网络化控制系统

第1章 绪论

1.1 现场总线技术简介

1.1.1 现场总线技术与现场总线系统

1.1.2 现场总线数据通信系统

1.1.3 现场总线控制网络

1.1.4 现场总线网络化控制系统

1.1.5 全分布式控制系统

1.1.6 现场总线系统在企业网络中的地位与作用

1.2 相关名词术语

1.2.1 总线与总线操作

1.2.2 通信设备

1.2.3 报文与协议

1.2.4 通信术语

1.3 现场总线的技术发展

1.3.1 早期的现场总线技术

1.3.2 现场总线技术的标准化

1.3.3 现场总线系统的特点

1.3.4 现场总线网络与上层网络的连接

练习题

第2章 串行通信与串行通信接口

2.1 通信编码

2.1.1 数字编码与编码波形

2.1.2 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码

2.1.3 模拟数据编码

2.2 串行通信中的几个环节

2.2.1 数据的串行化与串行传输

2.2.2 单字节数据的报文帧

2.2.3 通信连接与确认

2.2.4 串行通信的中断请求与处理

2.2.5 轮询

2.2.6 出错处理

2.3 串行通信接口

2.3.1 EIA232

2.3.2 EIA485

2.3.3 通用串行总线USB

2.3.4 IEEE1394

2.4 通信传输的差错检测

2.4.1 传输差错的类型

2.4.2 差错检测

2.4.3 循环冗余校验的原理与实现

2.5 传输差错的校正

2.5.1 纠错

2.5.2 自动重传

2.5.3 前向差错纠正

2.5.4 海明码的编码

2.5.5 海明码的错误检测与纠正

2.5.6 多比特错误的纠正

练习题

第3章 控制网络与网络互连/

3.1 控制网络

3.1.1 现场总线控制网络与计算机网络

3.1.2 现场总线控制网络的节点

3.1.3 现场总线控制网络的任务与工作环境

3.1.4 现场总线控制网络的实时性要求

3.2 网络互连

3.2.1 网络互连的通信参考模型

3.2.2 通信参考模型的分层功能

3.2.3 现场总线对OSI通信参考模型的简化

3.2.4 几种现场总线网络的通信参考模型

3.2.5 网络互连设备

3.3 网络传输介质的种类

3.3.1 双绞线

3.3.2 屏蔽电缆

3.3.3 同轴电缆

3.3.4 光缆

3.3.5 无线传输

3.4 网络传输介质的性能

3.4.1 传输介质的频率特性

3.4.2 介质带宽

3.4.3 信噪比对信道容量的影响

3.4.4 导线传输介质的性能参数

3.5 网络拓扑

3.5.1 环形拓扑

3.5.2 星形拓扑

3.5.3 总线拓扑

3.5.4 树形拓扑

3.6 网络传输介质的访问控制

3.6.1 主从通信

3.6.2 载波监听多路访问／冲突检测

3.6.3 载波监听多路访问／逐位仲裁

3.6.4 令牌

3.6.5 时分复用

3.6.6 几种访问控制方式的综合

3.7 网络操作系统

3.7.1 局域网操作系统

3.7.2 Netware与NetBEUI

3.7.3 Windows操作系统系列

3.7.4 UNIX

3.7.5 Linux

3.7.6 嵌入式操作系统

练习题

第4章 基金会现场总线FF/

4.1 H1的通信模型与编码

4.1.1 H1的通信模型

4.1.2 H1的数据组织

4.1.3 H1的通信编码

4.1.4 H1的信号波形

4.2 H1的通信调度

4.2.1 现场设备的类型

4.2.2 链路活动调度器LAS

4.2.3 通信调度的工作过程

4.2.4 总线上的时间

4.2.5 通信控制器

4.3 网络与系统管理

4.3.1 网络管理

4.3.2 设备标识与工作状态

4.3.3 系统管理的功能与服务

4.3.4 系统管理信息库SMIB

4.4 功能块

4.4.1 功能块的内部结构与功能块连接

4.4.2 功能块中的用户应用块

4.4.3 功能块的块参数

4.4.4 功能块应用

4.5 FF的应用系统

4.5.1 H1网段的基本组成

4.5.2 H1网段的传输介质

4.5.3 H1网段的拓扑结构

4.5.4 网段的连线长度

4.5.5 H1网段的接地与屏蔽

4.5.6 应用系统的设计与运行

练习题

第5章 工业以太网/

5.1 工业以太网简介

5.1.1 工业以太网与以太网

5.1.2 以太网的工业级产品

5.1.3 以太网通信的非确定性问题

5.1.4 工业以太网应用层的控制功能

5.1.5 以太网的嵌入式控制节点

5.2 以太网的物理连接与数据封装

5.2.1 以太网的物理连接

5.2.2 以太网的帧格式

5.2.3 以太网的数据封装

5.3 TCP/IP协议组

5.3.1 TCP/IP协议组的构成

5.3.2 IP协议

5.3.3 用户数据报协议

5.3.4 传输控制协议TCP

5.4 实时以太网

5.4.1 实时以太网及其通信参考模型

5.4.2 实时以太网的介质访问控制

5.4.3 IEEE1588精确时间同步协议

5.5 PROFINET

5.5.1 PROFINET的网络连接

5.5.2 IO设备模型及其数据交换

5.5.3 组件模型及其数据交换

5.5.4 PROFINET通信的实时性

5.5.5 PROFINET与其他现场总线系统的集成

5.5.6 PROFINET的IP地址管理与数据集成

5.6 高速以太网HSE

5.6.1 HSE的系统结构

5.6.2 HSE与现场设备间的通信

5.6.3 HSE的柔性功能块

5.6.4 HSE的链接设备

练习题

第6章 PROFIBUS/

6.1 PROFIBUS概述

6.1.1 PROFIBUS的三个子集

6.1.2 PROFIBUSDP的三个版本

6.1.3 PROFIBUS的通信参考模型

6.1.4 PROFIBUS的主站与从站

6.1.5 PROFIBUS总线访问控制的特点

6.2 PROFIBUS的通信协议

6.2.1 PROFIBUS的物理层及其网络连接

6.2.2 PROFIBUS的数据链路层协议

6.2.3 PROFIBUS的MAC协议

6.3 PROFIBUSDP

6.3.1 PROFIBUSDPV0

6.3.2 PROFIBUSDP的GSD文件

6.3.3 PROFIBUSDPV1

6.3.4 PROFIBUSDPV2介绍

6.4 PROFIBUS站点的开发与实现

6.4.1 PROFIBUS的站点实现

6.4.2 从站的实现方案

6.4.3 主站的实现方案

6.4.4 PROFIBUS的网络监听器

6.5 PROFIBUSPA

6.5.1 PROFIBUSPA的基本特点

6.5.2 DP/PA的连接

练习题

第7章 LonWorks总线/

7.1 LonWorks总线的技术概述

7.1.1 LonWorks总线的技术组成

7.1.2 LonWorks节点

7.1.3 路由器(router)

7.1.4 LonWorks的Internet连接设备

7.1.5 网络管理

7.1.6 通信端口

7.2 LonTalk通信协议

7.2.1 LonTalk协议概述

7.2.2 LonTalk的物理层

7.2.3 LonTalk的网络地址

7.2.4 LonTalk的MAC子层

7.2.5 LonTalk协议的网络层

7.2.6 LonTalk协议的传输层和会话层

7.2.7 LonTalk协议的表示层和应用层

7.2.8 LonTalk协议的网络管理和网络诊断

7.2.9 LonTalk协议的报文服务

7.3 收发器与路由器

7.3.1 双绞线收发器

7.3.2 电力线收发器

7.3.3 其他类型介质

7.3.4 路由器

7.4 LonMark对象与网络变量

7.4.1 LonMark对象和功能模式

7.4.2 配置属性

7.4.3 网络变量

7.4.4 LonMark程序ID

7.5 LonWorks节点开发工具

7.5.1 LonBuilder多节点开发工具

7.5.2 NodeBuilder节点开发工具

7.6 LNS网络操作系统与网络工具

7.6.1 网络操作系统LNS

7.6.2 LNS网络工具

练习题

第8章 几种现场总线技术简介/

8.1 Modbus

8.1.1 Modbus通信参考模型

8.1.2 串行链路的主从通信

8.1.3 站点状态与时序

8.1.4 RTU传输模式

8.1.5 ASCII串行传输模式

8.1.6 ModbusTCP/IP应用数据单元

8.2 CAN总线

8.2.1 CAN总线的特点

8.2.2 CAN的通信参考模型

8.2.3 CAN总线报文帧的类型与结构

8.2.4 CAN的通信控制器与相关芯片

8.3 DeviceNet

8.3.1 DeviceNet技术简介

8.3.2 DeviceNet的物理层和物理媒体

8.3.3 DeviceNet的对象模型

8.3.4 DeviceNet的连接与连接标识

8.3.5 DeviceNet的通信方式

8.3.6 DeviceNet的设备描述

8.4 无线短程、低速数据通信技术ZigBee

8.4.1 ZigBee的技术特点

8.4.2 ZigBee的通信参考模型

8.4.3 ZigBee的设备类型

8.4.4 ZigBee的网络拓扑结构

8.4.5 ZigBee的设备地址、寻址与路由

8.4.6 ZigBee的应用系统

8.5 现场总线的选择

练习题

主要参考文献

现场总线技术是近年来测量控制领域十分活跃的一项新技术。本书从介绍与现场总线技术相关的基本术语、基础知识开始，较为详细地阐述了基金会现场总线FF、PROFIBUS、工业以太网、LonWorks现场总线技术的概貌，并简要讨论了Modbus、CAN、DeviceNet以及ZigBee无线短程数据通信技术。全书围绕解决现场总线控制网络在开放性、实时性、互操作性、环境适应性等方面面临的问题，讨论多种现场总线在通信参考模型、介质访问控制方式等方面的特点，以及构成现场总线节点与控制网络的应用技术。本书是全国工程硕士研究生的核心教材，其内容也适合大专院校自动化、仪表专业的师生作为教学参考书，还可作为现场总线系统设计、产品开发与应用系统技术人员的培训教材。