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出版者:Alfaomega - MARCOMBO

作者:Luis MARTINEZ

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2009-11-06

价格:USD 46.52

装帧:Paperback

isbn号码:9786077686712

丛书系列:

图书标签:

• Comunicaciones Industriales
• Industrial Communication
• PLC
• SCADA
• Automation
• Control Systems
• Networking
• Spanish Language
• Engineering
• Industry 4
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现代通信技术在工业领域的革新与实践 《现代通信技术在工业领域的革新与实践》 深入探讨了二十一世纪工业生产环境中，各类先进通信技术如何驱动制造业向智能化、网络化、柔性化转型的核心议题。本书摒弃了对特定、单一产品系列的罗列，而是聚焦于支撑“工业4.0”和“智能制造”的通信架构、协议标准、安全策略以及新兴应用场景的系统性分析。 本书结构与核心内容概览： 本书分为五大部分，旨在为读者构建一个从基础原理到前沿应用的完整知识体系。 --- 第一部分：工业通信的基础范式与演进 本部分旨在奠定读者对工业通信系统基本概念的理解，并梳理其技术演进的脉络。 1.1 工业通信的特殊需求与挑战： 详细分析了传统自动化控制系统对通信网络提出的严苛要求，包括极低的延迟（微秒级）、极高的可靠性（“六西格玛”级别）、严格的时间同步性（纳秒级精度）以及恶劣电磁环境下的抗干扰能力。与传统的企业级IT网络相比，工业控制网络（ICS）在确定性、安全性和实时性方面存在显著差异。 1.2 现场总线（Fieldbus）技术的深度解析： 对早期和成熟的现场总线技术进行对比分析，重点关注它们在物理层、数据链路层和应用层上的设计哲学。内容涵盖： 基于时间触发（Time-Triggered）的系统： 如PROFIBUS DP/PA、CANopen，分析其确定性调度机制。 基于事件触发（Event-Triggered）的系统： 如Modbus RTU、HART协议，讨论其在非关键性数据采集中的应用。 性能瓶颈： 评估传统现场总线在面对大规模传感器集成和高带宽数据流时的扩展性和适应性局限。 1.3 从有线到无线的范式转换： 探讨了工业无线技术从辅助角色向核心角色的转变。 工业以太网的崛起与标准化： 深入剖析IEEE 802.3家族在工业环境下的适配与演进，重点研究工业以太网协议（如EtherNet/IP、PROFINET）如何通过时间敏感网络（TSN）技术实现确定性通信。 工业无线通信的挑战与解决方案： 讨论Wi-Fi 6/6E在工厂环境下的信道管理、多径效应抑制，以及专用于工业物联网（IIoT）的低功耗广域网络（LPWAN）技术（如LoRaWAN、NB-IoT）在资产追踪和远程监控中的部署考量。 --- 第二部分：时间敏感网络（TSN）与确定性以太网 TSN是实现真正“IT/OT融合”的关键技术基石。本部分作为全书的重点，详细阐述了TSN的协议栈、配置模型和实际部署规范。 2.1 TSN的标准化框架与核心机制： 基于IEEE 802.1标准族，系统介绍TSN提供的关键服务： 时间同步（802.1AS/gPTP）： 探讨高精度时间同步协议如何保证分布式控制系统的统一时间基准。 流量整形与调度（802.1Qbv, 802.1Qbu）： 详述时间窗口（Time-Aware Shaper）和抢占机制（Preemption）如何为关键数据流预留带宽并确保最小延迟。 网络冗余与可靠性（802.1W, 802.1CB）： 分析快速重路由和数据流备份机制，以满足高可用性要求。 2.2 互操作性与协议映射： 讨论如何将传统现场总线数据帧映射到TSN的特定流量类别（Credit-Based Shaper, CBR）。重点分析基于TSN的替代性协议栈，例如EtherCAT over TSN或Powerlink的升级路径，实现现有资产的逐步现代化。 2.3 软件定义网络（SDN）在工业环境中的应用潜力： 初步引入SDN的概念，探讨其在集中式网络管理、动态带宽分配和策略部署方面的优势，以及在OT环境中部署的潜在安全和性能顾虑。 --- 第三部分：工业物联网（IIoT）与边缘计算通信 本部分聚焦于连接海量设备、处理海量数据所需的通信模型和基础设施。 3.1 IIoT的通信堆栈： 分析从传感器层到云平台的完整数据流。 MQTT与OPC UA的协同作用： 详细对比MQTT（轻量级消息传输协议）在数据传输效率上的优势，以及OPC UA（面向对象过程控制统一架构）在数据语义、安全性和互操作性上的强大能力。探讨两者如何结合，实现数据在边缘（OPC UA处理）和云端（MQTT传输）之间的无缝传递。 数据模型标准化： 讨论工业数据语义模型（如VDMA的框架）如何通过通信协议实现互操作性，避免“数据孤岛”。 3.2 边缘计算（Edge Computing）的通信架构： 本地决策与云端协同： 阐述边缘节点如何通过低延迟网络进行实时数据预处理、本地控制回路优化，并仅将聚合、关键信息上传至云端。 边缘到边缘（Edge-to-Edge）通信： 分析在没有中央服务器干预下，不同边缘设备之间进行直接通信（如通过5G切片或TSN）的需求与实现方式。 3.3 5G技术在制造领域的专业化部署： 区别于公共5G网络，本书重点分析私有5G（Private 5G/CBRS）或网络切片（Network Slicing）如何提供专用带宽、极低延迟（uRLLC）和大规模设备连接（mMTC），以支持高精度协作机器人和远程操作应用。 --- 第四部分：通信网络的安全与韧性 随着网络融合，工业控制系统的攻击面急剧扩大。本部分侧重于工业通信层面的纵深防御策略。 4.1 OT网络安全威胁模型： 识别并分析针对特定工业协议（如Modbus/TCP, EtherNet/IP）的常见攻击向量，包括中间人攻击、拒绝服务和恶意指令注入。 4.2 纵深防御在通信层面的实现： 网络分段与隔离： 采用“零信任”原则，讨论如何利用防火墙、数据二极管和工业DMZ（DeMilitarized Zone）对不同安全等级的区域进行严格物理和逻辑隔离（Purdue模型的新应用）。 协议层安全增强： 探讨OPC UA的安全机制（如数字证书、加密会话）如何确保数据在传输过程中的完整性和保密性。分析如何将标准IT安全实践（如入侵检测系统IDS）适配到高实时性的OT网络中。 4.3 韧性与快速恢复： 讨论网络冗余设计、状态监控（如网络流量异常检测）以及在遭受网络攻击或设备故障后，如何利用TSN的快速重路由或控制系统自身的设计，实现对生产过程的最小中断恢复。 --- 第五部分：通信技术在先进制造中的应用案例研究 本部分通过具体场景，展示通信技术如何赋能下一代制造流程。 5.1 柔性生产线与移动机器人（AGV/AMR）的协作： 研究如何利用高带宽、低延迟的无线通信（如5G/TSN）实现对自动导引车（AGV）和自主移动机器人（AMR）的实时路径规划、避障和任务分配，以支持高度柔性的生产布局切换。 5.2 远程操作与数字孪生（Digital Twin）： 探讨高保真度通信链路（如光纤或专有无线）在构建和同步工厂数字孪生模型中的作用。重点分析数据采集频率、网络抖动对仿真精度的影响，以及如何利用高带宽技术支持远程设备诊断和维护。 5.3 预测性维护（PdM）的数据通信要求： 分析 PdM 系统对海量传感器数据的实时采集和本地分析能力的要求，以及这些数据流如何通过高效的IIoT协议安全、可靠地传输到分析平台，以驱动决策。 总结： 本书旨在提供一套面向未来工业通信架构的蓝图，强调从传统的基于串行的、确定性较低的控制网络，向基于IP、高度集成、具备硬件级时间保证的异构网络迈进的必要性与技术路径。它关注的是“如何设计一个能支持未来所有自动化需求的通信骨干”，而非仅仅描述市场上已有的某几类设备。

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这本《Comunicaciones Industriales》真是让我大开眼界，虽然我主要关注的是软件开发和云计算领域，但翻开这本书，立刻被它那种扎实、系统化的工业通信知识体系所吸引。书中对现场总线技术，比如Profibus和DeviceNet的讲解，细致入微，我本来以为这方面的内容会很枯燥，但作者的叙述方式非常具有条理性，每一种协议的底层逻辑、物理层实现以及在实际生产线上的应用场景都被描绘得栩栩如生。特别是关于时间敏感网络（TSN）的章节，它将传统工业控制的确定性要求与现代以太网的灵活性结合起来的方式，给我留下了极其深刻的印象。这让我开始反思，我们现在构建的很多物联网架构，如果能借鉴其中在实时性和可靠性上的设计理念，或许能更好地服务于对延迟要求极高的边缘计算场景。这本书不仅仅是介绍技术标准，更像是一本工业通信的“内功心法”，强调的是如何构建一个稳定、高效、可扩展的控制网络，这对于任何希望将技术应用于实体世界的工程师来说，都是一份宝贵的参考资料。

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我对嵌入式系统和传感器技术有着浓厚的兴趣，尤其关注低功耗和无线连接的未来趋势。我发现这本书虽然侧重于传统的有线工业网络，但其中关于数据采集和传感器接口的讨论非常具有启发性。书中关于IO-Link技术的介绍，让我看到了一个连接底层智能传感器与上层控制系统的桥梁。它不仅仅是传输数据，更重要的是传输了传感器的诊断信息和配置参数，这对于预测性维护（PdM）至关重要。尽管无线通信的部分篇幅相对较少，但作者对频谱管理和数据加密的基本原则的提及，为我后续研究工业无线Mesh网络提供了坚实的安全基础认知。总而言之，这本书为我理解从最底层的传感器单元到最高层的企业管理系统之间，那条无形的、决定生产效率的“信息高速公路”是如何搭建和维护的，提供了极为清晰的路线图。

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作为一名侧重于质量控制和流程优化的管理者，我关注的核心在于投入产出比和标准化程度。我翻阅这本《Comunicaciones Industriales》，主要是想了解如何通过升级通信基础设施来提升生产线的整体OEE（整体设备效率）。这本书在对不同通信标准的成本效益分析上做得相当出色。例如，它对比了基于CAN总线的解决方案和基于以太网的解决方案在硬件成本、维护复杂度和可扩展性上的差异。书中提供的案例研究，虽然没有明确点出公司名称，但其描述的场景非常贴近现实中的瓶颈问题，比如如何通过升级网关和协议转换器，实现了老旧设备与现代化MES系统的对接，这直接为我们部门的升级预算申请提供了强有力的技术支撑和数据佐证。这本书的价值不在于教人如何写代码，而在于如何做出明智的技术选型决策。

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我是一名电力系统工程师，日常工作多与高压设备和SCADA系统打交道，对于信息的传输和安全有着近乎苛刻的要求。拿到这本《Comunicaciones Industriales》时，我原本抱着观望的态度，毕竟市面上很多通信书籍都过于偏向IT的通用网络协议，难以直接套用到我们这种强电磁干扰的环境中。然而，这本书在抗干扰措施和物理介质选择上的论述极其到位。它详细分析了光纤在恶劣工业环境下的优势，以及如何通过屏蔽、双绞线选择等手段确保信号的完整性，这些都是我们日常维护中经常遇到的痛点。更重要的是，书中对工业以太网的安全加固策略进行了深入探讨，这在当前工控系统面临网络攻击风险日益增加的背景下，显得尤为重要。虽然我对某些无线工业传感器的介绍部分了解不多，但其对可靠性通信机制的强调，完全符合我们电力行业对系统冗余和快速故障恢复的最高标准。

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说实话，我是一个刚毕业不久的机械设计新人，对于“通信”的理解还停留在TCP/IP和HTTP的层面。我原本以为这本书会是一本晦涩难懂的技术手册，充满了我看不懂的电气符号和时序图。但出乎意料的是，它的入门部分，对于“为什么需要工业通信”这一哲学层面的探讨，写得非常引人入胜。它清晰地解释了为什么标准的IT网络无法满足实时控制的需求，以及从串行通信到现场总线的演进逻辑。这种从宏观到微观的讲解路径，帮助我快速建立起一个关于工业自动化信息流动的整体概念框架。我特别欣赏作者在介绍不同通信协议时，总是会配上一个简化的流程图或对比表格，这使得那些复杂的握手过程和数据帧结构变得易于消化。这本书让我第一次意识到，工业现场的数据流动，远比我们日常上网的数据包传递要复杂和严谨得多，它确实是跨学科知识的绝佳融合点。

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