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第1章　绪论 1

1.1　工业自动化技术及控制系统的发展历程 1

前言 1

1.2　工业网络的定义、结构和应用 6

1.2.1　工业网络的定义 6

1.2.2　现场总线在工业网络中的位置和作用 7

本章小结 11

思考题与练习题 11

2.1.1　工业数据通信概述 12

第2章　工业网络与通信基础知识 12

2.1　工业网络通信基础 12

2.1.2　数据通信的基本概念 13

2.1.3　数据编码 14

2.1.4　数据传输 16

2.1.5　差错控制 19

2.2　工业网络物理结构 22

2.2.1 网络的传输介质 22

2.2.2　工业通信网络的主要拓扑结构 24

2.2.3　介质访问控制方式 25

2.3.1　OSI参考模型 28

2.3　开放系统互连参考模型及网络互连 28

2.3.2　网络互连 32

2.3.3　现场总线的通信协议模型 35

本章小结 37

思考题与练习题 38

第3章　现场总线技术概述 39

3.1　现场总线的产生背景 39

3.2　现场总线及现场总线控制系统的定义 40

3.3.1　现场总线的结构特点 41

3.3　现场总线的特点 41

3.3.2　现场总线的技术特点 42

3.4　现场总线的优点 43

3.5　现场总线的国际标准及其制定过程 44

3.6　现场总线与IT计算机网络的区别 47

3.7　DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别 49

3.7.1 三大控制系统的基本要点 49

3.7.2　FCS与DCS的区别 50

3.7.3　PLC、DCS和FCS之间的融合 50

3.8.1　现场总线技术的现状和发展趋势 51

3.8　现场总线技术的发展和研究热点 51

3.8.2　现场总线领域的研究和应用热点 52

3.9　几种主要的现场总线技术简介 53

3.9.1 FF 53

3.9.2 WorldFIP 55

3.9.3 INTERBUS 57

3.9.4 CAN 57

3.9.5 LonWorks 59

3.9.6 ControlNet和DeviceNet 61

本章小结 64

思考题与练习题 65

第4章 PROFIBUS概述 66

4.1 PROFIBUS的发展及其成为标准的历程 66

4.2 PROFIBUS家族及其应用 67

4.2.1 PROFIBUS家族成员 67

4.2.2 PROFIBUS工业网络及其应用 68

4.3 PROFIBUS的协议结构 69

4.3.1 协议结构 69

4.3.2　物理层 70

4.3.3　数据链路层 71

4.3.4　应用层 73

4.4　PROFIBUS的行规 75

4.4.1　应用行规 75

4.4.2　系统行规 77

4.4.3　几种主要的行规介绍 77

4.5　PROFIBUS的GSD文件 79

4.6　PROFIBUS的产品认证 81

4.7　PROFIBUS-DP版本的发展 82

4.8　设备管理工具的发展 84

思考题与练习题 86

本章小结 86

第5章　PROFIBUS-DP及DP-V0 88

5.1　PROFIBUS-DP的基本概念 88

5.1.1　传输技术 88

5.1.2　设备类型 89

5.1.3　基本特点 89

5.1.4　总线存取过程 89

5.1.5　系统配置 90

5.1.6　设备地址 91

5.2.3　DP从站 92

5.2.2　2类DP主站 92

5.2.1 1类DP主站 92

5.2　DP各站的功能及通信 92

5.2.4　DP各站之间的通信 93

5.3　DP报文格式 95

5.4　DP主站和从站的工作过程 97

5.4.1　主站工作过程 97

5.4.2　从站工作过程 98

5.5　DP-V0报文详解 99

5.5.1　改变从站地址报文 100

5.5.2　诊断请求及响应报文 100

5.5.3　参数设置请求及响应报文 104

5.5.4　组态请求及响应报文 106

5.5.5　数据交换及全局控制报文 108

5.6　总线和信息的循环时间及估计 112

5.6.1　有关总线时间的一些术语 112

5.6.2　循环时间及估计 113

5.7　PROFIBUS-DP系统的接线及安装 114

5.7.1　PROFIBUS-DP传输技术 114

5.7.2　PROFIBUS-DP中RS485的接线 116

5.7.3　电缆及现场安装 122

5.8.1　系统组成 125

5.8　简单PROFIBUS-DP系统组成及应用举例 125

5.8.2　基于SIEMENS公司主站板卡组成的系统 127

5.8.3　基于Softing公司主站板卡组成的系统 133

本章小结 135

思考题与练习题 136

第6章 PROFIBUS-PA及DP-V1 140

6.1　PROFIBUS-PA概述 140

6.1.1 PA概述 140

6.1.2　PA的技术特点 140

6.2.1 IEC61158-2的特点 141

6.1.3　过程控制使用PA的优点 141

6.2　PROFIBUS-PA的通信协议 141

6.2.2　DP-V1通信协议的特点 142

6.2.3 DP-V1的组成 142

6.3　PROFIBUS-PA的系统结构 143

6.4　PROFIBUS-PA行规 145

6.4.1 概述 145

6.4.2　PA装置中的块模型 145

6.4.3　PA行规中的信号链 147

6.4.4　PA设备中的数据及其表示方法 148

6.5 DP-V1报文详解 150

6.5.1　参数设置报文 151

6.5.2　组态报文 153

6.5.3　诊断报文 153

6.5.4　非循环通信MS1报文 157

6.5.5　非循环通信MS2报文 163

6.6　PROFIBUS-PA的现场安装 169

6.6.1　PA网络的接线 169

6.6.3　PROFIBUS-PA使用的电缆 170

6.6.2　屏蔽与接地 170

6.6.4　PROFIBUS-PA网络设计举例 171

6.7　现场总线本质安全概念 174

6.7.1　本质安全概念 174

6.7.2　FISCO概述 175

6.7.3　FISCO在PROFIBUS-PA系统设计中的应用 176

6.8　FDT/DTM技术及其应用 177

6.8.1 FDT/DTM技术 177

6.8.2　工厂资产管理系统及其应用 178

6.9.1 控制装置简介 179

6.9　PROFIBUS-PA简单系统举例 179

6.9.2　系统组态 181

6.9.3　系统设计 183

6.9.4　系统调试及运行 185

本章小结 186

思考题与练习题 187

第7章　AS-i技术及应用 189

7.1　AS-i技术概述 189

7.1.1　AS-i概述 189

7.1.2　AS-i的产生和发展 190

7.1.3　开发AS-i所遵从的一些技术规范 191

7.1.4　AS-i的主要优点 191

7.1.5　AS-i的主要特点 193

7.1.6　AS-i系统的基本组成 193

7.2　AS-i技术解析 195

7.2.1　AS-i的行规 195

7.2.2　AS-i的网络结构 198

7.2.3　AS-i的通信机理 200

7.2.4　AS-i的报文 202

7.2.6　AS-i主站操作 204

7.2.5　AS-i从站地址设定 204

7.2.7　AS-i的工作过程 205

7.3　AS-i的扩展 207

7.3.1 概述 207

7.3.2　AS-i V2.1从站的编址和ID码 208

7.3.3　AS-i V2.1的模拟量处理功能 211

7.3.4　外围故障诊断 213

7.4　AS-i的安全工作技术 213

7.4.1　AS-i安全工作的概念 213

7.4.2　安全要求类别及标准 214

7.4.3　AS-i安全技术实现原理 215

7.4.4　AS-i安全监测控制器 217

7.4.5　Asimon组态软件的使用 219

7.4.6　AS-i安全工作技术使用举例 221

7.5　AS-i网络的接线和安装要点 　 222

7.6　AS-i应用举例 　 224

7.6.1　实例系统1 224

7.6.2　实例系统2 225

7.6.3　实例系统3 229

7.6.4　基于AS-i的传送带控制系统 230

思考题与练习题 240

本章小结 240

第8章　现场总线技术应用综合举例 242

8.1　使用现场总线技术要考虑的几个问题 242

8.1.1　选用现场总线技术的原因 242

8.1.2　现场总线技术最适合的使用场合 243

8.1.3　选择合适的现场总线 244

8.1.4　组成和设计现场总线控制系统的方法 245

8.2.1　PROFIBUS-DP常用产品介绍 248

8.2　PROFIBUS和AS-i常用产品介绍 248

8.2.2　PROFIBUS-PA常用产品介绍 254

8.2.3　AS-i常用产品介绍 258

8.3　现场总线技术应用综合举例 262

8.3.1 烟厂制丝线现场总线集成控制系统 262

8.3.2　切梗丝机现场总线控制系统 266

本章小结 270

思考题与练习题 270

9.1 以太网和IEEE 802.3 272

9.1.1 以太网的产生 272

第9章 工业以太网和PROFINET 272

9.1.2　以太网的物理层 273

9.1.3　以太网的数据链路层 276

9.1.4　解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施 277

9.2　因特网与TCP/IP 278

9.2.1 概述 278

9.2.2 TCP/IP模型 280

9.2.3　TCP/IP各层的功能 280

9.3.2　需要解决的问题 282

9.3.1　概述 282

9.3　工业以太网 282

9.3.3　工业以太网的现状 283

9.4　PROFINET 285

9.4.1　概述 285

9.4.2　PROFINET的通信 286

9.4.3 PROFINET IO 289

9.4.4　PROFINET CBA 292

本章小结 295

思考题与练习题 296

10.1.1 OPC技术简介 297

第10章 现场总线中使用的OPC技术和IEC 61131-3编程语言 297

10.1 OPC技术 297

10.1.2　几种OPC中使用的微软技术 298

10.1.3　OPC的接口和服务器 300

10.1.4　OPC的应用 302

10.2　IEC 61131-3概述 303

10.2.1 IEC 61131产生的原因和发展历程 304

10.2.2　IEC 61131-3的突出特点 308

10.3　IEC 61131-3编程基础 309

10.3.1　程序组织单元 309

10.3.2　简单语言元素 311

10.3.3　数据类型 313

10.3.4　变量 316

10.3.5　系统配置 319

10.4　IEC 61131-3的标准功能及功能块 322

10.4.1 标准功能 322

10.4.2　标准功能块 326

10.5　IEC 61131-3编程语言及使用举例 328

10.5.1　梯形图 328

10.5.2　结构化文本 331

10.5.3　指令表 340

10.5.4　顺序功能图 343

10.6　IEC 61131-3应用实例程序设计 355

10.6.1 一个典型的现场总线控制系统中的底层实例 355

10.6.2　WAGO 750-833可编程总线控制器简介 356

10.6.3　控制程序设计 357

本章小结 358

思考题与练习题 359

A.1.2　使用设备和装置 361

A.1.1 实验目的 361

A.1　PROFIBUS-DP网络基础实验 361

附录A　实验指导书 　 361

附录　 361

A.1.3　实验内容 362

A.1.4　实验报告要求 363

A.2　PROFIBUS-DP组态和简单调试实验 363

A.2.1 实验目的 364

A.2.2　使用设备和装置 364

A.2.3　实验内容 364

A.2.4　实验报告要求 364

A.3.4　实验报告要求 365

A.3.3　实验内容 365

A.3　PROFIBUS-DP报文分析及故障诊断实验 365

A.3.2　使用设备和装置 365

A.3.1 实验目的 365

A.4　PROFIBUS-DP应用实验1 366

A.4.1　实验目的 366

A.4.2　使用设备和装置 366

A.4.3　实验内容 366

A.5.3　实验内容 367

A.5.2　使用设备和装置 367

A.5.1　实验目的 367

A.5　PROFIBUS-DP应用实验2 367

A.4.4　实验报告要求 367

A.5.4　实验报告要求 368

A.6　PROFIBUS-DP应用实验3 368

A.6.1 实验目的 368

A.6.2　使用设备和装置 368

A.6.3　实验内容 368

A.7.2　使用设备和装置 369

A.7.1　实验目的 369

A.7　PROFIBUS-PA实验 369

A.6.4　实验报告要求 369

A.7.3　实验内容 370

A.7.4　实验报告要求 370

A.8　AS-i网络基础实验 370

A.8.1　实验目的 370

A.8.2　使用设备和装置 371

A.8.3　实验内容 371

A.8.4　实验报告要求 372

A.9.2　使用设备和装置 373

A.9.3　实验内容 373

A.9　AS-i网络应用实验 373

A.9.1　实验目的 373

A.9.4　实验报告要求 374

A.10　IEC 61131-3编程实验1 374

A.10.1 实验目的 374

A.11.1 实验目的 375

A.10.4　实验报告要求 375

A.11 IEC 61131-3编程实验2 375

A.10.3　实验内容 375

A.10.2　使用设备和装置 375

A.11.2　使用设备和装置 376

A.11.3　实验内容 376

A.11.4　实验报告要求 376

附录B　PROFIBUS常用信息速查表 377

B.1　PROFIBUS-DP报文基本信息速查 377

B.2　DP-V0参数化报文信息速查 378

B.3　DP-V0组态报文信息速查 379

B.4　DP-V0诊断报文信息速查 380

B.5　DP-V0扩展诊断报文信息速查 381

B.6　DP-V0全局控制报文信息速查 382

B.7　DP-V1扩展参数化报文信息速查 383

B.8　DP-V1扩展组态报文信息速查 384

B.9　DP-V1扩展诊断报文信息速查 385

B.10　DP-V1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查 386

B.11　诊断响应报文常用信息速查 387

附录C　常用缩略语备查表 388

附录D　学习现场总线技术常用网站网址 393

参考文献 395