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第1章 现场总线概述 1

1.1 现场总线与现场总线控制系统 1

1.1.1 现场总线的概念 1

1.1.2 现场总线控制系统基本结构 1

1.2 现场总线的现状与发展 2

1.2.1 现场总线的标准现状 2

1.2.2 实时工业以太网的国际标准 3

1.2.3 现场总线与现场总线控制系统的发展趋势 4

1.3 现场总线与现场总线控制系统的特点 7

1.3.1 结构特点 7

1.3.2 技术特点 8

1.3.3 与局域网的区别 8

第2章 现场总线与工业控制网络技术基础 9

2.1 网络与通信技术基础 9

2.1.1 数据通信概念 9

2.1.2 数据传输 13

2.1.3 数据交换技术 19

2.1.4 差错检测及控制 20

2.1.5 传输介质 21

2.2 局域网技术 27

2.2.1 局域网概述 27

2.2.2 局域网的关键技术 28

2.2.3 局域网的参考模型 37

2.2.4 以太网技术 49

2.3 局域网的互连 54

2.3.1 网络互连设备 54

2.3.2 交换式控制网络 58

第3章 串行通信技术及其应用 68

3.1 串行通信概述 68

3.1.1 串行通信与并行通信 68

3.1.2 串行通信原理 69

3.1.3 串行通信的数据传输 70

3.2 RS-232串行通信及其应用 73

3.2.1 RS-232串行通信 73

3.2.2 RS-232串行通信应用 78

3.3 RS-485串行通信及其应用 84

3.3.1 RS-485串行通信 85

3.3.2 RS-485串行通信应用 88

3.4 RS-232与RS-485串行通信接口转换及应用 97

3.4.1 RS-232串行接口 97

3.4.2 RS-485串行接口 98

3.4.3 RS-232与RS-422/RS-485的接口转换 98

3.5 MODBUS协议串行通信及其应用 99

3.5.1 MODBUS通信协议 99

3.5.2 两种传输方式 101

3.5.3 MODBUS消息帧 101

3.5.4 错误检测方法 104

3.5.5 MODBUS应用实例 106

第4章 PROFIBUS现场总线与应用 111

4.1 PROFIBUS现场总线技术概述 111

4.1.1 PROFIBUS的发展历程 111

4.1.2 PROFIBUS的分类 112

4.1.3 PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置 113

4.1.4 PROFIBUS的协议结构 114

4.2 PROFIBUS的物理层 117

4.2.1 采用RS-485的传输技术 117

4.2.2 光纤传输技术 121

4.2.3 MBP传输技术 122

4.3 PROFIBUS数据链路层 126

4.3.1 PROFIBUS总线存取协议概述 126

4.3.2 PROFIBUS总线访问协议的特点 127

4.3.3 数据链路层服务类型和报文格式 127

4.4 PROFIBUS-DP通信原理 128

4.4.1 PROFIBUS-DP的基本功能 129

4.4.2 扩展的DP功能 133

4.5 S7-300/400网络通信 135

4.5.1 概述 135

4.5.2 MPI通信 139

4.5.3 PROFIBUS总线设置和属性 140

4.6 PROFIBUS行规和GSD文件 141

4.6.1 通用应用行规 141

4.6.2 专用行规 145

4.6.3 GSD文件 146

4.7 PROFIBUS系统配置及设备选型 147

4.7.1 应用PROFIBUS构建自动化控制系统应考虑的问题 147

4.7.2 系统结构规划 147

4.7.3 与车间或全厂自动化系统连接 148

4.7.4 PROFIBUS主站的选择 148

4.7.5 PROFIBUS从站的选择 150

4.7.6 以PC为主机的编程终端及监控操作站的选型 158

4.7.7 PROFIBUS系统配置 160

4.8 基于WinAC的PROFIBUS现场总线系统硬件组态 162

4.8.1 WinAC简介 162

4.8.2 现场总线系统组态步骤与过程 164

4.9 基于PROFIBUS现场总线的远程监控系统 173

4.9.1 体系结构 173

4.9.2 底层控制层 174

第5章 CAN总线技术与应用 181

5.1 CAN总线概述 181

5.1.1 CAN总线技术特点 181

5.1.2 基本术语与概念 182

5.2 CAN总线技术协议规范 184

5.2.1 CAN协议的分层结构 184

5.2.2 报文传送与帧结构 185

5.2.3 错误类型与界定 192

5.2.4 位定时与同步要求 193

5.2.5 CAN总线系统位数值表示与通信距离 195

5.3 典型CAN控制器 196

5.3.1 CAN通信控制器SJA1000 196

5.3.2 具有SPI接口的CAN控制器MCP2515 200

5.4 嵌入CAN控制器的单片机P8xC591 213

5.4.1 概述 213

5.4.2 引脚功能 215

5.4.3 P8xC591的PeliCAN特性和结构 219

5.4.4 PeliCAN与CPU之间的接口 220

5.5 CAN总线收发器 222

5.5.1 PCA82C250/251 222

5.5.2 TJA1050 225

5.6 CAN总线应用 228

5.6.1 CAN总线系统通信距离与节点数量的确定 228

5.6.2 总线终端及网络拓扑结构 231

5.6.3 CAN总线在检测系统中的应用 233

5.6.4 基于CAN总线的环境控制系统设计 238

5.6.5 基于CAN总线的井下风机监控系统设计 243

第6章 DeviceNet、ControlNet现场总线与应用 250

6.1 DeviceNet现场总线技术 250

6.1.1 DeviceNet概述 250

6.1.2 DeviceNet的传输介质 252

6.1.3 DeviceNet的网络参考模型 254

6.1.4 控制与信息协议（CIP） 255

6.1.5 DeviceNet的报文协议 271

6.1.6 预定义主从连接组 278

6.1.7 DeviceNet的对象模型 280

6.1.8 DeviceNet的设备描述 282

6.1.9 DeviceNet的设备简介 283

6.1.10 DeviceNet的节点开发 284

6.2 ControlNet现场总线技术 286

6.2.1 ControlNet概述 286

6.2.2 ControlNet的传输介质 289

6.2.3 ControlNet网络参考模型 295

6.2.4 数据链路层 296

6.2.5 网络层与传输层 301

6.2.6 对象模型 302

6.2.7 设备描述 304

6.2.8 ControlNet设备简介 304

6.2.9 ControlNet的设备开发 305

6.3 现场总线控制系统的组态与冗余技术 306

6.3.1 现场总线控制系统的组态技术 306

6.3.2 现场总线控制系统的冗余技术 314

6.4 DeviceNet与ControlNet现场总线的应用实例 320

6.4.1 铜冶炼电解工艺中的总线控制系统设计 320

6.4.2 卷烟厂生产线的总线控制系统设计 323

第7章 工业以太网技术与应用 326

7.1 概述 326

7.2 原理及体系结构 328

7.2.1 通信模型 328

7.2.2 以太网体系结构 332

7.2.3 工业以太网网络拓扑结构 334

7.2.4 传输介质 336

7.2.5 工业以太网通信的实时性 341

7.2.6 工业以太网的网络生存性与可用性 343

7.2.7 工业以太网的网络安全 344

7.2.8 工业以太网传输距离 345

7.2.9 互可操作性与应用层协议 345

7.3 工业以太网通信设备及组网技术 346

7.3.1 工业以太网产品 346

7.3.2 工业以太网组网技术 348

7.4 应用实例 350

第8章 工业网络集成技术 354

8.1 控制网络与信息网络集成的网络互连技术 354

8.1.1 控制网络和信息网络之间加入转换接口 355

8.1.2 基于DDE技术的控制网络和信息网络的集成 355

8.1.3 采用统一的协议标准实现控制网络和信息网络的集成 358

8.1.4 采用数据库访问技术集成控制网络和信息网络 358

8.1.5 采用OPC技术集成控制网络和信息网络 359

8.1.6 控制网络与信息网络互连集成的若干关键问题 359

8.2 现场总线控制系统网络之间的集成 360

8.2.1 基于OPC的集成方法（系统级集成） 360

8.2.2 设备级集成 361

8.3 OPC技术及基于OPC技术的现场总线系统集成 363

8.3.1 COM基础 363

8.3.2 OPC技术规范 374

8.3.3 OPC数据访问（DA）服务器的开发及测试 384

8.3.4 OPC客户端的开发及测试 390

8.3.5 OPC技术在异构现场总线系统中的应用 399

参考文献 407