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第1章 现场总线技术概述 1

1.1工业自动化技术及控制系统的发展历程 1

1.1.1工业类型的划分 1

1.1.2工业自动化技术及控制系统发展历程概述 1

1.1.3 OPC和IEC61131-3 6

1.2 DCS、 PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别 7

1.2.1三大控制系统的基本要点 7

1.2.2 FCS与DCS的区别 8

1.2.3 PLC、 DCS和FCS之间的融合 9

1.3现场总线基本概念 9

1.3.1现场总线的产生背景 9

1.3.2现场总线的定义 10

1.3.3现场总线的特点 11

1.3.4现场总线的优点 13

1.4现场总线国际标准及其制定过程 14

1.4.1前3版标准 14

1.4.2第4版标准 15

1.4.3配套标准IEC61784 17

1.4.4 IEC 62026 18

1.5现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势 19

1.6工业网络的定义、结构和应用 21

1.6.1工业网络的定义 21

1.6.2现场总线在工业网络中的位置和作用 22

1.6.3工业控制网络的简单分类 25

本章小结 25

习题和思考题 26

第2章 工业网络与通信基础知识 27

2.1工业网络通信基础 27

2.1.1工业数据通信概述 27

2.1.2数据通信的基本概念 28

2.1.3数据编码 29

2.1.4数据传输 31

2.1.5差错控制 35

2.2工业网络物理结构 38

2.2.1网络的传输介质 38

2.2.2工业通信网络的主要拓扑结构 39

2.2.3介质访问控制方式 40

2.3开放系统互连参考模型及网络互连 43

2.3.1 OSI参考模型 43

2.3.2网络互连 48

2.4 OPC技术 50

2.4.1 OPC技术简介 51

2.4.2几种OPC中所使用的微软公司的技术 52

2.4.3 OPC的接口和服务器 54

2.4.4 OPC应用举例 56

本章小结 57

习题和思考题 57

第3章PROFIBUS基础及安装技术 59

3.1 PROFIBUS概述 59

3.1.1 PROFIBUS的发展 59

3.1.2 PROFIBUS的产品认证 60

3.1.3 PROFIBUS的家族成员 61

3.1.4 PROFIBUS系统组成模块 63

3.1.5 PROFIBUS自动化系统解决方案 64

3.1.6 PROFIBUS的协议结构 64

3.2 PROFIBUS基础 67

3.2.1设备类型 67

3.2.2系统配置 67

3.2.3 PROFIBUS系统的基本特点 68

3.2.4 PROFIBUS的网络及规模 68

3.2.5设备地址 69

3.3 PROFIBUS设备集成工具 69

3.3.1 PROFIBUS的GSD文件 69

3.3.2设备管理工具的发展 71

3.4 PROFIBUS传输技术 74

3.4.1 RS485和RS484-IS 75

3.4.2 MBP和MBP-IS 76

3.4.3光纤 80

3.4.4无线传输 80

3.5 PROFIBUS DP安装技术 81

3.5.1 DP网络接线 81

3.5.2 DP网络布局及终端电阻使用举例 86

3.5.3现场安装 88

3.6 PROFIBUS PA安装技术 91

3.6.1 PA网络结构 91

3.6.2 PA网络接线及布局 92

3.6.3 PROFIBUS PA网络设计举例 95

3.7危险区域的安装技术 98

3.7.1本质安全概念 98

3.7.2 FISCO 99

3.7.3大功率主干网络 100

3.7.4 FISCO在系统设计中的应用 100

3.8组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统 102

3.8.1系统组成及架构 102

3.8.2组态过程 102

3.8.3系统运行 107

本章小结 109

本章实验建议 109

习题和思考题 109

第4章PROFIBUS通信技术及DP-V0/ V1 114

4.1数据链路层 115

4.1.1介质访问控制方式 115

4.1.2数据传输服务 115

4.2应用层 118

4.2.1应用关系 118

4.2.2 PROFIBUS版本的发展 120

4.3行规 122

4.3.1应用行规 123

4.3.2系统行规 124

4.3.3几种主要的行规介绍 125

4.4 PA行规 127

4.4.1概述 127

4.4.2 PA装置中的块模型 128

4.4.3 PA行规中的信号链 130

4.4.4 PA设备中的数据及其表示方法 131

4.5主站和从站的工作过程 134

4.5.1主站的工作过程 134

4.5.2主站的工作模式 135

4.5.3从站的工作过程 135

4.6设备功能及其之间的通信 136

4.6.1各种设备的功能 136

4.6.2设备之间的通信 137

4.7 PROFIBUS DP报文类型 139

4.8 DP-V0报文详解 141

4.8.1参数设置请求及响应报文 141

4.8.2组态请求及响应报文 143

4.8.3诊断请求及响应报文 146

4.8.4数据交换报文 151

4.8.5全局控制报文 152

4.9 DP-V1报文详解 155

4.9.1参数设置报文 155

4.9.2组态报文 157

4.9.3诊断报文 158

4.9.4非循环通信MS1报文 162

4.9.5非循环通信MS2报文 168

4.10总线和信息的循环时间及估计 173

4.10.1有关总线时间的一些术语 173

4.10.2循环时间及估计 174

本章小结 175

本章实验建议 176

习题和思考题 176

第5章PROFINET基础及安装技术 179

5.1以太网和IEEE 802.3 180

5.1.1以太网的产生 180

5.1.2以太网的物理层 181

5.1.3以太网的数据链路层 185

5.1.4用于以太网的几个功能 190

5.1.5以太网中使用的主要设备 191

5.2因特网与TCP/IP 192

5.2.1概述 192

5.2.2 TCP/IP各层的功能 195

5.3工业以太网和实时以太网 201

5.3.1工业以太网 201

5.3.2实时工业以太网 202

5.4 PROFINET基础 203

5.4.1概述 203

5.4.2 PROFINET的市场情况 204

5.4.3 PROFINET和PROFIBUS的主要区别 205

5.4.4 PROFINET的组成 206

5.4.5 PROFINET的通信协议模型 207

5.4.6 GSD文件 207

5.4.7 PROFINET IO设备类型 208

5.4.8 PROFINET的一致性分类 209

5.4.9从系统组态到运行的工作过程 209

5.5 PROFINET安装技术 211

5.5.1网络结构 211

5.5.2电气网络传输介质和连接 213

5.5.3光缆及其连接 218

5.5.4网络部件 220

5.6组态一个简单的PROFINET网络 220

5.6.1系统组成及架构 220

5.6.2组态过程 221

5.6.3系统运行 225

本章小结 228

习题和思考题 228

第6章PROFINET技术 230

6.1 PROFINET实时通信技术 230

6.1.1通信等级 230

6.1.2通信通道模型 231

6.1.3循环数据交换原理 233

6.1.4等时同步实时通信 234

6.2 PROFINET IO 238

6.2.1概述 238

6.2.2 IO设备模型 238

6.2.3数据元素 240

6.2.4应用关系 240

6.2.5通信关系 241

6.2.6通信路径及使用的协议 246

6.2.7主要报文的帧结构 248

6.2.8名称和地址分配及报文 251

6.2.9系统启动及连接建立过程 256

6.2.10报警处理及相关报文 276

6.2.11 Read/Write服务及报文 280

6.2.12网络诊断和管理 283

6.3 PROFINET CBA 285

6.3.1概述 285

6.3.2工艺技术模块和组件模型 286

6.3.3现场设备结构 286

6.3.4 PROFINET CBA的通信 287

6.3.5 PROFINET CBA的使用过程 289

本章小结 290

习题和思考题 290

第7章AS-i技术及应用 292

7.1 AS-i技术概述 292

7.1.1 AS-i概述 292

7.1.2 AS-i的产生和发展 293

7.1.3开发AS-i所遵从的一些技术规范 294

7.1.4 AS-i的主要优点 294

7.1.5 AS-i的主要特点（Version 2.0 ） 296

7.1.6 AS-i的基本组成 296

7.2 AS-i技术解析 299

7.2.1 AS-i的行规 299

7.2.2 AS-i的网络结构 301

7.2.3 AS-i的通信机理 304

7.2.4 AS-i的报文 305

7.2.5 AS-i从站地址设定 307

7.2.6 AS-i主站操作 308

7.2.7 AS-i的工作过程 308

7.3 AS-i的扩展 310

7.3.1概述 310

7.3.2 AS-i V2.1从站的编址和ID码 311

7.3.3 AS-i V2.1的模拟量处理功能 314

7.3.4外围故障诊断 315

7.4 AS-i的安全工作 316

7.4.1 AS-i安全工作的概念 316

7.4.2安全要求类别及标准 317

7.4.3 AS-i安全技术实现原理 318

7.4.4 AS-i安全监测控制器 320

7.4.5组态软件Asimon的使用 322

7.4.6 AS-i安全工作举例 324

7.5 AS-i网络的接线和安装要点 325

7.6 AS-i应用举例 326

7.6.1实例系统1 326

7.6.2实例系统2 328

7.6.3基于AS-i的传送带控制系统 332

本章小结 341

习题和思考题 341

第8章 现场总线技术应用综合举例 343

8.1使用现场总线技术应考虑的几个问题 343

8.1.1为什么要选用现场总线技术 343

8.1.2现场总线技术最适合什么场合使用 344

8.1.3选择什么样的现场总线技术 345

8.1.4如何设计现场总线控制系统 346

8.2现场总线技术应用综合举例 348

8.2.1烟厂制丝线现场总线控制系统 349

8.2.2纺织生产过程信息集成及处理系统 353

8.2.3制冷站监控系统改造 356

8.2.4 PROFIBUS PA简单系统举例 358

本章小结 365

习题和思考题 365

第9章 标准工业控制编程语言IEC61131-3 366

9.1 IEC61131-3概述 366

9.1.1 IEC61131产生的原因和发展历程 366

9.1.2 IEC61131-3简介 369

9.1.3 IEC61131-3的突出特点 370

9.2 IEC61131-3编程基础 371

9.2.1程序组织单元POU 371

9.2.2简单语言元素 373

9.2.3数据类型 375

9.2.4变量 379

9.2.5系统配置 382

9.3标准函数及功能块 385

9.3.1标准函数 385

9.3.2标准功能块 388

9.4 IEC61131-3编程语言及使用举例 390

9.4.1梯形图（LD） 390

9.4.2结构化文本（ST） 394

9.4.3指令表（IL） 401

9.4.4顺序功能图（SFC） 405

9.5 IEC61131-3应用实例程序设计 417

9.5.1 FCS底层典型环节 417

9.5.2硬件系统简介 418

9.5.3控制程序设计 418

本章小结 420

习题和思考题 420

附录 423

附录A实验指导书 423

A.1 PROFIBUS DP网络安装技术实验 423

A.2 PROFIBUS DP网络组态及控制实验 425

A.3 PROFIBUS PA组态和控制实验 426

A.4 PROFIBUS DP报文分析实验 427

A.5 PROFINET网络组态及控制实验 428

A.6 PROFINET报文分析实验 429

A.7 AS-i网络基础实验 430

A.8 AS-i网络应用实验 433

A.9 IEC61131-3编程实验1 434

A.10 IEC61131-3编程实验2 435

附录B PROFIBUS常用信息速查表 436

B.1 PROFIBUS-DP报文基本信息速查 436

B.2 DP-V0参数化报文信息速查 437

B.3 DP-V0组态报文信息速查 438

B.4 DP-V0诊断报文信息速查 439

B.5 DP-V0扩展诊断报文信息速查 440

B.6 DP-V0全局控制报文信息速查 441

B.7 DP-V1扩展参数化报文信息速查 442

B.8 DP-V 1扩展组态报文信息速查 443

B.9 DP-V1扩展诊断报文信息速查 444

B.10 DP-V1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查 445

B.11诊断响应报文常用信息速查 446

附录C常用缩略语备查表 447

附录D学习现场总线技术常用网站 452

参考文献 453