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出版者:电子工业出版社

作者:刘国海

出品人:

页数:218

译者:

出版时间:2007-9

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787121048357

丛书系列:

图书标签:

• PROFINET
• 现场总线
• 工业通信
• 自动化
• PLC
• 工业网络
• 以太网
• 协议
• 控制系统
• 数据传输

工业自动化通信技术前沿：基于以太网的工业控制网络深度解析 本书聚焦于现代工业自动化领域中至关重要的有线和无线通信技术，旨在为读者提供一套全面、深入且实用的技术指南。我们不探讨特定的现场总线协议，而是将视野扩展到支撑整个现代制造体系的底层网络架构、关键技术原理及其在实际应用中的部署策略。 --- 第一部分：工业通信网络的演进与基础架构 本部分将系统地梳理工业通信技术的发展脉络，从早期的串行通信到当前基于以太网的深度融合。我们着重分析不同网络范式（如传统串行、基于现场总线的网络、以及新兴的工业以太网）之间的技术差异、性能瓶颈与互操作性挑战。 第一章：从串行到数字化的飞跃 工业控制的底层需求分析： 深入探讨实时性、确定性、带宽、网络拓扑、环境适应性（抗电磁干扰、温湿度耐受）以及网络安全在工业环境中的特殊要求。 传统通信机制的局限性： 分析 RS-232/485、CAN 等技术在处理高速数据流、复杂设备集成和远程诊断方面的固有不足。 面向未来的网络范式转变： 阐述为什么工业界必须转向基于标准以太网的解决方案，以及这种转变对提高生产效率和数据透明度的战略意义。 第二章：工业以太网的物理层与数据链路层基础 本章详细剖析将商用以太网技术（IEEE 802.3）移植到严苛工业环境所必须解决的技术难题。 物理介质的选择与优化： 重点介绍屏蔽双绞线（STP/FTP）、光纤在工业长距离传输和高噪声环境下的应用标准和安装规范。比较不同线缆等级（如 Cat5e, Cat6A）在工业速率和抗干扰能力上的表现。 工业级硬件设计： 分析工业以太网交换机、耦合器和网关的特殊设计要求，包括高等级的防护等级（IP Rating）、宽温工作范围、以及抗冲击振动能力。 拓扑结构的灵活性与限制： 探讨星型、环形、线型、树型等拓扑结构在实际工厂布局中的适用性，并分析环形冗余（如媒体冗余协议 MRP 的基础概念）的实现机制。 --- 第二部分：实现确定性与实时性的核心技术 工业控制对通信的“确定性”要求远高于传统办公网络。本部分聚焦于如何通过协议栈的优化和时间同步技术，确保数据在严格的时间约束内可靠传输。 第三章：超越尽力而为——工业实时性的保障机制 确定性（Determinism）的量化定义： 阐述抖动（Jitter）、延迟（Latency）和周期性（Periodicity）在实时控制系统中的具体含义和行业标准阈值。 时间敏感网络（TSN）基础概念引入： 介绍 TSN 框架的起源，它如何通过对标准以太网的扩展，来提供可预测的通信性能。讨论流量整形（Shaping）、调度（Scheduling）和优先级队列（PQ）的基础原理。 硬件辅助的实时处理： 分析专用网络接口卡（NIC）和硬件加速器在数据包预处理和时间戳标记中的作用。 第四章：统一的时间基准——高精度时间同步技术 同步是实现分布式控制和数据关联的前提。本章深入探讨网络中设备间时间对齐的关键技术。 同步机制的演进： 从传统的基于轮询的同步方法到基于协议的精确同步技术。 网络时间协议（NTP）在工业环境中的局限性： 分析 NTP 在满足微秒级或亚微秒级同步精度时的不足。 基于以太网的精确时间同步（IEEE 1588/PTP 概述）： 详细解析精确时间协议（PTP）的原理，包括主时钟（Grandmaster）、从时钟（Slave Clock）、边界时钟（Boundary Clock）和透明时钟（Transparent Clock）的概念及其在不同网络结构中的部署策略。重点阐述如何利用硬件时间戳提高同步精度。 --- 第三部分：集成、诊断与面向未来的趋势 随着工业 4.0 的推进，通信网络不再仅仅是数据传输的管道，更是数据采集、状态监测和安全防护的核心。 第五章：网络管理、监控与故障诊断 一个健壮的工业网络必须具备强大的自愈能力和可维护性。 网络性能指标的采集与分析： 介绍如何利用 SNMP 或定制化协议采集交换机端口的丢包率、错误计数、带宽利用率等关键性能指标（KPIs）。 环网冗余的快速恢复机制： 深入分析不同冗余协议（如早期的 STP/RSTP 的局限性，以及现代快速恢复机制）在拓扑变化发生时，如何保证控制信号在毫秒级内切换。 远程诊断与预测性维护： 探讨通过网络协议获取设备健康状态信息（如温度、风扇状态、端口错误历史），并将其转化为预测性维护信号的方法。 第六章：工业网络安全的基础防御体系 工业控制系统（ICS）面临的网络威胁日益增加，本章为构建安全通信环境提供指导。 安全边界的划分与网络分段： 阐述如何利用 VLAN、防火墙和隔离网关将操作技术（OT）网络与信息技术（IT）网络有效隔离，遵循“纵深防御”原则。 端口级安全与访问控制： 讨论 MAC 地址过滤、基于端口的访问控制列表（ACL）在防止未经授权设备接入网络中的应用。 加密通信在工业数据流中的应用挑战： 分析在保证实时性的前提下，如何在控制报文上传输层安全（TLS/SSL）或特定加密机制，及其对系统延迟的影响和应对策略。 第七章：超越传统——新一代工业连接的展望 无线技术的融合考量： 评估工业 Wi-Fi（如 Wi-Fi 6/6E）和先进的蜂窝技术（如 5G 私有网络）在特定场景（如移动设备连接、大型仓库自动化）中的适用性、延迟表现和安全性挑战。 从控制到云端的数据集成： 讨论如何利用 OPC UA 等中间件协议，将本地高性能控制网络中的实时数据安全、高效地桥接到上层制造执行系统（MES）或云端分析平台。 --- 本书适合对象： 自动化工程师、系统集成商、电气设计师、工厂维护技术人员，以及希望深入理解现代工业通信网络架构与底层原理的研发人员和高级技术学生。通过本书的学习，读者将能够设计、实施、优化和维护高性能、高可靠性、安全可靠的下一代工业控制网络。

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说实话，一开始我对于这种偏向“标准”的书籍抱持着一丝疑虑，担心内容会过于刻板和教条化。然而，这本书的叙事风格却出乎意料地富有启发性。作者在行文间流露出一种对工业未来趋势的深刻洞察力，不仅仅是介绍“是什么”，更在引导我们思考“为什么是这样”以及“未来会怎样”。书中对于网络安全在工业控制领域的集成应用进行了专门的论述，这一点在当前的环境下显得尤为重要。它清晰地指出了传统控制网络在面对现代网络攻击时可能存在的脆弱点，并提出了基于现有技术的防御策略。这种前瞻性的视野，使得这本书的生命力远超其出版日期。它就像一位经验丰富的老教授，在传授扎实基本功的同时，还不忘指明学术和工程研究的前沿方向，让人在学习技术细节的同时，也能保持对行业宏观发展的敏感度。

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我发现这本书在处理实际部署中的“灰色地带”问题时，表现出了极高的务实精神。很多技术手册只谈论理想状态下的完美配置，但真实世界的现场总是充满了各种妥协和限制。这本书却花费了大量篇幅来讨论兼容性挑战、老旧设备集成以及跨厂商协议转换的实际操作难点。例如，它详细分析了不同固件版本之间可能出现的时序偏差问题，并给出了实用的规避方案，这些都是教科书上学不到的“软技能”。这种基于真实项目经验的提炼，让这本书的价值瞬间飙升。它不再是冷冰冰的技术堆砌，而更像是一位资深专家的“现场经验备忘录”，里面充满了对实践中常见陷阱的预警和规避指南，这对于任何一个希望将理论知识转化为稳定运行系统的工程师来说，都是无可替代的财富。

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这本书的深度和广度着实让我感到惊艳，它绝非市面上那些泛泛而谈的技术指南可比。我尤其欣赏作者在阐述高级应用场景时所展现出的那种深厚功底。比如，在讲解面向对象的通信模型时，它没有停留在理论层面，而是直接深入到了数据帧的结构分析，甚至连特定的报文标记和循环冗余校验（CRC）的计算原理都给扒了个底朝天。对于我们这些已经有一定经验的工程师来说，这种“刨根问底”式的讲解太对胃口了。它让我对整个通信栈的底层运作有了更清晰的认知，这对于优化系统性能和进行深度定制开发至关重要。书中的案例研究部分也做得非常出色，每一个都选取了不同行业的典型应用，从高速运动控制到大规模分布式I/O的集成，展示了其在不同约束条件下的灵活应对能力。读完这部分内容，我感觉自己对如何设计一个既高效又具扩展性的工业控制网络，有了一种全新的、更具前瞻性的理解。

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这本书的排版和语言组织，简直是教科书级别的典范。它成功地平衡了技术文档的严谨性和专业书籍的可读性。我特别喜欢它在引入新概念时所采用的“渐进式暴露”手法——先给出高层概念的直观理解，然后逐步细化到技术规范的细节，每一步都有清晰的逻辑承接。这种结构非常有利于知识的吸收和内化。此外，书中对各种图表的运用简直是教科书式的完美，没有一张图是多余的，每一张图都精准地服务于文字的解释，极大地减少了反复阅读和猜测的需要。对于自学者而言，这种高度清晰的结构是极其宝贵的。它就像一个结构良好的脚手架，让你在逐步攀登技术高峰的过程中，始终能感受到稳固的支撑，而不是迷失在密密麻麻的公式和参数之中。

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这本书的封面设计确实很有工业范儿，那种深沉的蓝色调和清晰的字体组合，让人一眼就能感受到它的专业性。我当时在书店里翻阅的时候，首先注意到的是它对于基础概念的阐述，特别是关于网络拓扑结构和通信协议的描绘，简直是化繁为简的大师手笔。作者似乎非常懂得初学者的困惑点，用大量的图示和流程图来解释那些晦涩难懂的术语，比如时间同步和实时数据传输的机制，读起来一点也不觉得枯燥。尤其是它对不同设备间互操作性的探讨，简直是为我解决了好几个实际项目中的头疼问题。我记得有一章专门讲解了故障诊断的策略，那里面提供的排查步骤和工具使用指南，精确得像一份操作手册，让我立刻就能在实际车间环境中找到问题所在。这本书的价值不仅在于知识的传授，更在于它提供了一种系统性的、解决问题的思维框架。它让我明白，构建一个稳定可靠的自动化系统，远不止是把线接好那么简单，背后是一整套严谨的工程学逻辑。

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