目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 現(xiàn)場總線的基本概念 1
1.1.1 現(xiàn)場總線的由來 1
1.1.2 現(xiàn)場總線的定義 4
1.2 現(xiàn)場總線的特點(diǎn) 5
1.2.1 現(xiàn)場總線的基本特性 5
1.2.2 現(xiàn)場總線與IT計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的區(qū)別 7
1.3 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 8
1.3.1 現(xiàn)場總線國際標(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)場總線標(biāo)準(zhǔn)的共性與分類 13
1.4 現(xiàn)場總線的未來 14
1.4.1 積極推動(dòng)單一現(xiàn)場總線國際標(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 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 有線傳輸媒體 29
2.3.2 無線傳輸 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)場總線體系結(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 開放系統(tǒng)互連參考模型的制定 63
3.2 開放系統(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 開放系統(tǒng)互連環(huán)境 67
3.2.3 服務(wù)、協(xié)議與服務(wù)訪問點(diǎn) 68
3.2.4 信息傳送單元 70
3.2.5 服務(wù)原語 72
3.2.6 面向連接服務(wù)與無連接服務(wù) 73
3.2.7 源/目的與生產(chǎn)者/用戶網(wǎng)絡(luò)傳輸模式 74
3.3 現(xiàn)場總線體系結(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)場總線的組成要素 76
3.3.3 現(xiàn)場總線通信模型 78
3.4 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 84
3.4.1 總線型結(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 媒體訪問控制技術(shù) 88
4.1 媒體訪問控制技術(shù)概述 88
4.2 集中控制型受控訪問方法 90
4.2.1 輪叫探詢的性能分析 90
4.2.2 傳遞探詢的性能分析 93
4.3 ALOHA隨機(jī)訪問方法 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)訪問方法 102
4.4.1 CSMA原理和基本類型 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)訪問方法 112
4.5.1 令牌環(huán)訪問方法 113
4.5.2 令牌環(huán)訪問方法性能估計(jì) 115
4.5.3 時(shí)間片環(huán)與寄存器插入環(huán)訪問方法 116
4.6 令牌總線訪問方法 121
4.6.1 令牌總線原理 121
4.6.2 令牌總線訪問方法性能分析 126
4.6.3 兩種總線型訪問方法的比較 127
習(xí)題 129
第5章 輸入輸出位傳輸現(xiàn)場總線 130
5.1 位傳輸總線概述 130
5.2 汽車總線的分類 130
5.3 CAN總線體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 131
5.3.1 CAN總線及其基本特點(diǎn) 131
5.3.2 CAN總線的體系結(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 總線訪問 139
5.3.6 錯(cuò)誤檢測與錯(cuò)誤處理 140
5.3.7 位定時(shí)與同步 142
5.3.8 CAN總線的電氣連接 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總線收發(fā)器 160
5.5.1 CAN總線收發(fā)器TJA1050 160
5.5.2 CAN總線收發(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總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 168
5.7.1 CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)的一般組成 169
5.7.2 CAN總線網(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 車身電子系統(tǒng)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 178
5.8 CAN與其他位傳輸總線的比較 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 位傳輸總線主要特性比較表 188
習(xí)題 189
第6章 設(shè)備現(xiàn)場總線 191
6.1 設(shè)備現(xiàn)場總線概述 191
6.2 Profibus總線的產(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)場總線數(shù)據(jù)鏈路層 197
6.3.3 應(yīng)用層 202
6.3.4 用戶層與設(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)品開發(fā) 209
6.4.1 開發(fā)方案與流程 209
6.4.2 Profibus芯片說明 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)場總線控制系統(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)場總線的比較 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)場總線的主要特性比較表 238
習(xí)題 239
第7章 狹義現(xiàn)場總線 240
7.1 狹義現(xiàn)場總線概述 240
7.2 基金會(huì)現(xiàn)場總線種類及體系結(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)場總線的體系結(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)場總線訪問子層 250
7.4.3 現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范層 256
7.5 FF-H1用戶層 261
7.5.1 功能模塊的概念與分類 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)場設(shè)備 277
7.6.3 NMA對象與相應(yīng)的對象服務(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)管理信息庫及其訪問 281
7.7.3 SMK狀態(tài) 282
7.7.4 系統(tǒng)管理服務(wù)及作用過程 283
7.8 FF-H1現(xiàn)場總線的組態(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)場總線控制系統(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)場總線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)場總線控制系統(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)庫系統(tǒng) 342
9.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)應(yīng)用過程 345
9.2.1 現(xiàn)場總線控制系統(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)場總線控制系統(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語言簡介 367
C.1 數(shù)據(jù)類型 367
C.2 控制信息訪問 367
C.3 重要CAPL函數(shù) 367