包邮现场总线技术及应用

第1章 现场总线技术概述 1 1.1 现场总线技术的发展 1 1.2 现场总线的结构、本质及特点 5 1.2.1 现场总线的结构 5 1.2.2 现场总线的本质特征 5 1.3 现场总线标准的发展历程 6 1.3.1 现场总线的国际标准制定过程 6 1.3.2 IEC61158Ed.4标准的构成 7 1.3.3 我国现场总线标准的制定 7 1.4 现场总线对自动控制系统的 作用及意义 8 1.5 常见的现场总线 8 思考题与练习题 10 第2章 网络与通信技术基础 11 2.1 数据通信技术 11 2.1.1 总线基础 11 2.1.2 数据与信息 12 2.1.3 拓扑结构和传输介质 14 2.2 通信系统的协议模型 15 2.2.1 ISO/OSI基本参考模型 15 2.2.2 物理层特性及接口标准 17 2.2.3 数据链路层的功能 19 2.3 差错控制技术 20 2.3.1 奇偶校验码 20 2.3.2 循环冗余码(CRC) 21 思考题与练习题 22 第3章 CC-Link现场总线 23 3.1 CC-Link概述 23 3.2 Q系列CC-Link现场总线系统的 构建 25 3.2.1 Q系列CC-Link的基本结构 25 3.2.2 主站及本地站模块QJ61BT11 26 3.2.3 从站模块FX2N-32CCL 29 3.2.4 远程I/O模块 32 3.2.5 具有CC-Link功能的变频器 内置选件 35 3.3 CC-Link现场总线控制系统 通信结构 39 3.3.1 主站与远程I/O的通信结构 39 3.3.2 主站与远程设备站FX2N-32CCL的 通信结构 40 3.3.3 主站与本地站的通信结构 41 3.3.4 主站与变频器内置选件FR-A7NC的 通信结构 44 3.4 基于LPLC和QPLC的CC-Link ?现场总线应用 45 3.4.1 实训箱中CC-Link现场总线 网络系统 46 3.4.2 实训项目——CC-Link现场 总线控制系统的运行 49 思考题与练习题 57 第4章 PROFIBUS现场总线 59 4.1 PROFIBUS概述 59 4.1.1 PROFIBUS简介 59 4.1.2 PROFIBUS的组成 61 4.1.3 PROFIBUS的通信参考模型 62 4.1.4 PROFIBUS的主站与从站 63 4.1.5 PROFIBUS总线访问控制的 特点 63 4.2 PROFIBUS的通信协议 64 4.2.1 PROFIBUS的物理层及其 网络连接 64 4.2.2 PROFIBUS的数据链路层 69 4.2.3 PROFIBUS的MAC协议 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站点的开发与实现 82 4.4.1 PROFIBUS的站点实现 82 4.4.2 PROFIBUS的从站实现方案 88 4.4.3 PROFIBUS的主站实现 89 4.4.4 PROFIBUS系统的初始化过程 90 4.4.5 PROFIBUS系统实现中的 常见错误 91 4.4.6 PROFIBUS的网络监听器 92 4.5 PROFIBUS-PA 92 4.5.1 PROFIBUS-PA的基本特点 92 4.5.2 PROFIBUS-DP/PA的连接接口 93 4.5.3 PROFIBUS-PA总线的安装 94 4.6 PROFIBUS-DP的应用 96 4.6.1 CPU集成PROFIBUS-DP接口 连接远程站ET200S 96 4.6.2 通过PROFIBUS-DP连接 智能从站 100 4.6.3 支持PROFIBUS-DP的 第三方设备通信 105 思考题与练习题 108 第5章 基金会现场总线 109 5.1 基金会现场总线的主要技术特点 109 5.1.1 基金会现场总线的技术内容 109 5.1.2 通信系统的主要组成部分及其 关系 110 5.1.3 H1协议数据的构成与层次 112 5.1.4 FF通信网络中的虚拟通信关系 112 5.2 H1网段的物理连接 114 5.2.1 H1的物理信号波形 114 5.2.2 H1的信号编码 115 5.2.3 H1网段的传输介质与 拓扑结构 116 5.3 H1网段的链路活动调度 118 5.3.1 链路活动调度器及其功能 118 5.3.2 通信设备类型 119 5.3.3 链路活动调度器的工作过程 119 5.3.4 链路时间 121 5.4 H1网段的网络管理与系统管理 121 5.4.1 网络管理者与网络管理代理 121 5.4.2 网络管理代理的虚拟现场设备 122 5.4.3 通信实体 123 5.4.4 系统管理概述 124 5.4.5 系统管理的作用 126 5.4.6 系统管理信息库及其访问 127 5.4.7 SMK状态 128 5.4.8 系统管理服务和作用过程 129 5.4.9 地址与地址分配 132 5.5 FF的功能块 133 5.5.1 功能块的内部结构与 功能块连接 133 5.5.2 功能块中的用户应用模块 136 5.5.3 功能块的块参数 137 5.5.4 功能块服务 140 5.5.5 功能块对象字典 141 5.5.6 功能块应用 143 5.6 设备描述与设备描述语言 144 5.6.1 设备描述 144 5.6.2 设备描述的参数分层 144 5.6.3 设备描述语言 145 5.6.4 设备描述的开发 146 5.6.5 CFF文件 147 5.7 FF通信控制器与网卡 148 5.7.1 FF的通信控制器FB3050 148 5.7.2 基于FB3050的网卡设计 160 5.8 H1的网段配置 163 5.8.1 H1网段的构成 163 5.8.2 网段长度 164 5.8.3 H1网段的接地、屏蔽与 极性 166 思考题与练习题 166 第6章 Modbus现场总线 167 6.1 Modbus协议 167 6.1.1 Modbus协议介绍 167 6.1.2 两种串行传输模式 168 6.1.3 Modbus信息帧 169 6.1.4 错误校验方法 171 6.2 数据和控制功能 172 6.2.1 功能代码格式 172 6.2.2 控制器支持的功能代码 174 6.3 Modbus协议在TCP/IP上的实现 186 6.3.1 协议描述 186 6.3.2 功能描述 188 6.3.3 TCP连接管理 190 6.3.4 TCP/IP栈的使用 191 6.3.5 通信应用层 193 思考题与练习题 196 第7章 CAN现场总线 197 7.1 CAN总线的发展历史 197 7.1.1 CAN总线的特点 198 7.1.2 CAN标准 198 7.2 CAN总线基本原理 201 7.3 CAN总线报文帧结构 202 7.4 CAN通信控制器 210 7.4.1 SJA1000特征简介 210 7.4.2 CAN节点结构 211 7.4.3 CAN通信的控制 214 7.4.4 CAN通信的功能 217 7.5 基于 CAN 通信的时间触发协议 218 7.5.l 时间触发与通信确定性 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 几种时间触发协议的性能比较 222 7.6 CAN总线的下层网段——LIN 223 7.6.1 LIN的主要技术特点 223 7.6.2 LIN的通信任务与报文帧类型 223 7.6.3 LIN的报文通信 224 7.6.4 LIN总线的应用 227 7.7 基于CAN总线的汽车控制网络 ?——SAEJ1939 227 7.7.1 SAEJ1939规范 227 7.7.2 SAEJ1939的物理连接与 网络拓扑 227 7.7.3 SAEJ1939报文帧的格式与 定义 228 7.7.4 ECU的设计说明 230 思考题与练习题 233 第8章 LonWorks现场总线技术 234 8.1 LonWorks技术概述和 ?应用系统结构 234 8.1.1 LonWorks控制网络的 基本组成 235 8.1.2 LonWorks节点 235 8.1.3 LonWorks路由器 236 8.1.4 LonWorks Internet连接设备 236 8.1.5 LonWorks网络管理 237 8.1.6 LonWorks 技术的性能特点 238 8.2 LonWorks网络中分散式通信 ?控制处理器——神经元芯片 238 8.2.1 处理单元 239 8.2.2 存储器 239 8.2.3 输入/输出 240 8.2.4 通信端口 240 8.2.5 时钟系统 242 8.2.6 睡眠—唤醒机制 242 8.2.7 Service Pin 242 8.2.8 Watchdog定时器 243 8.3 通信 243 8.3.1 双绞线收发器 243 8.3.2 电力线收发器 245 8.3.3 路由器 246 8.4 LonTalk协议 249 8.4.1 LonTalk协议概要 249 8.4.2 LonTalk协议结构和相关内容 252 8.4.3 LonTalk的物理层通信协议 253 8.4.4 LonTalk协议的网络地址 结构及对大网络的支持 253 8.4.5 LonTalk MAC子层 254 8.4.6 LonTalk 协议的网络层 256 8.5 面向对象的编程语言 Neuron C 256 8.5.1 定时器 256 8.5.2 网络变量 257 8.5.3 显式报文 258 8.5.4 调度程序 258 8.6 LonWorks的互可操作性 258 8.6.1 LonMark协会 259 8.6.2 收发器和物理信道准则 259 8.6.3 应用程序准则 259 8.7 LonWorks节点开发工具 262 8.7.1 多节点开发工具LonBuilder 262 8.7.2 NodeBuilder3节点开发工具 263 8.8 LNS网络操作系统 264 8.8.1 LNS网络操作系统概述 264 8.8.2 LNS网络工具 265 8.9 应用系统 266 8.9.1 LonWorks 技术在楼宇自动化 抄表系统中的应用 266 8.9.2 LonWorks 技术在炼油厂原油 罐区监控系统中的应用 268 8.9.3 LonWorks在某铝电解厂 槽控机中的应用 269 思考题与练习题 272 附录 链接特殊继电器和寄存器(SB/SW) 273 参考文献 288