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第1章　绪论 1

1.1　工业控制网络的特点 1

1.1.1　工业控制网络与信息网络的区别 1

1.1.2　工业控制网络的技术特征 2

1.2　网络控制技术的发展历程 4

1.3　传统控制网络——现场总线的发展 6

1.3.1　现场总线的定义 6

1.3.2　现场总线技术的发展历程 7

1.3.3　现场总线技术的发展趋势 8

1.4　现代控制网络——工业以太网的发展 9

1.4.1　工业以太网标准化进程 9

1.4.2　EPA的国际标准化进程 10

1.4.3　工业以太网正在成为工业控制网络的主流技术 11

1.4.4 以太网用于工业控制需要解决的问题 12

1.4.5 以太网用于工业控制的技术问题正在逐渐解决 13

第2章　网络通信基础 15

2.1 网络通信的基本概念及通信模型 15

2.1.1 网络通信的基本概念 15

2.1.2　网络通信的基本模型 17

2.2　通信传输介质 18

2.2.1　双绞线 18

2.2.2　同轴电缆 19

2.2.3　光缆 20

2.3　数据编码技术 20

2.3.1　模拟信号调制 21

2.3.2　数字数据的数字信号编码 22

2.3.3　模拟数据的数字信号编码 24

2.4　数据的传输模式 24

2.4.1　基带传输 24

2.4.2　频带传输 26

2.5　数据的通信方式 27

2.5.1　并行通信和串行通信 27

2.5.2　异步传输和同步传输 27

2.5.3　单工、半双工和全双工通信 30

2.6　网络控制系统的拓扑结构 30

2.7　通信信道访问控制方式 32

2.7.1 载波监听多路访问／冲突检测 32

2.7.2　令牌访问控制方式 33

2.8　差错控制技术 33

2.8.1　循环冗余编码 34

2.8.2　海明码 35

2.9　RS-232和RS-485串口通信技术 37

2.9.1　RS-232接口标准 37

2.9.2　RS-485接口标准 39

2.10　开放系统的OSI参考模型 40

2.10.1　OSI参考模型层次结构 40

2.10.2　OSI参考模型中的基本概念 41

第3章　FF现场总线技术 43

3.1　概述 43

3.1.1　FF现场总线的主要技术 43

3.1.2　FF通信模型 44

3.1.3　虚拟通信关系 46

3.2　FF现场总线物理层 49

3.2.1　物理层结构 50

3.2.2　FF现场总线的物理信号编码 53

3.3　数据链路层 54

3.3.1　数据链路层功能和服务 54

3.3.2　FF现场总线的链路活动调度 56

3.3.3　DL地址空间与地址编码 57

3.3.4　数据链路层缓冲区和队列及其管理 58

3.3.5　数据链路层服务质量 61

3.3.6　数据链路层内部参数 64

3.3.7　数据链路协议数据单元 66

3.3.8　面向连接服务 70

3.3.9　FF无连接模式服务 76

3.3.10　数据链路层调度 79

3.4　FF现场总线访问子层 80

3.4.1　FF应用关系中的端点角色 81

3.4.2　FAS使用的DLL服务 82

3.4.3　FAS模型 82

3.4.4　总线访问子层的服务及其参数 83

3.5　总线报文规范子层 85

3.5.1　虚拟现场设备 85

3.5.2　对象字典 86

3.5.3　对象字典结构 87

3.5.4　变量访问对象 89

3.5.5　域对象及其上载和下载 91

3.5.6　程序调用对象 92

3.5.7　上下文管理 93

3.5.8 FMS PDU 93

3.6　网络管理 94

3.6.1　FF现场总线网络管理结构 95

3.6.2　网络管理代理虚拟现场设备 96

3.6.3　网络管理代理对象 97

3.6.4　DL管理对象 104

3.6.5　DL管理链路调度列表 105

3.6.6　标准通信关系 105

3.7　系统管理 106

3.7.1　系统管理概述 106

3.7.2　系统管理功能 107

3.7.3　地址分配 109

3.7.4　系统管理信息库及其访问 110

3.8　功能块应用进程 113

3.8.1　功能块应用进程对象 113

3.8.2　块模型 116

3.8.3　块对象 117

3.8.4　参数对象 118

3.8.5　功能块对象 120

3.8.6　功能块服务 123

3.8.7　功能块控制回路 124

3.9　FF现场总线系统 125

3.9.1　FF现场总线系统的结构 125

3.9.2　FF现场总线系统的设计 127

第4章　PROFIBUS现场总线 129

4.1　概述 129

4.1.1　物理层 130

4.1.2　数据链路层 130

4.1.3　应用层 131

4.1.4　用户层 131

4.2　物理层 132

4.2.1　传输介质 132

4.2.2　总线连接器 132

4.2.3　物理层的服务 133

4.3　数据链路层 133

4.3.1　总线存取技术 133

4.3.2　数据链路服务 134

4.3.3　现场总线管理层 136

4.3.4　数据链路层的帧编码 138

4.4　应用层 141

4.4.1　概述 141

4.4.2　通信关系 142

4.4.3　现场总线报文规范通信对象 143

4.4.4　现场总线报文规范服务 147

4.4.5　低层接口 148

4.4.6　FMA7 152

4.5　DP规范 152

4.5.1　DP通信模型 152

4.5.2　DP站类型 153

4.5.3　DP通信关系 154

4.5.4　DP设备通信过程 156

4.5.5　DP报文循环机制 157

4.5.6　DP功能服务 158

4.5.7　DP协议数据报文编码 163

4.6　PA行规 164

4.6.1　PA设备模型 165

4.6.2　PA块模型 165

4.6.3　PA映像 168

4.6.4　PA设备管理技术 171

第5章　CAN总线技术 175

5.1 CAN总线的发展概况 175

5.2　CAN总线的技术特点 176

5.3　CAN总线的通信模型 176

5.4　CAN非破坏性位仲裁机制 177

5.5　CAN帧结构 178

5.5.1 数据帧 178

5.5.2　远程帧 180

5.5.3　差错帧 180

5.5.4　超载帧 181

5.5.5 帧间空间 182

5.6　CAN的错误处理机制 182

5.6.1　错误检测类型 182

5.6.2　错误处理 183

5.7　CAN的位定时和同步 184

5.7.1　位定时 184

5.7.2　同步 185

5.8　SJA1000 CAN独立通信控制器 186

5.8.1　SJA1000系统结构 186

5.8.2　SJA1000地址分配 188

5.8.3 寄存器功能和缓冲器工作原理 189

5.9　CAN节点设计 195

第6章　工业以太网 198

6.1 工业以太网与实时以太网 198

6.2　IEC 61786-2标准 199

6.2.1　IEC 61786-2标准体系 199

6.2.2　IEC 61786-2中主要标准简介 200

6.3　IEC 61786-1/2与IEC 61158 204

6.4　EPA技术简介 206

6.4.1　EPA网络拓扑结构 206

6.4.2　EPA通信协议 208

6.4.3　EPA应用层通信协议栈的设计与实现 211

6.4.4　EPA时间同步技术 228

6.4.5　EPA确定性调度技术 239

6.4.6　面向工业以太网的总线供电技术 244

6.5　PROFINET技术简介 253

6.5.1　PROFINET系统结构 253

6.5.2　PROFINET实时通信 256

6.5.3　PROFINET IO 256

6.5.4　PROFINET系统集成 257

6.6　HSE技术简介 258

6.6.1　HSE的体系结构 258

6.6.2　HSE网络拓扑结构 259

6.6.3　FDA 259

6.6.4　SNTP 263

第7章　工业网络系统集成 265

7.1　系统集成结构 265

7.2　系统集成要点分析 266

7.3　网络互连设备 266

7.4　OPC技术 268

7.4.1 COM 268

7.4.2　OPC对象 269

7.4.3　OPC接口 270

参考文献 272