现场总线技术及应用教程

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IS

3.4.2 MBP和MBPIS

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V0/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V0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V1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i技术及应用

7.1 ASi技术概述

7.1.1 ASi概述

7.1.2 ASi的产生和发展

7.1.3 开发ASi所遵从的一些技术规范

7.1.4 ASi的主要优点

7.1.5 ASi的主要特点（Version 2.0）

7.1.6 ASi的基本组成

7.2 ASi技术解析

7.2.1 ASi的行规

7.2.2 ASi的网络结构

7.2.3 ASi的通信机理

7.2.4 ASi的报文

7.2.5 ASi从站地址设定

7.2.6 ASi主站操作

7.2.7 ASi的工作过程

7.3 ASi的扩展

7.3.1 概述

7.3.2 ASi V2.1从站的编址和ID码

7.3.3 ASi V2.1的模拟量处理功能

7.3.4 外围故障诊断

7.4 ASi的安全工作

7.4.1 ASi安全工作的概念

7.4.2 安全要求类别及标准

7.4.3 ASi安全技术实现原理

7.4.4 ASi安全监测控制器

7.4.5 组态软件Asimon的使用

7.4.6 ASi安全工作举例

7.5 ASi网络的接线和安装要点

7.6 ASi应用举例

7.6.1 实例系统

7.6.2 实例系统

7.6.3 基于ASi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i网络基础实验

A.8ASi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DP报文基本信息速查

B.2DPV0参数化报文信息速查

B.3DPV0组态报文信息速查

B.4DPV0诊断报文信息速查

B.5DPV0扩展诊断报文信息速查

B.6DPV0全局控制报文信息速查

B.7DPV1扩展参数化报文信息速查

B.8DPV1扩展组态报文信息速查

B.9DPV1扩展诊断报文信息速查

B.10DPV1 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

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i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。