前　言
第 1 章　現(xiàn)場總線緒論1
1.1　現(xiàn)場總線概述 .1
1.1.1　現(xiàn)場總線產(chǎn)生背景 1
1.1.2　現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.1.3　現(xiàn)場總線未來趨勢 2
1.2　現(xiàn)場總線簡介 .3
1.2.1　現(xiàn)場總線的概念 3
1.2.2　現(xiàn)場總線的通信協(xié)議 4
1.2.3　現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu) 5
1.2.4　現(xiàn)場總線的技術(shù)特征 5
1.3　典型現(xiàn)場總線 .6
1.4　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 9
1.4.1　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的定義 9
1.4.2　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 10
1.4.3　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點.11
1.5　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的分類 12
1.5.1　具有 2 層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線
　　　控制系統(tǒng).12
1.5.2　具有 3 層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線
　　　控制系統(tǒng).13
1.5.3 DCS 擴充而成的現(xiàn)場總線
　　　控制系統(tǒng).13
思考題 14
第 2 章　現(xiàn)場總線通信技術(shù)基礎(chǔ) 15
2.1　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) .15
2.2　數(shù)據(jù)通信模型 .16
2.2.1 OSI 參考模型16
2.2.2 OSI 參考模型的各層功能. 16
2.3　通信數(shù)據(jù)編碼 .18
2.3.1　數(shù)字編碼波形 18
2.3.2　模擬編碼波形 19
2.4　總線拓撲結(jié)構(gòu) .20
2.4.1　總線型拓撲結(jié)構(gòu) 20
2.4.2　樹形拓撲結(jié)構(gòu) 21
2.4.3　星形拓撲結(jié)構(gòu) 21
2.4.4　環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu) 21
2.5　訪問控制方式 .22
2.5.1　主從方式.22
2.5.2　沖突檢測和逐位仲裁方式 22
2.5.3　令牌環(huán)方式.24
2.5.4　令牌總線方式 24
2.6　數(shù)據(jù)傳輸方式分類 25
2.6.1　按數(shù)據(jù)傳輸順序分類 25
2.6.2　按字符同步方式分類 26
2.6.3　按數(shù)據(jù)流向和時間關(guān)系分類 27
2.6.4　按傳輸信號頻帶分類 27
2.7　數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì) .28
2.7.1　有線傳輸介質(zhì) 28
2.7.2　無線傳輸介質(zhì) 30
2.8　傳輸差錯控制 .31
2.8.1　傳輸差錯檢測 31
目　　錄　 V
2.8.2　傳輸差錯校正 33
2.9　通信系統(tǒng)性能指標 35
2.9.1　有效性指標.35
2.9.2　可靠性指標.36
2.9.3　通信信道的頻率特性 37
2.9.4　信號帶寬與介質(zhì)帶寬 37
2.9.5　信噪比對信道容量的影響 38
思考題 39
第 3 章　FF 總線技術(shù)與應(yīng)用 40
3.1 FF 總線概述40
3.2 FF 總線通信協(xié)議40
3.2.1 FF 總線參考模型. 40
3.2.2 FF 總線通信數(shù)據(jù). 42
3.3 FF 總線的主要形式. 43
3.3.1 FF-H1 總線 .43
3.3.2 FF-H2 總線 .44
3.3.3 HSE 總線.45
3.4 FF-H1 總線通信模型. 45
3.4.1 OSI 通信模型45
3.4.2 VCR 虛擬通信關(guān)系. 45
3.5 FF-H1 總線物理層. 47
3.5.1 31.25kbit/s 現(xiàn)場總線. 47
3.5.2 31.25kbit/s 現(xiàn)場總線信號. 47
3.5.3 31.25kbit/s 現(xiàn)場總線布線. 48
3.5.4　本質(zhì)安全現(xiàn)場總線布線 49
3.6 FF-H1 總線數(shù)據(jù)鏈路層. 49
3.6.1　通信設(shè)備類型 49
3.6.2　受調(diào)度通信.50
3.6.3　非調(diào)度通信.50
3.6.4　鏈路活動調(diào)度 51
3.6.5　數(shù)據(jù)鏈路維護 51
3.6.6　數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元 . 52
3.6.7　數(shù)據(jù)傳輸方式 52
3.7 FF-H1 總線應(yīng)用層. 54
3.7.1　現(xiàn)場總線訪問子層 54
3.7.2　現(xiàn)場總線報文規(guī)范 59
3.8 FF 總線應(yīng)用設(shè)計63
3.8.1 FF 總線應(yīng)用需求. 63
3.8.2 FF 總線的設(shè)計和組態(tài). 65
3.8.3 FF 總線的安裝和測試. 66
3.8.4 FF 總線的設(shè)備調(diào)試. 66
3.8.5 FF 總線使用問題分析. 67
3.9 FF 總線在石化領(lǐng)域的應(yīng)用. 67
3.9.1 FF 總線乙烯工程項目. 67
3.9.2 FF 總線項目的優(yōu)點. 70
思考題 70
第 4 章　PROFIBUS 總線技術(shù)與應(yīng)用. 71
4.1 PROFIBUS 總線概述 71
4.1.1 PROFIBUS 總線背景 71
4.1.2 PROFIBUS 總線分類 72
4.2 PROFIBUS 總線通信模型 72
4.2.1 PROFIBUS 總線結(jié)構(gòu) 72
4.2.2 PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu) 73
4.3 PROFIBUS 總線物理層 76
4.4 PROFIBUS 總線數(shù)據(jù)鏈路層 76
4.4.1 PROFIBUS 總線存取協(xié)議 76
4.4.2 PROFIBUS 總線存取協(xié)議特點 77
4.4.3 PROFIBUS 傳輸服務(wù)和報文格式 78
4.5 PROFIBUS-DP 總線 79
4.5.1 PROFIBUS-DP 的基本功能 79
VI 現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
4.5.2 PROFIBUS-DP 的擴展功能 82
4.5.3 PROFIBUS-DP 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 84
4.6 PROFIBUS-PA 總線 85
4.6.1 PROFIBUS-PA 的基本功能 85
4.6.2 PROFIBUS-PA 的設(shè)備行規(guī) 85
4.6.3 PROFIBUS-PA 總線的特性 85
4.7 PROFIBUS-FMS 總線. 86
4.7.1 PROFIBUS-FMS 的基本功能. 86
4.7.2 PROFIBUS-FMS 應(yīng)用層. 86
4.7.3 PROFIBUS-FMS 通信模型. 86
4.7.4　通信對象和通信字典 87
4.7.5 PROFIBUS-FMS 服務(wù). 87
4.7.6 PROFIBUS-FMS 與 PROFIBUS-DP 的
　　　連接.87
4.8 PROFIBUS 行規(guī)和 GSD 文件 87
4.8.1　通用應(yīng)用行規(guī) 87
4.8.2　專用應(yīng)用行規(guī) 90
4.8.3 GSD 文件91
4.9 PROFIBUS 配置及設(shè)備選型 92
4.9.1 PROFIBUS 系統(tǒng)的規(guī)劃 92
4.9.2 PROFIBUS 系統(tǒng)的組成 92
4.9.3 PROFIBUS 系統(tǒng)的配置 93
4.9.4　全廠自動化系統(tǒng)的集成 94
4.9.5 PROFIBUS 系統(tǒng)的設(shè)備選型 94
4.9.6 PROFIBUS 系統(tǒng)軟件 97
4.9.7 PROFIBUS 應(yīng)考慮的問題 98
4.10 PROFIBUS 總線在監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用 98
4.10.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu).99
4.10.2　系統(tǒng)特點.102
思考題 102
第 5 章　CAN 總線技術(shù)與應(yīng)用. 103
5.1 CAN 總線概述103
5.2 CAN 總線通信模型. 104
5.2.1 CAN 協(xié)議結(jié)構(gòu). 104
5.2.2　報文傳送與幀結(jié)構(gòu) 105
5.2.3　錯誤類型與界定 109
5.2.4　位定時與同步要求.111
5.2.5　電氣連接與通信距離.112
5.3　典型 CAN 控制器.113
5.3.1 SJA1000 特點 .113
5.3.2 SJA1000 引腳 .114
5.3.3 SJA1000 結(jié)構(gòu) .115
5.4　典型 CAN 收發(fā)器.116
5.4.1 PCA82C 收發(fā)器116
5.4.2 TJA1050 收發(fā)器 .118
5.4.3 CAN 總線通信節(jié)點. 120
5.5　嵌入 CAN 控制器 P8xC591 122
5.5.1 P8xC591 特點 122
5.5.2 P8xC591 引腳 123
5.5.3 P8xC591 結(jié)構(gòu) 125
5.5.4 P8xC591 擴展 126
5.6 CAN 總線系統(tǒng)選型. 128
5.6.1　通信距離與節(jié)點數(shù)量 128
5.6.2　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及總線終端 130
5.7 CAN 總線在測控系統(tǒng)應(yīng)用. 133
5.7.1　基于 MCU 的 CAN 總線應(yīng)用. 133
5.7.2　基于 USB 的 CAN 總線應(yīng)用 136
思考題 141
第 6 章　DeviceNet 總線技術(shù)與應(yīng)用. 142
6.1 DeviceNet 總線概述 142
目　　錄　 VII
6.2 DeviceNet 通信模型 143
6.2.1 DeviceNet 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 143
6.2.2 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)參考模型 145
6.3　控制與信息協(xié)議（CIP）. 147
6.3.1 CIP 簡介147
6.3.2 CIP 主要特點. 148
6.3.3 CIP 對象151
6.3.4 CIP 對象庫152
6.3.5 CIP 設(shè)備描述. 153
6.4 DeviceNet 報文協(xié)議 154
6.4.1 DeviceNet 報文分組 154
6.4.2 DeviceNet 報文協(xié)議 157
6.5 DeviceNet 對象模型 160
6.6 DeviceNet 設(shè)備描述 162
6.7 DeviceNet 設(shè)備選型 162
6.8 DeviceNet 設(shè)備設(shè)計 163
6.9 DeviceNet 總線在控制系統(tǒng)應(yīng)用 165
思考題 166
第 7 章　ControlNet 總線技術(shù)與應(yīng)用 167
7.1 ControlNet 總線概述 . 167
7.2 ControlNet 通信模型 . 168
7.2.1 ControlNet 總線拓撲結(jié)構(gòu). 168
7.2.2 ControlNet 參考模型. 169
7.3 ControlNet 物理層 . 170
7.3.1 ControlNet 物理層協(xié)議. 170
7.3.2 ControlNet 傳輸介質(zhì). 170
7.4 ControlNet 數(shù)據(jù)鏈路層 . 172
7.4.1　數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議簡介 172
7.4.2　媒體訪問控制（MAC）子層協(xié)議 173
7.4.3　邏輯鏈路控制（LLC）子層協(xié)議 174
7.5 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層 . 175
7.6 ControlNet 對象模型 . 176
7.7 ControlNet 設(shè)備描述 . 177
7.8 ControlNet 設(shè)備選型 . 177
7.9 ControlNet 設(shè)備開發(fā) . 178
7.10 ControlNet 總線在電解系統(tǒng)應(yīng)用 . 179
思考題 181
第 8 章　Modbus 總線技術(shù)與應(yīng)用 182
8.1 Modbus 總線概述 182
8.2 Modbus 通信模型 182
8.2.1 Modbus 拓撲結(jié)構(gòu) 182
8.2.2　網(wǎng)絡(luò)參考模型 183
8.2.3　查詢回應(yīng)周期 184
8.3 Modbus 傳輸方式 185
8.3.1　數(shù)據(jù)幀格式.185
8.3.2　數(shù)據(jù)通信模式（ASCII/RTU/TCP） . 190
8.4 Modbus 通信信息 192
8.4.1　設(shè)備地址域.192
8.4.2　功能代碼域.192
8.4.3　通信數(shù)據(jù)域.193
8.4.4　錯誤檢測域.193
8.4.5　字符連續(xù)傳輸 193
8.5　錯誤檢測方法 .194
8.5.1　奇偶校驗.194
8.5.2 LRC 檢測 195
8.5.3 CRC 檢測195
8.6 Modbus 總線在智能系統(tǒng)應(yīng)用 195
8.6.1　基于 RTU 的智能設(shè)備應(yīng)用 195
8.6.2　基于 TCP/IP 的集成應(yīng)用 197
思考題 199
VIII 現(xiàn)場總線技術(shù)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
第 9 章　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用 200
9.1　工業(yè)以太網(wǎng)簡介 200
9.1.1　工業(yè)以太網(wǎng)概述 200
9.1.2　工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 201
9.1.3　通信非確定性緩解措施 202
9.2　以太網(wǎng)通信模型 203
9.2.1　網(wǎng)絡(luò)參考模型 203
9.2.2　以太網(wǎng)物理層 203
9.2.3 TCP/IP/UDP 協(xié)議組 204
9.2.4 SNMP 209
9.2.5　以太網(wǎng)通信信息 210
9.3　實時以太網(wǎng) .212
9.3.1　實時以太網(wǎng)通信參考模型 212
9.3.2　實時以太網(wǎng)媒體訪問控制 214
9.3.3　精確時間同步協(xié)議（PTP） 215
9.4 PROFINET 總線 216
9.4.1 PROFINET 拓撲結(jié)構(gòu) 216
9.4.2　網(wǎng)絡(luò)參考模型 217
9.4.3 I/O 設(shè)備模型與數(shù)據(jù)交換 217
9.4.4 CBA 組件模型與數(shù)據(jù)交換. 222
9.4.5 PROFINET 通信的實時性 224
9.4.6 PROFINET 總線數(shù)據(jù)集成 225
9.4.7 PROFINET 與其他總線集成 227
9.5 EtherNet/IP 總線 228
9.5.1 EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)參考模型 228
9.5.2 EtherNet/IP 物理層 229
9.5.3 CIP 的對象與標識. 229
9.5.4 EtherNet/IP 報文種類 230
9.5.5 EtherNet/IP 技術(shù)特點 231
9.6 HSE 總線.231
9.6.1 HSE 拓撲結(jié)構(gòu) 231
9.6.2 HSE 網(wǎng)絡(luò)參考模型 231
9.6.3 HSE 柔性功能塊 232
9.6.4 HSE 鏈接設(shè)備 233
9.6.5 HSE 總線特征 234
9.7　工業(yè)以太網(wǎng)在實時系統(tǒng)應(yīng)用 234
9.7.1　嵌入式以太網(wǎng)智能節(jié)點 234
9.7.2　基于 Web 的遠程監(jiān)控系統(tǒng). 235
思考題 237
第 10 章　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集成技術(shù). 238
10.1　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 238
10.1.1　控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)融合 238
10.1.2　基于 FCS 的企業(yè)信息系統(tǒng). 239
10.2　現(xiàn)場總線控制集成技術(shù) 239
10.2.1　網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù) 239
10.2.2 DDE 技術(shù)240
10.2.3 ODBC 技術(shù) 241
10.2.4 OPC 技術(shù) 241
10.2.5 OPC UA 技術(shù). 244
10.3　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組態(tài)技術(shù) 246
10.4　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計 246
10.4.1　基于 DeviceNet 的電動機
控制系統(tǒng).247
10.4.2　基于 ControlNet 的環(huán)境監(jiān)控
系統(tǒng).250
10.5　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集成應(yīng)用 252
10.5.1　基于 EtherNet/IP 的智能
監(jiān)控系統(tǒng).252
10.5.2　基于 OPC UA 的智能制造系統(tǒng) 253
思考題 255
參考文獻25