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王永华 著

图书标签:

• 现场总线
• 工业通信
• 自动化
• PLC
• CAN总线
• Modbus
• Profibus
• EtherCAT
• 工业网络
• 控制技术

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111372967

版次：2

商品编码：10949921

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-03-01

用纸：胶版纸

页数：454

正文语种：中文

内容简介

　　在工业自动化应用技术领域，国际和国内市场占有率最高的现场总线技术和实时以太网技术分别是PROFIBUS和PROFINET。《现场总线技术及应用教程（第2版）》的开始，对控制系统以及现场总线技术的发展历程、现场总线技术中使用的工业网络和通信基础知识进行了概括性的介绍；全书重点讲解了PROFIBUS DP/PA和PROFINET的基本原理和具体应用，并在此基础上详细地剖析了DP V0/V1、PROFINET和AS�瞚的报文结构和含义，在重点章节中给出了具体的应用实例。此外，《现场总线技术及应用教程（第2版）》还对传感器级和执行器级的现场总线技术的代表——AS i以及工业控制系统国际标准编程语言IEC611313进行了深入浅出的讲解，并给出了许多实例。为方便高校和培训机构作为教材使用，全书各章都配有大量的习题和思考题，在附录A中配有11个实验的指导书。在附录中还提供了精心编排的PROFIBUS常用信息速查表，罗列出了学习现场总线技术及下载相关软件及文档的常用网站地址。　　《现场总线技术及应用教程（第2版）》的使用对象主要是高等院校相关专业的本科生和研究生、各企业和设计院所的电气或自动化工程技术人员。另外，在对相关内容进行选择和简化后，也可作为高职院校教材使用。

目录

前言
第1章 现场总线技术概述
1.1 工业自动化技术及控制系统的发展历程
1.1.1 工业类型的划分
1.1.2 工业自动化技术及控制系统发展历程概述
1.1.3 OPC和IEC61131��
1.2 DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别
1.2.1 三大控制系统的基本要点
1.2.2 FCS与DCS的区别
1.2.3 PLC、DCS和FCS之间的融合
1.3 现场总线基本概念
1.3.1 现场总线的产生背景
1.3.2 现场总线的定义
1.3.3 现场总线的特点
1.3.4 现场总线的优点
1.4 现场总线国际标准及其制定过程
1.4.1 前3版标准
1.4.2 第4版标准
1.4.3 配套标准IEC617
1.4.4 IEC 6202
1.5 现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势
1.6 工业网络的定义、结构和应用
1.6.1 工业网络的定义
1.6.2 现场总线在工业网络中的位置和作用
1.6.3 工业控制网络的简单分类
本章小结
习题和思考题
第2章 工业网络与通信基础知识
2.1 工业网络通信基础
2.1.1 工业数据通信概述
2.1.2 数据通信的基本概念
2.1.3 数据编码
2.1.4 数据传输
2.1.5 差错控制
2.2 工业网络物理结构
2.2.1 网络的传输介质
2.2.2 工业通信网络的主要拓扑结构
2.2.3 介质访问控制方式
2.3 开放系统互连参考模型及网络互连
2.3.1 OSI参考模型
2.3.2 网络互连
2.4 OPC技术
2.4.1 OPC技术简介
2.4.2 几种OPC中所使用的微软公司的技术
2.4.3 OPC的接口和服务器
2.4.4 OPC应用举例
本章小结
习题和思考题
第3章 PROFIBUS基础及安装技术
3.1 PROFIBUS概述
3.1.1 PROFIBUS的发展
3.1.2 PROFIBUS的产品认证
3.1.3 PROFIBUS的家族成员
3.1.4 PROFIBUS系统组成模块
3.1.5 PROFIBUS自动化系统解决方案
3.1.6 PROFIBUS的协议结构
3.2 PROFIBUS基础
3.2.1 设备类型
3.2.2 系统配置
3.2.3 PROFIBUS系统的基本特点
3.2.4 PROFIBUS的网络及规模
3.2.5 设备地址
3.3 PROFIBUS设备集成工具
3.3.1 PROFIBUS的GSD文件
3.3.2 设备管理工具的发展
3.4 PROFIBUS传输技术
3.4.1 RS485和RS484�睮S
3.4.2 MBP和MBP�睮S
3.4.3 光纤
3.4.4 无线传输
3.5 PROFIBUS DP安装技术
3.5.1 DP网络接线
3.5.2 DP网络布局及终端电阻使用举例
3.5.3 现场安装
3.6 PROFIBUS PA安装技术
3.6.1 PA网络结构
3.6.2 PA网络接线及布局
3.6.3 PROFIBUS PA网络设计举例
3.7 危险区域的安装技术
3.7.1 本质安全概念
3.7.2 FISCO
3.7.3 大功率主干网络
3.7.4 FISCO在系统设计中的应用
3.8 组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统
3.8.1 系统组成及架构
3.8.2 组态过程
3.8.3 系统运行
本章小结
本章 实验建议
习题和思考题
第4章 PROFIBUS通信技术及DP�睼0/V
4.1 数据链路层
4.1.1 介质访问控制方式
4.1.2 数据传输服务
4.2 应用层
4.2.1 应用关系
4.2.2 PROFIBUS版本的发展
4.3 行规
4.3.1 应用行规
4.3.2 系统行规
4.3.3 几种主要的行规介绍
4.4 PA行规
4.4.1 概述
4.4.2 PA装置中的块模型
4.4.3 PA行规中的信号链
4.4.4 PA设备中的数据及其表示方法
4.5 主站和从站的工作过程
4.5.1 主站的工作过程
4.5.2 主站的工作模式
4.5.3 从站的工作过程
4.6 设备功能及其之间的通信
4.6.1 各种设备的功能
4.6.2 设备之间的通信
4.7 PROFIBUS DP报文类型
4.8 DP�睼0报文详解
4.8.1 参数设置请求及响应报文
4.8.2 组态请求及响应报文
4.8.3 诊断请求及响应报文
4.8.4 数据交换报文
4.8.5 全局控制报文
4.9 DP�睼1报文详解
4.9.1 参数设置报文
4.9.2 组态报文
4.9.3 诊断报文
4.9.4 非循环通信MS1报文
4.9.5 非循环通信MS2报文
4.10 总线和信息的循环时间及估计
4.10.1 有关总线时间的一些术语
4.10.2 循环时间及估计
本章小结
本章 实验建议
习题和思考题
第5章 PROFINET基础及安装技术
5.1 以太网和IEEE 80
5.1.1 以太网的产生
5.1.2 以太网的物理层
5.1.3 以太网的数据链路层
5.1.4 用于以太网的几个功能
5.1.5 以太网中使用的主要设备
5.2 因特网与TCP/IP
5.2.1 概述
5.2.2 TCP/IP各层的功能
5.3 工业以太网和实时以太网
5.3.1 工业以太网
5.3.2 实时工业以太网
5.4 PROFINET基础
5.4.1 概述
5.4.2 PROFINET的市场情况
5.4.3 PROFINET和PROFIBUS的主要区别
5.4.4 PROFINET的组成
5.4.5 PROFINET的通信协议模型
5.4.6 GSD文件
5.4.7 PROFINET IO设备类型
5.4.8 PROFINET的一致性分类
5.4.9 从系统组态到运行的工作过程
5.5 PROFINET安装技术
5.5.1 网络结构
5.5.2 电气网络传输介质和连接
5.5.3 光缆及其连接
5.5.4 网络部件
5.6 组态一个简单的PROFINET网络
5.6.1 系统组成及架构
5.6.2 组态过程
5.6.3 系统运行
本章小结
习题和思考题
第6章 PROFINET技术
6.1 PROFINET 实时通信技术
6.1.1 通信等级
6.1.2 通信通道模型
6.1.3 循环数据交换原理
6.1.4 等时同步实时通信
6.2 PROFINET IO
6.2.1 概述
6.2.2 IO设备模型
6.2.3 数据元素
6.2.4 应用关系
6.2.5 通信关系
6.2.6 通信路径及使用的协议
6.2.7 主要报文的帧结构
6.2.8 名称和地址分配及报文
6.2.9 系统启动及连接建立过程
6.2.10 报警处理及相关报文
6.2.11 Read/Write服务及报文
6.2.12 网络诊断和管理
6.3 PROFINET CBA
6.3.1 概述
6.3.2 工艺技术模块和组件模型
6.3.3 现场设备结构
6.3.4 PROFINET CBA的通信
6.3.5 PROFINET CBA的使用过程
本章小结
习题和思考题第7章 AS�瞚技术及应用
7.1 AS�瞚技术概述
7.1.1 AS�瞚概述
7.1.2 AS�瞚的产生和发展
7.1.3 开发AS�瞚所遵从的一些技术规范
7.1.4 AS�瞚的主要优点
7.1.5 AS�瞚的主要特点（Version 2.0）
7.1.6 AS�瞚的基本组成
7.2 AS�瞚技术解析
7.2.1 AS�瞚的行规
7.2.2 AS�瞚的网络结构
7.2.3 AS�瞚的通信机理
7.2.4 AS�瞚的报文
7.2.5 AS�瞚从站地址设定
7.2.6 AS�瞚主站操作
7.2.7 AS�瞚的工作过程
7.3 AS�瞚的扩展
7.3.1 概述
7.3.2 AS�瞚 V2.1从站的编址和ID码
7.3.3 AS�瞚 V2.1的模拟量处理功能
7.3.4 外围故障诊断
7.4 AS�瞚的安全工作
7.4.1 AS�瞚安全工作的概念
7.4.2 安全要求类别及标准
7.4.3 AS�瞚安全技术实现原理
7.4.4 AS�瞚安全监测控制器
7.4.5 组态软件Asimon的使用
7.4.6 AS�瞚安全工作举例
7.5 AS�瞚网络的接线和安装要点
7.6 AS�瞚应用举例
7.6.1 实例系统
7.6.2 实例系统
7.6.3 基于AS�瞚的传送带控制系统
本章小结
习题和思考题
第8章 现场总线技术应用综合举例
8.1 使用现场总线技术应考虑的几个问题
8.1.1 为什么要选用现场总线技术
8.1.2 现场总线技术最适合什么场合使用
8.1.3 选择什么样的现场总线技术
8.1.4 如何设计现场总线控制系统
8.2 现场总线技术应用综合举例
8.2.1 烟厂制丝线现场总线控制系统
8.2.2 纺织生产过程信息集成及处理系统
8.2.3 制冷站监控系统改造
8.2.4 PROFIBUS PA简单系统举例
本章小结
习题和思考题
第9章 标准工业控制编程语言IEC61131
9.1 IEC61131��3概述
9.1.1 IEC61131产生的原因和发展历程
9.1.2 IEC61131��3简介
9.1.3 IEC61131��3的突出特点
9.2 IEC61131��3编程基础
9.2.1 程序组织单元POU
9.2.2 简单语言元素
9.2.3 数据类型
9.2.4 变量
9.2.5 系统配置
9.3 标准函数及功能块
9.3.1 标准函数
9.3.2 标准功能块
9.4 IEC61131��3编程语言及使用举例
9.4.1 梯形图（LD）
9.4.2 结构化文本（ST）
9.4.3 指令表（IL）
9.4.4 顺序功能图（SFC）
9.5 IEC61131��3应用实例程序设计
9.5.1 FCS底层典型环节
9.5.2 硬件系统简介
9.5.3 控制程序设计
本章小结
习题和思考题
附录
附录A实验指导书
A.1PROFIBUS DP网络安装技术实验
A.2PROFIBUS DP网络组态及控制实验
A.3PROFIBUS PA组态和控制实验
A.4PROFIBUS DP报文分析实验
A.5PROFINET网络组态及控制实验
A.6PROFINET报文分析实验
A.7AS�瞚网络基础实验
A.8AS�瞚网络应用实验
A.9IEC61131��3编程实验
A.10IEC61131��3编程实验
附录BPROFIBUS常用信息速查表
B.1PROFIBUS�睤P报文基本信息速查
B.2DP�睼0参数化报文信息速查
B.3DP�睼0组态报文信息速查
B.4DP�睼0诊断报文信息速查
B.5DP�睼0扩展诊断报文信息速查
B.6DP�睼0全局控制报文信息速查
B.7DP�睼1扩展参数化报文信息速查
B.8DP�睼1扩展组态报文信息速查
B.9DP�睼1扩展诊断报文信息速查
B.10DP�睼1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查
B.11诊断响应报文常用信息速查
附录C常用缩略语备查表
附录D学习现场总线技术常用网站
参考文献

前言/序言

现代制造系统中的智能驱动：深入解析工业通信与网络架构 本书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨现代工业自动化和智能制造领域中至关重要的通信技术、网络协议以及系统集成策略。我们将超越传统基于单一技术或特定硬件的视角，聚焦于构建高度灵活、可靠、实时性强的工业信息物理系统（CPS）所需的底层支撑技术。 全书内容严格围绕工业通信协议的原理、网络拓扑设计、实时数据处理、系统安全性与互操作性这四大核心板块展开，旨在培养读者构建和维护新一代智能工厂的能力。 --- 第一部分：工业通信基础与协议栈的演进 本部分奠定理解复杂工业网络的基础。我们不只是简单罗列协议，而是深入剖析它们产生和演进的历史背景、技术优势与适用场景。 1.1 工业通信的根本挑战与需求分析 首先，我们将详细分析传统自动化系统在面对信息化、数字化转型时所暴露出的局限性，特别是对实时性（Determinism）、可靠性（Reliability）和带宽的严苛要求。本节会借助实际案例，对比传统串行通信与现代以太网的根本区别。 1.2 经典现场总线技术的回顾与定位 虽然本书的重点在于前沿技术，但对经典技术的回顾至关重要。我们将系统梳理并分析Profibus (DP/PA)、DeviceNet、CAN等技术栈的核心帧结构、物理层特性以及它们在特定行业（如过程控制或离散制造的传统设备层）中的经典应用模式。这部分着重于“为什么”这些技术曾占据主导地位，以及它们在当前异构网络集成中的“桥梁”作用。 1.3 基于以太网的工业通信（IE）的兴起与分化 这是本部分的核心。工业以太网不再是简单的IT网络移植，而是针对工业环境进行了深度定制。我们将深入剖析主流的实时以太网协议族： 确定性机制（Time Synchronization and Jitter Control）： 重点解析IEEE 1588 (PTP) 在工业同步中的作用，及其如何确保纳秒级的精度。 Protocol Deep Dive： 详细拆解EtherCAT的“在途处理”（On-the-fly processing）机制、ProfiNet IRT的帧结构、Powerlink的TDMA调度策略。对于每种协议，我们将讨论其在数据链路层和网络层上的独特实现方式，并对比它们在周期性数据传输和异步消息处理上的性能权衡。 --- 第二部分：网络架构、拓扑设计与实施 本部分将理论知识转化为实际的工程设计能力。我们将探讨如何根据应用需求选择合适的网络架构，并解决异构网络间的互联问题。 2.1 工业网络拓扑的优化与冗余设计 本节将超越简单的星型、环型拓扑描述，重点讲解在恶劣电磁环境下的电磁兼容性（EMC）设计原则。我们将讨论环型冗余（Ring Redundancy）的实现方式（如MRP协议），以及如何通过介质冗余和协议层冗余来满足高可用性要求。 2.2 工业交换机与路由器的选型与配置 深入探讨工业级以太网交换机与传统IT交换机的差异，特别是对QoS（服务质量）的工业化实现（如基于端口或基于报文标记的优先级调度）、环回检测机制以及快速恢复时间的要求。我们将教授如何通过VLAN划分、单播抑制等技术优化网络性能。 2.3 异构网络的集成与网关技术 在大型工厂中，不同代际和不同厂商的设备共存是常态。本部分聚焦于协议转换网关（Protocol Converters）的设计原理，包括报文的映射、数据模型的转换以及时序的对齐。重点分析如何利用OPC UA作为中间件平台，实现传统设备层（如Modbus/Profibus）与上层MES/ERP系统的数据无缝对接。 --- 第三部分：面向未来：工业物联网（IIoT）与TSN 本部分聚焦于当前及未来工业网络发展的两大驱动力：面向数据服务的IIoT架构和时间敏感网络（TSN）。 3.1 工业物联网（IIoT）的核心通信范式 本节将详细介绍OPC UA作为工业通信的“瑞士军刀”的地位。我们将深入剖析其信息模型（Information Modeling）的构建方法，如何利用其服务导向架构（SOA）实现数据访问、方法调用、订阅/通知的标准化。同时，也会对比分析MQTT在IIoT中的应用场景，特别是在低带宽、高延迟环境下的数据采集优势，并讨论其与OPC UA的协同工作方式。 3.2 时间敏感网络（TSN）：重新定义实时性 TSN是统一IT/OT网络的关键技术。本部分是本书的亮点之一： TSN技术组件详解： 深入讲解IEEE 802.1Qbv (时间窗口接入/Time-Aware Shaper)、802.1Qbu (帧整形/Frame Preemption) 和 802.1AS (精确时间同步/gPTP) 的工作机制。 端到端调度： 探讨如何利用集中式网络配置（CNC）或基于能力的开放式网络配置（CUC）实现全网范围内的流量调度，确保关键任务数据流的严格隔离与确定性传输。 --- 第四部分：网络安全、诊断与维护 强大的通信网络必须是安全的和可维护的。本部分提供了保障工业网络长期稳定运行的工程实践。 4.1 工业网络安全深度防御（Defense-in-Depth） 我们将系统介绍基于Purdue模型的网络分段策略，并讨论在OT层实施安全控制的具体措施： 基于端口的访问控制（NAC）： 确保只有授权设备才能接入特定网络段。 入侵检测与监控（IDS/IPS）： 工业协议的特征识别技术，以及如何对异常的实时流量进行告警。 加密与身份验证： 在资源受限的设备上部署TLS/DTLS的挑战与解决方案。 4.2 工业网络性能监控与故障诊断 故障诊断是网络维护中最具挑战性的环节。本节将介绍先进的诊断工具和方法： 实时流量分析： 如何利用抓包工具分析工业以太网帧，定位延迟来源和丢包原因。 健康度指标（KPIs）： 阐述如何定义和监测工业网络的关键性能指标，如抖动（Jitter）、周期误差和错误率。 预测性维护： 利用网络数据（如交换机日志、端口统计信息）建立早期预警模型，预防设备故障。 总结与展望 本书最终将指导读者如何将这些先进的通信技术与控制系统、制造执行系统（MES）以及企业资源规划（ERP）系统进行高效、安全、可靠的集成，为构建面向工业4.0的弹性、自适应的智能制造基础设施提供坚实的技术储备。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论阐述和实践操作之间的平衡把握得非常糟糕，偏向于枯燥的理论堆砌，实操性环节的支撑明显不足。虽然书中包含了少量的实验步骤描述，但这些步骤往往过于简化，缺乏对常见错误、异常处理和调试方法的详细指导。比如，当读者尝试配置一个特定的现场设备时，书中可能只列出了参数设置的几个关键值，但并未解释为什么是这些值，以及如果现场条件稍有变化，应该如何调整这些参数背后的逻辑。对于一个初学者来说，遇到无法预料的报错信息时，这本书提供的排查思路极其有限，远不如网络上那些针对特定型号设备的论坛帖子来得实用。缺乏高质量、可复现的、带注释的代码示例和配置脚本，使得“理论指导实践”的环节沦为一句空话。读完之后，感觉自己好像掌握了一堆名词解释，但真要上手搭建一个小系统，依然会感到束手无策，实践的缺失是其作为“教程”最大的短板。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的排版设计实在是一言难尽，简直像是把一大堆技术资料硬塞进了一个标准教科书的框架里。封面设计得非常平庸，那种老套的科技蓝和深灰配色，让人一看就知道是典型的“工具书”风格，完全提不起阅读的欲望。翻开内页，字体和行距的处理更是令人抓狂。有些地方为了塞进更多的图表和文字，压缩得非常局促，阅读起来非常吃力，尤其是对于初学者来说，面对密密麻麻的公式和术语，很容易产生畏难情绪。更糟糕的是，图文的对应关系经常出现错位，很多关键的示意图尺寸过小，细节根本看不清楚，需要频繁地在正文和插图之间来回切换，极大地打断了学习的连贯性。而且，纸张的质量也显得比较廉价，油墨味比较重，长时间阅读下来眼睛很容易疲劳。如果能把设计上的精力多放在优化阅读体验上，而不是仅仅追求内容的“完整性”，这本书的价值会提升不止一个档次。作为一个希望系统学习新技术的读者，我更期待的是一套既专业又赏心悦目的学习资料，而不是这样一本让人感到“阅读负担”的书籍。

评分☆☆☆☆☆

本书的章节组织逻辑性让人感到非常跳跃，似乎是不同作者在不同时间段拼凑起来的合集，缺乏一个统一的、流畅的知识脉络。例如，在前一章还在深入探讨传感器接口的具体电气特性，紧接着的下一章突然就转向了项目管理和系统集成的高层规划，两者之间的过渡生硬得让人措手不及。这种碎片化的结构使得读者很难建立起从底层硬件到上层软件应用、再到整体系统架构的完整认知图谱。尤其在涉及到复杂系统的设计流程时，作者更倾向于将知识点拆散嵌入到各个看似独立的模块中，而不是用一个贯穿始终的、具有代表性的实际工程案例来串联讲解。这要求读者必须自己花费大量精力去梳理和重构知识间的内在联系。如果能按照“需求分析—硬件选型—通信组网—软件控制—调试验证”的完整工程周期来组织内容，学习起来的效率一定会大大提高，目前的阅读体验更像是在翻阅一本零散的技术手册索引。

评分☆☆☆☆☆

教材在术语和缩写的引入上显得不够友好，对于非专业背景的读者构成了不小的门槛。尽管我们理解这是一个专业领域的书籍，但专业的严谨性不应该以牺牲可读性为代价。书中频繁使用大量的行业缩写和特定的专业术语，但往往在第一次出现时只给出了一个括号内的英文全称，后续内容中则完全省略了对这些缩写的重复定义或在一个容易被忽略的附录中草草了事。更令人费解的是，某些关键概念的定义在不同的章节中似乎存在轻微的语义漂移，虽然可能在技术上都能勉强自洽，但这种不一致性让正在建立清晰概念模型的读者感到困惑和不确定。一个好的教程应该像一个耐心的老师，循序渐进地引导读者，而不是假设读者已经对所有行话烂熟于心。这使得我不得不频繁地打断阅读流程，去搜索引擎上核实那些本应在书中得到清晰界定的基本要素，极大地拖慢了整体的学习进度。

评分☆☆☆☆☆

我花费了大量时间研究了这本书中关于网络架构和通信协议的部分，坦率地说，讲解深度上显得有些保守和滞后。书中很多案例和示例似乎还停留在多年前的行业标准上，虽然基础原理的阐述是必要的，但对于一个宣称是“第2版”的教程来说，对于当前工业物联网（IIoT）和边缘计算趋势下的新兴协议和安全机制的探讨明显不足。例如，在描述数据采集和实时控制的章节，对于如何应对高并发、低延迟场景的优化策略，介绍得过于理论化，缺乏实际工程项目中常见的性能调优技巧和具体的硬件选型考量。我期待能看到更多关于OPC UA在云端集成方面的深入剖析，以及针对特定工业现场（如高噪声、强电磁干扰环境）的通信可靠性增强措施的实战经验分享。目前的讲解更像是一本概念性的参考手册，而非能够指导实际部署和维护的“教程”。对于希望站在技术前沿的工程师而言，这本书提供的知识广度尚可，但深度和时效性方面确实留下了不小的遗憾。

评分☆☆☆☆☆

教材写的浅显易懂，赞一个！

评分☆☆☆☆☆

还是太笼统了。网上的资料质量太差。这本书还算可以。

评分☆☆☆☆☆

非常不错值得拥有和学习

评分☆☆☆☆☆

最近正好在看profibus，难得找到好点的资料，先对付下。

评分☆☆☆☆☆

还行

评分☆☆☆☆☆

说实话。。。。还没有仔细看

评分☆☆☆☆☆

教材写的浅显易懂，赞一个！

评分☆☆☆☆☆

现场总线技术及应用教程（第2版）

评分☆☆☆☆☆

不错不错不错不错不错不错