目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的基本概念 1
1.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的由來(lái) 1
1.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的定義 4
1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn) 5
1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的基本特性 5
1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與IT計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的區(qū)別 7
1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的現(xiàn)狀 8
1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 9
1.3.2 造成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)共存的原因 13
1.3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的共性與分類(lèi) 13
1.4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的未來(lái) 14
1.4.1 積極推動(dòng)單一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制訂 15
1.4.2 從沖突走向合作 15
習(xí)題 17
第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 18
2.1 通信模型 18
2.2 數(shù)據(jù)傳輸 19
2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕�本術(shù)語(yǔ) 19
2.2.2 傳輸模式 21
2.2.3 傳輸損傷 24
2.3 傳輸媒體 29
2.3.1 有線(xiàn)傳輸媒體 29
2.3.2 無(wú)線(xiàn)傳輸 33
2.4 傳輸數(shù)據(jù)編碼 35
2.4.1 模擬信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 35
2.4.2 數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 36
2.4.3 模擬信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù) 38
2.4.4 數(shù)字信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù) 38
2.5 數(shù)據(jù)通信接口 39
2.5.1 通信接口特性 39
2.5.2 EIA-232-D串行通信接口 40
2.5.3 RS-485串行通信接口 44
2.5.4 IEC61158.2串行通信接口 47
2.6 差錯(cuò)檢測(cè)與校正 52
2.6.1 奇偶檢驗(yàn)碼 53
2.6.2 CRC檢驗(yàn)碼 54
2.6.3 差錯(cuò)控制機(jī)制 56
2.7 多路復(fù)用技術(shù) 57
2.7.1 頻分復(fù)用 57
2.7.2 時(shí)分復(fù)用 58
習(xí)題 59
第3章 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu) 61
3.1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述 62
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及分層的概念 62
3.1.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的制定 63
3.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概念 65
3.2.1 各層的主要功能 65
3.2.2 開(kāi)放系統(tǒng)互連環(huán)境 67
3.2.3 服務(wù)、協(xié)議與服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn) 68
3.2.4 信息傳送單元 70
3.2.5 服務(wù)原語(yǔ) 72
3.2.6 面向連接服務(wù)與無(wú)連接服務(wù) 73
3.2.7 源/目的與生產(chǎn)者/用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式 74
3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的建立及特點(diǎn) 75
3.3.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的特殊性 75
3.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的組成要素 76
3.3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信模型 78
3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 84
3.4.1 總線(xiàn)型結(jié)構(gòu) 84
3.4.2 星型結(jié)構(gòu) 84
3.4.3 環(huán)型結(jié)構(gòu) 85
3.4.4 樹(shù)型結(jié)構(gòu) 85
3.4.5 菊花鏈型結(jié)構(gòu) 85
3.4.6 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 86
習(xí)題 86
第4章 媒體訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù) 88
4.1 媒體訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)概述 88
4.2 集中控制型受控訪(fǎng)問(wèn)方法 90
4.2.1 輪叫探詢(xún)的性能分析 90
4.2.2 傳遞探詢(xún)的性能分析 93
4.3 ALOHA隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)方法 94
4.3.1 純ALOHA 94
4.3.2 時(shí)隙ALOHA 98
4.3.3 預(yù)約ALOHA 100
4.4 CSMA隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)方法 102
4.4.1 CSMA原理和基本類(lèi)型 102
4.4.2 時(shí)隙非持續(xù)CSMA的性能分析 104
4.4.3 CSMA/CD工作原理 107
4.4.4 CSMA/CD性能分析 109
4.5 物理環(huán)訪(fǎng)問(wèn)方法 112
4.5.1 令牌環(huán)訪(fǎng)問(wèn)方法 113
4.5.2 令牌環(huán)訪(fǎng)問(wèn)方法性能估計(jì) 115
4.5.3 時(shí)間片環(huán)與寄存器插入環(huán)訪(fǎng)問(wèn)方法 116
4.6 令牌總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方法 121
4.6.1 令牌總線(xiàn)原理 121
4.6.2 令牌總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方法性能分析 126
4.6.3 兩種總線(xiàn)型訪(fǎng)問(wèn)方法的比較 127
習(xí)題 129
第5章 輸入輸出位傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 130
5.1 位傳輸總線(xiàn)概述 130
5.2 汽車(chē)總線(xiàn)的分類(lèi) 130
5.3 CAN總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 131
5.3.1 CAN總線(xiàn)及其基本特點(diǎn) 131
5.3.2 CAN總線(xiàn)的體系結(jié)構(gòu) 132
5.3.3 CAN報(bào)文格式 133
5.3.4 幀編碼及其發(fā)送/接收 138
5.3.5 總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn) 139
5.3.6 錯(cuò)誤檢測(cè)與錯(cuò)誤處理 140
5.3.7 位定時(shí)與同步 142
5.3.8 CAN總線(xiàn)的電氣連接 144
5.4 CAN控制器 145
5.4.1 CAN控制器選型 145
5.4.2 CAN控制器SJA1000 146
5.4.3 CAN控制器MCP2515 152
5.5 CAN總線(xiàn)收發(fā)器 160
5.5.1 CAN總線(xiàn)收發(fā)器TJA1050 160
5.5.2 CAN總線(xiàn)收發(fā)器MCP2551 162
5.6 CAN節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn) 162
5.6.1 CAN節(jié)點(diǎn)硬件構(gòu)成 162
5.6.2 CAN節(jié)點(diǎn)通信程序設(shè)計(jì) 163
5.7 CAN總線(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 168
5.7.1 CAN總線(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的一般組成 169
5.7.2 CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)步驟 169
5.7.3 CAN報(bào)文格式分析工具-CANscope 170
5.7.4 工具軟件CANoe 173
5.7.5 車(chē)身電子系統(tǒng)CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 178
5.8 CAN與其他位傳輸總線(xiàn)的比較 182
5.8.1 P-NET 182
5.8.2 SwiftNet 184
5.8.3 AS-I 185
5.8.4 DeviceNet 186
5.8.5 SDS 187
5.8.6 Seriplex 187
5.8.7 位傳輸總線(xiàn)主要特性比較表 188
習(xí)題 189
第6章 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 191
6.1 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述 191
6.2 Profibus總線(xiàn)的產(chǎn)生及特點(diǎn) 191
6.2.1 Profibus發(fā)展歷程 191
6.2.2 Profibus的特點(diǎn) 192
6.3 Profibus總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu) 193
6.3.1 物理層及物理連接 194
6.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層 197
6.3.3 應(yīng)用層 202
6.3.4 用戶(hù)層與設(shè)備行規(guī) 206
6.3.5 Profibus-FMS/DP/PA協(xié)議的異同點(diǎn) 209
6.4 Profibus產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 209
6.4.1 開(kāi)發(fā)方案與流程 209
6.4.2 Profibus芯片說(shuō)明 210
6.4.3 Profibus-DP主/從站通信接口板 214
6.4.4 GSD文件 216
6.4.5 Profibus設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)例 217
6.5 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)應(yīng)用 226
6.5.1 Profibus控制系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì) 226
6.5.2 Profibus應(yīng)用實(shí)例 227
6.6 Profibus與其他設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的比較 230
6.6.1 ControlNet 230
6.6.2 WorldFIP 232
6.6.3 Interbus 233
6.6.4 CC-Link 236
6.6.5 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的主要特性比較表 238
習(xí)題 239
第7章 狹義現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 240
7.1 狹義現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述 240
7.2 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)種類(lèi)及體系結(jié)構(gòu) 241
7.2.1 H1與HSE之間的區(qū)別 241
7.2.2 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的體系結(jié)構(gòu) 242
7.3 FF-H1物理層 244
7.4 FF-H1通信棧 244
7.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層 244
7.4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)子層 250
7.4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)報(bào)文規(guī)范層 256
7.5 FF-H1用戶(hù)層 261
7.5.1 功能模塊的概念與分類(lèi) 261
7.5.2 模塊參數(shù) 263
7.5.3 功能塊服務(wù) 270
7.5.4 功能塊鏈接 270
7.5.5 功能塊應(yīng)用進(jìn)程 272
7.5.6 功能塊的應(yīng)用 273
7.6 網(wǎng)絡(luò)管理 276
7.6.1 網(wǎng)絡(luò)管理者與網(wǎng)絡(luò)管理代理 276
7.6.2 網(wǎng)絡(luò)管理代理的虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 277
7.6.3 NMA對(duì)象與相應(yīng)的對(duì)象服務(wù) 277
7.6.4 通信實(shí)體 278
7.7 系統(tǒng)管理 279
7.7.1 系統(tǒng)管理內(nèi)核 280
7.7.2 系統(tǒng)管理信息庫(kù)及其訪(fǎng)問(wèn) 281
7.7.3 SMK狀態(tài) 282
7.7.4 系統(tǒng)管理服務(wù)及作用過(guò)程 283
7.8 FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的組態(tài)與啟動(dòng)運(yùn)行 286
7.8.1 組態(tài)的層次與組態(tài)信息 287
7.8.2 系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行 289
7.8.3 裝載LAS調(diào)度表與組態(tài)更新 290
7.9 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 290
7.9.1 FF控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 290
7.9.2 FF控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 292
7.9.3 FF應(yīng)用實(shí)例 295
習(xí)題 295
第8章 工業(yè)以太網(wǎng) 297
8.1 工業(yè)以太網(wǎng)概述 297
8.2 工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 299
8.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)通信模型 299
8.2.2 Ethernet體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 300
8.2.3 TCP/IP協(xié)議族 302
8.2.4 互可操作性與應(yīng)用層協(xié)議 313
8.3 工業(yè)以太網(wǎng)基本特性 313
8.3.1 工業(yè)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 313
8.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)傳輸媒體 315
8.3.3 工業(yè)與商用以太網(wǎng)設(shè)備之間的區(qū)別 316
8.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)通信實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)方法探討 316
8.4 高速以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF-HSE 319
8.4.1 FF-HSE概況 319
8.4.2 FF-HSE體系結(jié)構(gòu) 320
8.4.3 FF-HSE設(shè)備類(lèi)型及其冗余連接 324
8.5 FF-HSE與其他工業(yè)以太網(wǎng)的比較 329
8.5.1 ProfiNet 329
8.5.2 Modbus-RTPS 331
8.5.3 EPA 332
8.5.4 Ethernet Powerlink 334
8.5.5 EtherCAT 334
8.5.6 Vnet/IP 334
8.5.7 TCnet 335
8.6 工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用 335
習(xí)題 335
第9章 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與集成 337
9.1 企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成 337
9.1.1 企業(yè)信息網(wǎng)的基本概念 337
9.1.2 企業(yè)信息網(wǎng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 339
9.1.3 企業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 342
9.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程 345
9.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 345
9.2.2 FCS的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和控制實(shí)現(xiàn) 346
9.2.3 FCS軟件開(kāi)發(fā)與組態(tài) 348
9.2.4 FCS的運(yùn)行？維護(hù)與故障診斷 350
9.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 351
9.3.1 連接設(shè)備的應(yīng)用 352
9.3.2 OPC技術(shù) 352
習(xí)題 356
參考文獻(xiàn) 357
附錄A 排隊(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ) 359
A.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)流 359
A.1.1 李特爾定律 359
A.1.2 通信量強(qiáng)度 360
A.2 M/G/1排隊(duì)模型 361
A.2.1 泊松過(guò)程 362
A.2.2 撲拉切克辛欽公式 362
附錄B IEEE 802標(biāo)準(zhǔn) 365
附錄C CAPL語(yǔ)言簡(jiǎn)介 367
C.1 數(shù)據(jù)類(lèi)型 367
C.2 控制信息訪(fǎng)問(wèn) 367
C.3 重要CAPL函數(shù) 367