现场总线与工业以太网及其应用技术pdf电子书版本下载

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第1章 概论 1

1.1 现场总线的产生与发展 1

1.1.1 现场总线的产生 1

1.1.2 现场总线的本质 2

1.1.3 现场总线的特点和优点 3

1.1.4 现场总线的现状 5

1.1.5 现场总线网络的实现 6

1.1.6 现场总线技术的发展趋势 7

1.2 工业以太网的产生与发展 8

1.2.1 以太网引入工业控制领域的技术优势 8

1.2.2 工业以太网与实时以太网 9

1.2.3 IEC 61786-2标准 10

1.2.4 工业以太网技术的发展现状 11

1.2.5 工业以太网技术的发展趋势与前景 13

1.3 现场总线与企业网络 16

1.3.1 企业网络概述 16

1.3.2 企业网络技术 17

1.3.3 企业网络的体系结构 19

1.3.4 企业网络的实现 21

1.3.5 Intranet 24

1.3.6 信息网络与控制网络 27

1.4 流行现场总线简介 30

1.4.1 基金会现场总线 30

1.4.2 PROFIBUS 30

1.4.3 CAN 31

1.4.4 DeviceNet 32

1.4.5 LonWorks 33

1.4.6 ControlNet 34

1.4.7 CC-Link 35

1.4.8 CompoNet 37

1.5 工业以太网简介 41

1.5.1 工业以太网的主要标准 41

1.5.2 IDA 43

1.5.3 Ethernet/IP 43

1.5.4 EtherCAT 45

1.5.5 Ethernet Powerlink 46

1.5.6 PROFINET 46

1.5.7 HSE 51

1.5.8 EPA 52

1.6 netX网络控制器 55

1.6.1 netX系列网络控制器 56

1.6.2 netX系列网络控制器的软件结构 58

1.6.3 netX可用的协议堆栈 59

1.6.4 基于netX网络控制器的产品分类 59

1.6.5 开发工具和测试板 62

1.6.6 设计服务 62

1.6.7 价格模式 63

1.7 习题 63

第2章 控制网络技术 64

2.1 数据通信技术基础 64

2.1.1 数据通信的基本概念 64

2.1.2 通信系统的结构 66

2.1.3 数据的编码技术 67

2.1.4 数据的传输模式 70

2.1.5 数据的通信方式 73

2.1.6 计算机网络及其拓扑结构 75

2.1.7 传输介质 76

2.1.8 介质访问控制方式 78

2.1.9 差错控制编码技术 79

2.2 网络互连技术 83

2.2.1 基本概念 83

2.2.2 网络互连规范 83

2.2.3 网络互连和操作系统 83

2.2.4 现场控制网络互连 84

2.3 网络互连设备 84

2.3.1 中继器 85

2.3.2 网桥 85

2.3.3 路由器 86

2.3.4 网关 86

2.4 通信参考模型 87

2.4.1 OSI参考模型 87

2.4.2 TCP/IP参考模型 90

2.4.3 现场总线的通信模型 92

2.5 习题 93

第3章 通用串行通信接口技术 94

3.1 串行通信技术基础 94

3.1.1 串行通信基本概念 94

3.1.2 串行异步通信数据格式 96

3.2 RS-232C串行通信接口技术 97

3.2.1 RS-232C接口 97

3.2.2 RS-232C通信接口的互连 98

3.2.3 RS-232C驱动器／接收器 98

3.3 RS-485串行通信接口技术 99

3.3.1 RS-485接口 99

3.3.2 RS-485收发器 100

3.3.3 RS-485接口的典型应用 100

3.3.4 RS-485网络互连 101

3.4 Modbus通信协议 103

3.4.1 概述 103

3.4.2 两种传输方式 104

3.4.3 Modbus消息帧 105

3.4.4 错误检测方法 108

3.4.5 Modbus的编程方法 111

3.4.6 PMM2000电力网络仪表Modbus-RTU通信协议 113

3.5 习题 115

第4章 PROFIBUS现场总线 116

4.1 PROFIBUS概述 116

4.2 PROFIBUS的协议结构 118

4.2.1 PROFIBUS-DP的协议结构 118

4.2.2 PROFIBUS-FMS的协议结构 119

4.2.3 PROFIBUS-PA的协议结构 119

4.3 PROFIBUS-DP现场总线系统 119

4.3.1 DP的RS-485传输技术和安装要点 119

4.3.2 PROFIBUS-DP的三个版本 120

4.3.3 PROFIBUS-DP系统组成、系统结构和总线访问控制 124

4.3.4 PROFIBUS-DP系统工作过程 126

4.4 PROFIBUS-DP的通信模型 129

4.4.1 PROFIBUS-DP的物理层 129

4.4.2 PROFIBUS-DP的数据链路层 132

4.4.3 PROFIBUS-DP的用户层 139

4.4.4 PROFIBUS-DP用户接口 140

4.5 PROFIBUS-DP的总线设备类型 142

4.5.1 概述 142

4.5.2 DP设备类型 143

4.6 设备数据库文件（GSD） 144

4.6.1 GSD文件的作用和组成 144

4.6.2 GSD文件的使用说明 145

4.6.3 GSD文件的格式 146

4.7 习题 151

第5章 PROFIBUS-DP通信控制器与网络接口卡 152

5.1 概述 152

5.2 从站通信控制器SPC3 153

5.2.1 ASICs介绍 153

5.2.2 SPC3功能简介 154

5.2.3 SPC3引脚介绍 154

5.2.4 SPC3存储器分配及参数 156

5.2.5 ASIC接口 160

5.2.6 PROFIBUS-DP接口 165

5.2.7 通用处理器总线接口 176

5.2.8 UART 178

5.2.9 PROFIBUS-DP的RS-485传输接口电路 178

5.2.10 PROFIBUS-DP从站的状态机制 179

5.3 从站通信控制器VPC3系列 180

5.3.1 MPI12x多路接口控制器专用集成电路芯片 180

5.3.2 VPC3＋C PROFIBUS-DP从站专用集成电路芯片 181

5.3.3 VPCLS2 PROFIBUS-DP从站简单型专用集成电路芯片 182

5.4 主站通信控制器ASPC2与网络接口卡 183

5.4.1 ASPC2介绍 183

5.4.2 CP5611网络接口卡 184

5.4.3 CP5613网络接口卡 185

5.4.4 CP5511和CP5512网络接口卡 185

5.4.5 CP5611和CP5613安装及组态 185

5.5 习题 186

第6章 PROFIBUS-DP应用系统设计 187

6.1 PROFIBUS-DP开发包4 187

6.1.1 开发包4的组成 187

6.1.2 硬件安装 190

6.1.3 软件使用 190

6.2 PROFIBUS-DP从站的开发 192

6.2.1 硬件电路 192

6.2.2 软件开发 193

6.3 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统设计 194

6.3.1 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统结构 194

6.3.2 FBPRO-8DI八路隔离型数字量输入智能节点的系统设计 194

6.3.3 A/D转换器ADS1216及其应用 213

6.3.4 FBPRO-4MV四通道隔离型毫伏信号输入智能节点的系统设计 227

6.3.5 FBPRO-8DI智能节点的设备数据库文件 231

6.4 PROFIBUS-DP主站通信程序设计 233

6.4.1 通信程序中主要函数介绍 233

6.4.2 主站通信程序开发实例 239

6.5 PROFIBUS-DP从站的测试过程 243

6.5.1 安装硬件和驱动程序 243

6.5.2 复制GSD文件 243

6.5.3 启动COM PROFIBUS 243

6.5.4 添加主站和从站 243

6.5.5 启动Set PG/PC 244

6.5.6 软件测试 246

6.6 PROFINET技术 248

6.6.1 PROFINET部件模型 248

6.6.2 PROFINET运行期 250

6.6.3 PROFINET的网络结构 251

6.6.4 PROFINET与OPC的数据交换 252

6.7 基于嵌入式通信模块COM-C的PROFIBUS-DP主站系统设计 253

6.7.1 PROFIBUS-DP主站系统设计方案 253

6.7.2 基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站硬件设计 253

6.7.3 基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站软件设计 254

6.7.4 PROFIBUS-DP主站模块在新型DCS系统中的应用 256

6.8 习题 257

第7章 DeviceNet现场总线 258

7.1 DeviceNet技术概述 258

7.1.1 设备级的网络 258

7.1.2 DeviceNet的特性 259

7.1.3 DeviceNet的通信模式 260

7.2 DeviceNet通信模型 261

7.2.1 DeviceNet的物理层 261

7.2.2 DeviceNet的数据链路层 264

7.2.3 DeviceNet的应用层 265

7.3 DeviceNet设备描述 273

7.3.1 DeviceNet设备的对象模型 273

7.3.2 DeviceNet设备的对象描述 274

7.4 DeviceNet连接 276

7.4.1 建立连接 276

7.4.2 DeviceNet预定义主／从连接组 277

7.4.3 预定义主／从连接的工作过程 281

7.5 预定义主／从连接实例 284

7.5.1 显式报文连接 284

7.5.2 轮询连接 285

7.5.3 位-选通连接 286

7.5.4 状态变化连接或循环连接 286

7.5.5 DeviceNet的通信过程理解 287

7.6 网络访问状态机制 290

7.6.1 网络访问事件矩阵 290

7.6.2 重复MAC ID检测 291

7.7 指示器和配置开关 292

7.7.1 指示器 292

7.7.2 配置开关 292

7.7.3 指示器和配置开关的物理标准 293

7.7.4 DeviceNet连接器图标 293

7.8 CAN的技术规范 293

7.8.1 CAN的基本概念 294

7.8.2 CAN的分层结构 295

7.8.3 报文传送和帧结构 296

7.8.4 错误类型和界定 302

7.8.5 位定时与同步的基本概念 303

7.8.6 CAN总线的位数值表示与通信距离 305

7.9 CAN通信控制器及其收发器 306

7.9.1 CAN器件简介 306

7.9.2 CAN通信控制器SJA1000 306

7.9.3 CAN总线收发器 312

7.10 DeviceNet节点的开发 314

7.10.1 DeviceNet节点的开发步骤 314

7.10.2 设备描述的规则 322

7.10.3 设备配置和电子数据文档（EDS） 323

7.11 习题 327

第8章 TCP/IP协议与以太网控制器 328

8.1 TCP/IP协议的体系结构 328

8.1.1 TCP/IP协议的四个层次 328

8.1.2 TCP/IP协议模型中的操作系统边界和地址边界 329

8.2 IP协议 330

8.2.1 IP互联网原理 330

8.2.2 IP协议的地位与IP互联网的特点 330

8.2.3 IP地址 331

8.2.4 子网与子网掩码 332

8.2.5 IP数据报格式 333

8.3 ICMP协议 336

8.3.1 ICMP报文的封装与格式 336

8.3.2 ICMP请求与应答报文 338

8.4 ARP协议 338

8.4.1 ARP报文格式 339

8.4.2 ARP工作原理 340

8.4.3 ARP高速缓存 341

8.5 端到端通信和端口号 341

8.5.1 端到端通信 341

8.5.2 传输层端口 342

8.6 TCP协议和UDP协议 344

8.6.1 TCP报文段格式 344

8.6.2 TCP连接的建立与关闭 346

8.6.3 TCP的超时重发机制 347

8.6.4 UDP协议 348

8.7 RTL8019AS全双工以太网控制器 349

8.7.1 概述 349

8.7.2 引脚介绍 349

8.7.3 寄存器描述 352

8.8 DM9000A全双工以太网控制器 358

8.8.1 概述 358

8.8.2 引脚介绍 359

8.8.3 寄存器描述 361

8.8.4 功能描述 363

8.9 习题 364

第9章 工业以太网应用系统设计 365

9.1 RTL8019AS在PMM2000电力网络仪表中的应用 365

9.1.1 概述 365

9.1.2 PMM2000电力网络仪表硬件总体设计 365

9.1.3 谐波测量算法 370

9.1.4 软件总体设计 371

9.2 PMM2000电力网络仪表以太网通信程序设计 373

9.2.1 以太网协议的封装格式 373

9.2.2 通信程序的头文件定义 375

9.2.3 通信主程序设计 380

9.2.4 RTL8019AS网络底层驱动程序的设计 386

9.2.5 ARP程序设计方法 401

9.2.6 ICMP程序设计方法 405

9.2.7 TCP程序设计方法 407

9.3 上位机网络编程实例 424

9.3.1 网络编程概述 424

9.3.2 网络组件介绍 425

9.3.3 TCP/IP应用程序开发过程 426

9.4 习题 429

参考文献 430