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第1章 概述 1

1．1 现场总线的基本概念 1

1．1．1 现场总线的由来 1

1．1．2 现场总线的定义 4

1．2 现场总线的特点 5

1．2．1 现场总线的基本特性 5

1．2．2 现场总线与IT计算机网络技术的区别 7

1．3 现场总线的现状 8

1．3．1 现场总线国际标准 9

1．3．2 造成多个标准共存的原因 13

1．3．3 现场总线标准的共性与分类 13

1．4 现场总线的未来 14

1．4．1 积极推动单一现场总线国际标准的制订 15

1．4．2 从冲突走向合作 15

习题 17

第2章 数据通信基础 18

2．1 通信模型 18

2．2 数据传输 19

2．2．1 数据传输的基本术语 19

2．2．2 传输模式 21

2．2．3 传输损伤 24

2．3 传输媒体 29

2．3．1 有线传输媒体 29

2．3．2 无线传输 33

2．4 传输数据编码 35

2．4．1 模拟信号传输数字数据 35

2．4．2 数字信号传输数字数据 36

2．4．3 模拟信号传输模拟数据 38

2．4．4 数字信号传输模拟数据 38

2．5 数据通信接口 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 差错检测与校正 52

2．6．1 奇偶检验码 53

2．6．2 CRC检验码 54

2．6．3 差错控制机制 56

2．7 多路复用技术 57

2．7．1 频分复用 57

2．7．2 时分复用 58

习题 59

第3章 现场总线体系结构 61

3．1 网络体系结构概述 62

3．1．1 网络协议及分层的概念 62

3．1．2 开放系统互连参考模型的制定 63

3．2 开放系统互连参考模型中的若干重要概念 65

3．2．1 各层的主要功能 65

3．2．2 开放系统互连环境 67

3．2．3 服务、协议与服务访问点 68

3．2．4 信息传送单元 70

3．2．5 服务原语 72

3．2．6 面向连接服务与无连接服务 73

3．2．7 源／目的与生产者／用户网络传输模式 74

3．3 现场总线体系结构的建立及特点 75

3．3．1 工业通信网络的特殊性 75

3．3．2 现场总线的组成要素 76

3．3．3 现场总线通信模型 78

3．4 现场总线网络的拓扑结构 84

3．4．1 总线型结构 84

3．4．2 星型结构 84

3．4．3 环型结构 85

3．4．4 树型结构 85

3．4．5 菊花链型结构 85

3．4．6 网状结构 86

习题 86

第4章 媒体访问控制技术 88

4．1 媒体访问控制技术概述 88

4．2 集中控制型受控访问方法 90

4．2．1 轮叫探询的性能分析 90

4．2．2 传递探询的性能分析 93

4．3 ALOHA随机访问方法 94

4．3．1 纯ALOHA 94

4．3．2 时隙ALOHA 98

4．3．3 预约ALOHA 100

4．4 CSMA随机访问方法 102

4．4．1 CSMA原理和基本类型 102

4．4．2 时隙非持续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 物理环访问方法 112

4．5．1 令牌环访问方法 113

4．5．2 令牌环访问方法性能估计 115

4．5．3 时间片环与寄存器插入环访问方法 116

4．6 令牌总线访问方法 121

4．6．1 令牌总线原理 121

4．6．2 令牌总线访问方法性能分析 126

4．6．3 两种总线型访问方法的比较 127

习题 129

第5章 输入输出位传输现场总线 130

5．1 位传输总线概述 130

5．2 汽车总线的分类 130

5．3 CAN总线体系结构及协议标准 131

5．3．1 CAN总线及其基本特点 131

5．3．2 CAN总线的体系结构 132

5．3．3 CAN报文格式 133

5．3．4 帧编码及其发送／接收 138

5．3．5 总线访问 139

5．3．6 错误检测与错误处理 140

5．3．7 位定时与同步 142

5．3．8 CAN总线的电气连接 144

5．4 CAN控制器 145

5．4．1 CAN控制器选型 145

5．4．2 CAN控制器SJA1000 146

5．4．3 CAN控制器MCP2515 152

5．5 CAN总线收发器 160

5．5．1 CAN总线收发器TJA1050 160

5．5．2 CAN总线收发器MCP2551 162

5．6 CAN节点的实现 162

5．6．1 CAN节点硬件构成 162

5．6．2 CAN节点通信程序设计 163

5．7 CAN总线应用系统设计 168

5．7．1 CAN总线应用系统的一般组成 169

5．7．2 CAN总线网络设计步骤 169

5．7．3 CAN报文格式分析工具-CANscope 170

5．7．4 工具软件CANoe 173

5．7．5 车身电子系统CAN总线通信网络设计 178

5．8 CAN与其他位传输总线的比较 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 位传输总线主要特性比较表 188

习题 189

第6章 设备现场总线 191

6．1 设备现场总线概述 191

6．2 Profibus总线的产生及特点 191

6．2．1 Profibus发展历程 191

6．2．2 Profibus的特点 192

6．3 Profibus总线体系结构 193

6．3．1 物理层及物理连接 194

6．3．2 现场总线数据链路层 197

6．3．3 应用层 202

6．3．4 用户层与设备行规 206

6．3．5 Profibus-FMS／DP／PA协议的异同点 209

6．4 Profibus产品开发 209

6．4．1 开发方案与流程 209

6．4．2 Profibus芯片说明 210

6．4．3 Profibus-DP主／从站通信接口板 214

6．4．4 GSD文件 216

6．4．5 Profibus设备设计实例 217

6．5 Profibus现场总线控制系统应用 226

6．5．1 Profibus控制系统项目设计 226

6．5．2 Profibus应用实例 227

6．6 Profibus与其他设备现场总线的比较 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 设备现场总线的主要特性比较表 238

习题 239

第7章 狭义现场总线 240

7．1 狭义现场总线概述 240

7．2 基金会现场总线种类及体系结构 241

7．2．1 H1与HSE之间的区别 241

7．2．2 基金会现场总线的体系结构 242

7．3 FF-H1物理层 244

7．4 FF-H1通信栈 244

7．4．1 数据链路层 244

7．4．2 现场总线访问子层 250

7．4．3 现场总线报文规范层 256

7．5 FF-H1用户层 261

7．5．1 功能模块的概念与分类 261

7．5．2 模块参数 263

7．5．3 功能块服务 270

7．5．4 功能块链接 270

7．5．5 功能块应用进程 272

7．5．6 功能块的应用 273

7．6 网络管理 276

7．6．1 网络管理者与网络管理代理 276

7．6．2 网络管理代理的虚拟现场设备 277

7．6．3 NMA对象与相应的对象服务 277

7．6．4 通信实体 278

7．7 系统管理 279

7．7．1 系统管理内核 280

7．7．2 系统管理信息库及其访问 281

7．7．3 SMK状态 282

7．7．4 系统管理服务及作用过程 283

7．8 FF-H1现场总线的组态与启动运行 286

7．8．1 组态的层次与组态信息 287

7．8．2 系统的启动运行 289

7．8．3 装载LAS调度表与组态更新 290

7．9 基金会现场总线控制系统的设计 290

7．9．1 FF控制系统的结构 290

7．9．2 FF控制系统的设计步骤 292

7．9．3 FF应用实例 295

习题 295

第8章 工业以太网 297

8．1 工业以太网概述 297

8．2 工业以太网体系结构 299

8．2．1 工业以太网通信模型 299

8．2．2 Ethernet体系结构简介 300

8．2．3 TCP／IP协议族 302

8．2．4 互可操作性与应用层协议 313

8．3 工业以太网基本特性 313

8．3．1 工业以太网拓扑结构 313

8．3．2 工业以太网传输媒体 315

8．3．3 工业与商用以太网设备之间的区别 316

8．3．4 工业以太网通信实时性的实现方法探讨 316

8．4 高速以太网现场总线FF-HSE 319

8．4．1 FF-HSE概况 319

8．4．2 FF-HSE体系结构 320

8．4．3 FF-HSE设备类型及其冗余连接 324

8．5 FF-HSE与其他工业以太网的比较 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 工业以太网应用 335

习题 335

第9章 现场总线控制系统的设计与集成 337

9．1 企业信息网的一般组成 337

9．1．1 企业信息网的基本概念 337

9．1．2 企业信息网的设计内容 339

9．1．3 企业信息网的数据库系统 342

9．2 现场总线控制系统的一般设计应用过程 345

9．2．1 现场总线控制系统的设计原则 345

9．2．2 FCS的网络设计和控制实现 346

9．2．3 FCS软件开发与组态 348

9．2．4 FCS的运行、维护与故障诊断 350

9．3 现场总线控制系统的集成技术 351

9．3．1 连接设备的应用 352

9．3．2 OPC技术 352

习题 356

参考文献 357

附录A 排队系统基础 359

A．1 稳定状态下的数据流 359

A．1．1 李特尔定律 359

A．1．2 通信量强度 360

A．2 M／G／1排队模型 361

A．2．1 泊松过程 362

A．2．2 扑拉切克-辛钦公式 362

附录B IEEE 802标准 365

附录C CAPL语言简介 367

C．1 数据类型 367

C．2 控制信息访问 367

C．3 重要CAPL函数 367