有帮助。此外，它还对工业自动化网络的性能评估和优化方面进行了探讨，这对于提高生产效率和系统可靠性至关重要。总而言之，这是一本内容丰富、讲解深入、能够解决实际工程问题的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

我最近深入研究了工业自动化网络这个主题，而这本《工业自动化网络》教材，无疑为我的学习提供了最坚实的基础。它最突出的优点在于其内容的全面性和深度。从最基础的工业通信概念，到各种具体的网络协议，再到更高级的网络安全和未来的发展趋势，这本书都进行了非常详尽的阐述。我特别喜欢它对现场总线技术（如CANopen, DeviceNet）的深入讲解，它不仅仅是介绍了这些技术的基本原理，还分析了它们在汽车电子、工业机器人等领域的广泛应用，让我能够更直观地理解它们的重要性。书中还对工业以太网技术（如Ethernet/IP, EtherCAT）进行了详细的介绍，并着重分析了它们在提高生产效率、实现实时控制方面的优势。我尤其印象深刻的是，书中关于工业网络冗余和容错机制的讨论，这对于保障工业自动化系统的稳定运行至关重要。它提供了一系列实用的冗余方案，例如环形冗余和并行冗余，并分析了它们各自的优缺点。此外，它对工业物联网（IIoT）与工业网络的结合，以及相关的通信协议（如MQTT）也进行了介绍，这让我对工业自动化的未来有了更深的认识。总之，这是一本集理论性、实用性、前瞻性于一体的优秀教材，对我的学习和工作都产生了积极的影响。