現(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線通信和物聯(lián)網(wǎng)等不同網(wǎng)絡(luò)，是工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中樞神經(jīng)。依賴工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)、高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的信息集成，從而確保工業(yè)控制系統(tǒng)的控制、監(jiān)控、管理、優(yōu)化和調(diào)度等功能集成得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，工業(yè)控制系統(tǒng)為了面對(duì)企業(yè)對(duì)管控一體化和IT（Information Technology，信息技術(shù)）和OT（Operation Technology，操作技術(shù)）融合的挑戰(zhàn)，也對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)提出了新的要求。因此，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制系統(tǒng)密不可分。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)起始于現(xiàn)場(chǎng)總線，并在眾多行業(yè)中得到成功應(yīng)用，甚至產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的理念，以期將控制功能徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)。然而，現(xiàn)場(chǎng)總線使用中也暴露了較多問(wèn)題，如種類繁多、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成本高等。受益于商用以太網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)成功的鼓舞，工業(yè)以太網(wǎng)快速發(fā)展，已成為最有生命力的一類控制網(wǎng)絡(luò)，其市場(chǎng)占有率已超過(guò)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，并且仍然在強(qiáng)勁發(fā)展�，F(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)內(nèi)容繁多且不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛。現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多、內(nèi)容龐雜，本書(shū)依據(jù)HMS公司對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的調(diào)研結(jié)果，以市場(chǎng)占有率較高的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)作為本書(shū)的重點(diǎn)進(jìn)行介紹。雖然傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)占有率在下降，但是存量市場(chǎng)絕對(duì)值依然很大，因此，本書(shū)依然對(duì)主要的現(xiàn)場(chǎng)總線，如Profibus（PA和DP）、FF進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。另外，本書(shū)結(jié)合應(yīng)用案例，對(duì)主流的工業(yè)以太網(wǎng)，如ProfiNet、EtherNet/IP和EtherCAT進(jìn)行了重點(diǎn)介紹；并對(duì)仍然有較高市場(chǎng)占有率、事實(shí)上的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議Modbus進(jìn)行了深入分析；還對(duì)新型的單絞線以太網(wǎng)、以太網(wǎng)高級(jí)物理層（EtherNet�睞PL）和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等最新的現(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析。在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)容的選取上，重點(diǎn)闡述了監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)（DCS）。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及衍生出來(lái)的控制網(wǎng)絡(luò)信息安全相互交織，存在不少跨學(xué)科知識(shí)，這也給本書(shū)的編寫(xiě)帶來(lái)了一定的困難。此外，該領(lǐng)域一定程度上存在理論與實(shí)踐脫節(jié)的情況，有些書(shū)籍上介紹的控制網(wǎng)絡(luò)知識(shí)已被淘汰，并不能反映實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況。因此，作者通過(guò)和工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)資深的設(shè)計(jì)工程師、項(xiàng)目工程師、項(xiàng)目經(jīng)理和項(xiàng)目監(jiān)理等不斷交流，以獲取更加全面和準(zhǔn)確的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)，了解最新的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。例如，不少現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)控制類書(shū)籍都有現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是DCS后的新一代控制系統(tǒng)，甚至要取代DCS之類的描述，但實(shí)際上目前的DCS支持現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)，是最主流的流程工業(yè)控制系統(tǒng)。相反，純粹的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是無(wú)法滿足用戶需求的。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用現(xiàn)場(chǎng)總線（包括以太網(wǎng)）與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是不能畫(huà)等號(hào)的。關(guān)于這些內(nèi)容，本書(shū)中都有詳細(xì)的解釋。另外，本書(shū)中的案例均來(lái)源于作者和學(xué)生的科研實(shí)踐，力求使內(nèi)容更加貼近工業(yè)實(shí)際，試圖更好地把理論、技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。本書(shū)共有6章，主要內(nèi)容介紹如下：第1章是現(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)基礎(chǔ)，屬于本書(shū)的重點(diǎn)。包括工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的種類、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及智能傳感器等概述性知識(shí)。對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的必要基礎(chǔ)知識(shí)也進(jìn)行了介紹。特別是結(jié)合實(shí)例對(duì)Modbus協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而幫助讀者理解通信協(xié)議相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)并學(xué)會(huì)分析工業(yè)通信協(xié)議。最后對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行了闡述。第2章是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用案例，主要介紹了HART協(xié)議，并結(jié)合案例對(duì)Profibus（含PA和DP）總線和FF進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。對(duì)最新的單絞線以太網(wǎng)與高級(jí)物理層也進(jìn)行了介紹。雖然這屬于工業(yè)以太網(wǎng)的內(nèi)容，但高級(jí)物理層主要作為流程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)取代FF和Profibus�睵A，所以把這部分內(nèi)容放在了本章。第3章是工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用案例，是本書(shū)的重點(diǎn)部分。在介紹工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，結(jié)合實(shí)例對(duì)ProfiNet、EtherNet/IP和EtherCAT這三種使用最廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹，特別是利用Wireshark抓包來(lái)對(duì)部分典型工業(yè)控制通信協(xié)議進(jìn)行了分析，以加深讀者對(duì)于網(wǎng)絡(luò)體系與協(xié)議的直觀理解。在案例中還介紹了羅克韋爾公司最新的FactoryTalk Optix可視化平臺(tái)。第4章是城市污水處理廠工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)應(yīng)用案例。詳細(xì)闡述了污水處理廠工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與調(diào)試的內(nèi)容。對(duì)利用VPN（Virtual Private Network，虛擬專業(yè)網(wǎng)絡(luò)）的污水處理廠控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第5章是離散制造業(yè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)應(yīng)用案例。詳細(xì)闡述了如何利用工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器視覺(jué)改造傳統(tǒng)的汽車安全氣囊引爆組件注塑工藝，以實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)和質(zhì)量檢測(cè)。第6章是化工實(shí)驗(yàn)裝置工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)應(yīng)用案例。在分析化工過(guò)程對(duì)象及其控制策略的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了過(guò)程控制系統(tǒng)編程和HMI（人機(jī)界面）開(kāi)發(fā)。給出了利用工業(yè)網(wǎng)關(guān)把傳統(tǒng)的串口儀表連接到EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)的詳細(xì)配置步驟。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，除了引用作者和學(xué)生多年的教學(xué)內(nèi)容、工程實(shí)踐與研究成果外，還翻閱了大量的資料，在此對(duì)這些資料的作者表示由衷的感謝！本書(shū)1��3節(jié)和1��4節(jié)由華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院高陽(yáng)和胡越編寫(xiě)，3��7節(jié)由華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院卿湘運(yùn)編寫(xiě)，其他章節(jié)由華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院王華忠和姜慶超編寫(xiě)。本書(shū)受華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院圖書(shū)出版項(xiàng)目資助，在此表示感謝！為便于讀者學(xué)習(xí)，凡采用本書(shū)作為參考書(shū)的，作者免費(fèi)提供電子資料。關(guān)注機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)工電氣公眾號(hào)，回復(fù)79075即可下載。由于作者水平有限，且現(xiàn)代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)涉及的內(nèi)容繁雜，書(shū)中難免存在疏漏或不妥之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，也歡迎讀者交流討論，作者的Email地址是hzwang@ecust.edu.cn。作者2025年3月