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第1章 现场总线技术概述 1

1.1 现场总线技术的定义与形成 1

1.1.1 现场总线的定义 1

1.1.2 千米级总线 5

1.1.3 现场总线的形成 5

1.2 现场总线的核心与基础 6

1.2.1 现场总线的核心——总线协议 6

1.2.2 现场总线的基础——智能现场装置 7

1.3 现场总线控制系统FCS 8

1.3.1 现场总线控制系统结构 8

1.3.2 现场总线控制系统特点 10

1.3.3 企业网络三级体系结构 10

1.4 主要的现场总线技术及国际标准 11

1.4.1 基金会现场总线FF 11

1.4.2 CAN总线 12

1.4.3 LonWorks总线 12

1.4.4 PROFIBUS总线 13

1.4.5 HART总线 13

1.4.6 现场总线国际标准 14

1.5 现场总线技术的推广应用与发展趋势 15

1.5.1 现场总线技术的推广应用 15

1.5.2 现场总线技术发展趋势 16

第2章 现场总线的通信网络及其特性 18

2.1 数据通信的基本概念 18

2.1.1 基本概念 18

2.1.2 通信介质 22

2.1.3 数据通信系统网络结构 24

2.1.4 通信控制方式 25

2.2 现场总线中的网络通信 25

2.2.1 ISO/OSI参考模型 25

2.2.2 现场总线标准 29

2.2.3 现场总线通信协议 31

2.3 网络协议 33

2.3.1 以太网 33

2.3.2 常用物理层标准接口 36

2.3.3 IEEE协议族 39

2.3.4 TCP/IP协议 48

第3章 PROFIBUS现场总线技术 53

3.1 PROFIBUS的特点与相关概念 54

3.1.1 PROFIBUS的特点 54

3.1.2 相关概念 55

3.2 PROFIBUS总线 57

3.2.1 PROFIBUS-DP 57

3.2.2 PROFIBUS-PA 58

3.2.3 PROFIBUS-FMS 58

3.3 PROFIBUS通信协议 60

3.3.1 PROFIBUS协议模型与ISO/OSI参考模型的关系 60

3.3.2 PROFIBUS协议结构 63

3.3.3 PROFIBUS设备配置 64

3.3.4 面向连接的数据交换 65

3.4 PROFIBUS传输技术 66

3.4.1 RS-485传输技术 67

3.4.2 符合MBP的传输 68

3.4.3 光纤传输技术 70

3.4.4 FISCO模型 71

3.5 PROFIBUS通用应用行规 72

3.5.1 PROFIsafe 72

3.5.2 PROFIBUS-DP上的HART 73

3.5.3 时间标签 74

3.5.4 从站冗余 75

3.6 PROFIBUS控制系统的集成 76

3.6.1 PROFIBUS控制系统的组成 76

3.6.2 PROFIBUS控制系统的配置 76

3.6.3 PROFIBUS系统配置中的设备选型 78

3.7 PROFIBUS站点的开发与应用 89

3.7.1 PROFIBUS的站点实现方案 89

3.7.2 支持PROFIBUS协议的ASIC芯片 91

3.7.3 适合于智能型从站的SPC3芯片 93

3.7.4 接口模板简介 100

3.7.5 使用SPC3实现智能化PROFIBUS-DP从站 101

第4章 PROFIBUS-DP现场总线 104

4.1 PROFIBUS-DP系统 104

4.1.1 PROFIBUS-DP的传输特点 104

4.1.2 系统组成和总线访问控制 105

4.1.3 PROFIBUS-DP系统工作过程 108

4.1.4 PROFIBUS-DP的行规 112

4.2 PROFIBUS-DP物理层规范 112

4.3 PROFIBUS-DP主站和从站结构 115

4.3.1 1类主站的结构 115

4.3.2 2类主站的结构 117

4.3.3 从站结构 118

4.4 GSD文件 120

4.5 PROFIBUS-DP的功能 122

4.5.1 基本功能 122

4.5.2 扩展功能 124

4.6 PROFIBUS-DP应用实例 128

4.6.1 系统介绍 128

4.6.2 控制系统硬件 129

4.6.3 控制系统软件 130

4.6.4 系统运行 135

第5章 PROFIBUS-PA现场总线 136

5.1 PROFIBUS-PA系统 136

5.1.1 PROFIBUS-PA的主要特点 136

5.1.2 PROFIBUS-PA系统的工作原理 137

5.1.3 PROFIBUS-PA的传输协议 138

5.1.4 PROFIBUS-PA的传输技术 139

5.1.5 PROFIBUS-PA的拓扑结构 141

5.2 PROFIBUS-PA网络的组态 142

5.2.1 软件工具 142

5.2.2 在SIMATIC PCS7环境下的PROFIBUS-PA 144

5.2.3 PROFIBUS-PA系统的设备行规 144

5.3 系统设计注意事项 146

5.3.1 Ex区现场仪表的连接 146

5.3.2 段耦合器 147

5.3.3 总线电缆 148

5.3.4 每段现场仪表的数量 149

5.3.5 循环时间 150

5.3.6 中继器，总线终端电阻 152

5.3.7 屏蔽和接地 152

5.4 PROFIBUS-PA应用实例 153

5.4.1 系统介绍 154

5.4.2 系统组成 154

5.4.3 控制系统完成的功能 156

5.4.4 应用情况 156

第6章 PROFINET技术和应用 157

6.1 PROFINET概述 157

6.1.1 分散式外围设备（PROFINET IO） 159

6.1.2 组件模型（PROFINET CBA） 159

6.1.3 PROFINET通信 160

6.1.4 网络安装 160

6.1.5 Web集成 160

6.1.6 现场总线的集成 161

6.2 PROFINET IO 162

6.2.1 IO设备的设备模型 162

6.2.2 PROFINET IO的建模 162

6.2.3 PROFINET IO的地址分配 164

6.2.4 IO设备的操作原理 166

6.2.5 PROFINET IO控制器 167

6.2.6 PROFINET IO的系统启动 167

6.2.7 用户数据交换 175

6.2.8 报警 175

6.2.9 设备描述与组态 177

6.2.10 诊断 178

6.3 PROFINET CBA 180

6.3.1 PROFINET工程设计 181

6.3.2 PROFINET现场设备的结构 183

6.3.3 PROFINET组件描述 184

6.3.4 互连编辑器 185

6.3.5 PROFINET运行期模型 185

6.3.6 SIMATIC iMap 185

6.3.7 组件模型的实现 187

6.4 PROFINET通信 192

6.4.1 TCP/IP通信标准 193

6.4.2 实时通信（RT） 193

6.4.3 PROFINET IO的通信 195

6.4.4 组件模型中的通信 195

6.5 PROFINET网络安装 196

6.5.1 PROFINET网络拓扑 198

6.5.2 PROFINET布线 199

6.5.3 PROFINET连接器 200

6.6 Web集成 201

6.6.1 功能特性 201

6.6.2 网络管理 202

6.7 现场总线系统集成 203

6.7.1 通过代理服务器集成 203

6.7.2 现场总线应用的集成 204

6.7.3 PROFINET和其他现场总线系统 205

6.8 支持PROFINET的S7-400 205

6.9 PROFINET IO扩展功能和PROFINET CBA组件 207

6.9.1 PROFINET IO的扩展功能 207

6.9.2 PROFINET CBA中的组件 208

6.10 PROFINET应用实例 210

6.10.1 PROFINET解决方案的典型构成 210

6.10.2 PROFINET IO在汽车生产中的应用 213

6.10.3 PROFINET CBA在废水处理厂的应用 214

6.10.4 PROFINET在烟草行业的应用 215

6.11 PROFINET的未来 216

参考文献 217