現場總線技術及應用（簡體書）

現場總線技術是基於計算機技術、通信技術的自動控制技術。隨著智能化和網絡化技術的快速發展，現場總線技術促進了自動化領域結構的重大變革，在自動化領域中逐步形成了以網絡集成自動化系統為基礎的企業信息系統。現場總線技術加快了新技術的開發和應用，改善了產品質量，降低了成本，極大提高了市場競爭力。 本書以現場總線網絡為基線，重點分析了廣泛應用於製造業自動化、流程工業自動化和樓宇自動化等領域的PROFIBUS和CC-Link總線基本原理和主從站設備，在此基礎上詳細剖析了PROFIBUS和CC-Link網絡系統的構建、運行和數據通信。此外，本書較全面地介紹了目前很有影響力的基金會現場總線、Modbus現場總線、CAN現場總線和LonWorks現場總線的概念、協議標準和應用等。
本書以實踐導向為理念，將“理實一體化”貫穿於全書中，追蹤自動化技術的新發展與新應用，在知識層面和實踐應用上具有一定的前瞻性和延伸性，可作為高等院校自動化專業的教材，也可作為工程技術人員的參考用書。

第1章 現場總線技術概述 1
1.1 現場總線技術的發展 1
1.2 現場總線的結構、本質及特點 5
1.2.1 現場總線的結構 5
1.2.2 現場總線的本質特徵 5
1.3 現場總線標準的發展歷程 6
1.3.1 現場總線的國際標準制定過程 6
1.3.2 IEC61158Ed.4標準的構成 7
1.3.3 我國現場總線標準的制定 7
1.4 現場總線對自動控制系統的
作用及意義 8
1.5 常見的現場總線 8
思考題與練習題 10
第2章 網絡與通信技術基礎 11
2.1 數據通信技術 11
2.1.1 總線基礎 11
2.1.2 數據與信息 12
2.1.3 拓撲結構和傳輸介質 14
2.2 通信系統的協議模型 15
2.2.1 ISO/OSI基本參考模型 15
2.2.2 物理層特性及接口標準 17
2.2.3 數據鏈路層的功能 19
2.3 差錯控制技術 20
2.3.1 奇偶校驗碼 20
2.3.2 循環冗餘碼(CRC) 21
思考題與練習題 22
第3章 CC-Link現場總線 23
3.1 CC-Link概述 23
3.2 Q系列CC-Link現場總線系統的
構建 25
3.2.1 Q系列CC-Link的基本結構 25
3.2.2 主站及本地站模塊QJ61BT11 26
3.2.3 從站模塊FX2N-32CCL 29
3.2.4 遠程I/O模塊 32
3.2.5 具有CC-Link功能的變頻器
內置選件 35
3.3 CC-Link現場總線控制系統
通信結構 39
3.3.1 主站與遠程I/O的通信結構 39
3.3.2 主站與遠程設備站FX2N-32CCL的
通信結構 40
3.3.3 主站與本地站的通信結構 41
3.3.4 主站與變頻器內置選件FR-A7NC的
通信結構 44
3.4 基於LPLC和QPLC的CC-Link
?現場總線應用 45
3.4.1 實訓箱中CC-Link現場總線
網絡系統 46
3.4.2 實訓項目――CC-Link現場
總線控制系統的運行 49
思考題與練習題 57
第4章 PROFIBUS現場總線 59
4.1 PROFIBUS概述 59
4.1.1 PROFIBUS簡介 59
4.1.2 PROFIBUS的組成 61
4.1.3 PROFIBUS的通信參考模型 62
4.1.4 PROFIBUS的主站與從站 63
4.1.5 PROFIBUS總線訪問控制的
特點 63
4.2 PROFIBUS的通信協議 64
4.2.1 PROFIBUS的物理層及其
網絡連接 64
4.2.2 PROFIBUS的數據鏈路層 69
4.2.3 PROFIBUS的MAC協議 71
4.3 PROFIBUS-DP 73
4.3.1 PROFIBUS-DP V0 73
4.3.2 PROFIBUS-DP的GSD文件 76
4.3.3 PROFIBUS-DP V1 77
4.3.4 PROFIBUS-DP V2 79
4.4 PROFIBUS站點的開發與實現 82
4.4.1 PROFIBUS的站點實現 82
4.4.2 PROFIBUS的從站實現方案 88
4.4.3 PROFIBUS的主站實現 89
4.4.4 PROFIBUS系統的初始化過程 90
4.4.5 PROFIBUS系統實現中的
常見錯誤 91
4.4.6 PROFIBUS的網絡監聽器 92
4.5 PROFIBUS-PA 92
4.5.1 PROFIBUS-PA的基本特點 92
4.5.2 PROFIBUS-DP/PA的連接接口 93
4.5.3 PROFIBUS-PA總線的安裝 94
4.6 PROFIBUS-DP的應用 96
4.6.1 CPU集成PROFIBUS-DP接口
連接遠程站ET200S 96
4.6.2 通過PROFIBUS-DP連接
智能從站 100
4.6.3 支持PROFIBUS-DP的
第三方設備通信 105
思考題與練習題 108
第5章 基金會現場總線 109
5.1 基金會現場總線的主要技術特點 109
5.1.1 基金會現場總線的技術內容 109
5.1.2 通信系統的主要組成部分及其
關係 110
5.1.3 H1協議數據的構成與層次 112
5.1.4 FF通信網絡中的虛擬通信關係 112
5.2 H1網段的物理連接 114
5.2.1 H1的物理信號波形 114
5.2.2 H1的信號編碼 115
5.2.3 H1網段的傳輸介質與
拓撲結構 116
5.3 H1網段的鏈路活動調度 118
5.3.1 鏈路活動調度器及其功能 118
5.3.2 通信設備類型 119
5.3.3 鏈路活動調度器的工作過程 119
5.3.4 鏈路時間 121
5.4 H1網段的網絡管理與系統管理 121
5.4.1 網絡管理者與網絡管理代理 121
5.4.2 網絡管理代理的虛擬現場設備 122
5.4.3 通信實體 123
5.4.4 系統管理概述 124
5.4.5 系統管理的作用 126
5.4.6 系統管理信息庫及其訪問 127
5.4.7 SMK狀態 128
5.4.8 系統管理服務和作用過程 129
5.4.9 地址與地址分配 132
5.5 FF的功能塊 133
5.5.1 功能塊的內部結構與
功能塊連接 133
5.5.2 功能塊中的用戶應用模塊 136
5.5.3 功能塊的塊參數 137
5.5.4 功能塊服務 140
5.5.5 功能塊對象字典 141
5.5.6 功能塊應用 143
5.6 設備描述與設備描述語言 144
5.6.1 設備描述 144
5.6.2 設備描述的參數分層 144
5.6.3 設備描述語言 145
5.6.4 設備描述的開發 146
5.6.5 CFF文件 147
5.7 FF通信控制器與網卡 148
5.7.1 FF的通信控制器FB3050 148
5.7.2 基於FB3050的網卡設計 160
5.8 H1的網段配置 163
5.8.1 H1網段的構成 163
5.8.2 網段長度 164
5.8.3 H1網段的接地、屏蔽與
極性 166
思考題與練習題 166
第6章 Modbus現場總線 167
6.1 Modbus協議 167
6.1.1 Modbus協議介紹 167
6.1.2 兩種串行傳輸模式 168
6.1.3 Modbus信息幀 169
6.1.4 錯誤校驗方法 171
6.2 數據和控制功能 172
6.2.1 功能代碼格式 172
6.2.2 控制器支持的功能代碼 174
6.3 Modbus協議在TCP/IP上的實現 186
6.3.1 協議描述 186
6.3.2 功能描述 188
6.3.3 TCP連接管理 190
6.3.4 TCP/IP棧的使用 191
6.3.5 通信應用層 193
思考題與練習題 196
第7章 CAN現場總線 197
7.1 CAN總線的發展歷史 197
7.1.1 CAN總線的特點 198
7.1.2 CAN標準 198
7.2 CAN總線基本原理 201
7.3 CAN總線報文幀結構 202
7.4 CAN通信控制器 210
7.4.1 SJA1000特徵簡介 210
7.4.2 CAN節點結構 211
7.4.3 CAN通信的控制 214
7.4.4 CAN通信的功能 217
7.5 基於 CAN 通信的時間觸發協議 218
7.5.l 時間觸發與通信確定性 218
7.5.2 TT-CAN 219
7.5.3 FTT-CAN 220
7.5.4 TTP/C 220
7.5.5 ByteFlight 221
7.5.6 FlexRay 221
7.5.7 幾種時間觸發協議的性能比較 222
7.6 CAN總線的下層網段――LIN 223
7.6.1 LIN的主要技術特點 223
7.6.2 LIN的通信任務與報文幀類型 223
7.6.3 LIN的報文通信 224
7.6.4 LIN總線的應用 227
7.7 基於CAN總線的汽車控制網絡
?――SAEJ1939 227
7.7.1 SAEJ1939規範 227
7.7.2 SAEJ1939的物理連接與
網絡拓撲 227
7.7.3 SAEJ1939報文幀的格式與
定義 228
7.7.4 ECU的設計說明 230
思考題與練習題 233
第8章 LonWorks現場總線技術 234
8.1 LonWorks技術概述和
?應用系統結構 234
8.1.1 LonWorks控制網絡的
基本組成 235
8.1.2 LonWorks節點 235
8.1.3 LonWorks路由器 236
8.1.4 LonWorks Internet連接設備 236
8.1.5 LonWorks網絡管理 237
8.1.6 LonWorks 技術的性能特點 238
8.2 LonWorks網絡中分散式通信
?控制處理器――神經元芯片 238
8.2.1 處理單元 239
8.2.2 存儲器 239
8.2.3 輸入/輸出 240
8.2.4 通信端口 240
8.2.5 時鐘系統 242
8.2.6 睡眠―喚醒機制 242
8.2.7 Service Pin 242
8.2.8 Watchdog定時器 243
8.3 通信 243
8.3.1 雙絞線收發器 243
8.3.2 電力線收發器 245
8.3.3 路由器 246
8.4 LonTalk協議 249
8.4.1 LonTalk協議概要 249
8.4.2 LonTalk協議結構和相關內容 252
8.4.3 LonTalk的物理層通信協議 253
8.4.4 LonTalk協議的網絡地址
結構及對大網絡的支持 253
8.4.5 LonTalk MAC子層 254
8.4.6 LonTalk 協議的網絡層 256
8.5 面向對象的編程語言 Neuron C 256
8.5.1 定時器 256
8.5.2 網絡變量 257
8.5.3 顯式報文 258
8.5.4 調度程序 258
8.6 LonWorks的互可操作性 258
8.6.1 LonMark協會 259
8.6.2 收發器和物理信道準則 259
8.6.3 應用程序準則 259
8.7 LonWorks節點開發工具 262
8.7.1 多節點開發工具LonBuilder 262
8.7.2 NodeBuilder3節點開發工具 263
8.8 LNS網絡操作系統 264
8.8.1 LNS網絡操作系統概述 264
8.8.2 LNS網絡工具 265
8.9 應用系統 266
8.9.1 LonWorks 技術在樓宇自動化
抄表系統中的應用 266
8.9.2 LonWorks 技術在煉油廠原油
罐區監控系統中的應用 268
8.9.3 LonWorks在某鋁電解廠
槽控機中的應用 269
思考題與練習題 272
附錄 鏈接特殊繼電器和寄存器(SB/SW) 273
參考文獻 288