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第1章 概述 1

1.1 现场总线的产生和发展 1

1.1.1 控制系统的发展 1

1.1.2 现场总线的发展过程 2

1.1.3 现场总线的发展趋势 4

1.1.4 几种有影响的现场总线技术 5

1.2 现场总线的特点与优点 8

1.2.1 现场总线系统的技术特点 8

1.2.2 现场总线的优点 9

1.3 现场总线网络模型 10

1.3.1 过程控制层 11

1.3.2 制造执行层 11

1.3.4 现场总线与局域网的区别 12

1.3.3 企业资源规划层 12

1.4 现场总线系统的集成 13

1.4.1 控制系统的集成 14

1.4.2 现场总线控制网络与DCS网络的集成 15

1.4.3 现场总线控制网络与信息网络的集成 15

1.4.4 网络集成的一些考虑 16

第2章 现场总线技术 17

2.1 基金会现场总线技术 17

2.1.1 通信系统的组成及其相互关系 17

2.1.2 网络拓扑 20

2.1.3 基金会现场总线与ISO/OSI参考模型的关系 22

2.1.4 物理层 23

2.1.5 数据链路层 24

2.1.6 现场总线访问子层 26

2.1.7 现场总线报文规范层 31

2.1.8 网络管理 34

2.1.9 系统管理 35

2.2 基金会现场总线的功能块 37

2.2.1 功能模块 38

2.2.2 现场总线智能仪表和设备的定义 40

2.2.3 功能块的内部结构与功能块连接 41

2.2.4 功能块在现场总线智能仪表中配置 42

2.2.5 功能块的组合 43

2.2.6 功能模块应用进程块对象的块参数 43

2.2.7 功能块应用进程 45

2.2.8 功能块的强度 46

2.2.9 功能块的应用 47

2.2.10 功能块参数状态和模式转换 49

2.3.1 组态的定义 52

2.3 基金会现场总线的组态 52

2.3.2 系统组态和启动 55

2.3.3 组态实例 56

2.4 现场总线系统的网络布线和安装 62

2.4.1 现场总线系统网络的拓扑结构 62

2.4.2 现场总线系统的网络部件 63

2.4.3 网络布线和安装 66

2.5 PROFIBUS现场总线技术 70

2.5.1 PROFIBUS概貌 70

2.5.2 PROFIBUS协议结构 70

2.5.3 PROFIBUS传输技术 70

2.5.4 PROFIBUS总线存取协议 73

2.5.5 PROFIBUS-DP 74

2.5.6 PROFIBUS-PA 77

2.5.7 PROFIBUS-FMS 78

2.5.8 PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置 79

2.5.9 PROFIBUS控制系统组成 79

2.5.10 PROFIBUS控制系统配置的几种形式 80

第3章 OPC接口技术 82

3.1 OPC的基本知识 82

3.1.1 OPC简介 82

3.1.2 OPC的目的 82

3.1.3 OPC的特点 83

3.1.4 OPC的对象与接口概述 84

3.1.5 OPC的过程数据构造 86

3.1.6 OPC的适用场合 87

3.1.7 OPC基金会概况 87

3.2.2 DA的机能 88

3.2.1 DA的目的 88

3.2 OPC的数据访问接口标准 88

3.2.3 DA的对象与接口 93

3.3 OPC的报警和事件接口标准 96

3.3.1 AE的目的 96

3.3.2 AE的机能 97

3.3.3 AE的对象与接口 99

3.4 OPC编程实例 101

3.4.1 编程实例的结构 101

3.4.2 HART仪表参数和OPC项的连接 102

3.4.3 OPC数据传输的实现 103

第4章 多现场总线控制系统软件结构 105

4.1 现场总线控制系统的概念 105

4.2.2 集散式控制系统 106

4.2.1 可编程序逻辑控制器控制系统 106

4.2 现场总线控制系统的组成 106

4.2.3 现场总线控制系统 107

4.3 现场总线控制系统的体系结构 108

4.4 多现场总线控制系统软件结构 113

4.4.1 概述 113

4.4.2 现场总线控制系统的软件结构 113

4.4.3 数据采集工作站及现场总线通信服务器 114

4.4.4 实时数据库 115

4.4.5 现场设备管理 116

4.4.6 控制策略组态 117

4.4.7 监控组态系统 120

4.4.8 远程应用 121

5.1 实时数据库简介 124

第5章 现场总线控制系统实时数据库设计 124

5.1.1 实时数据库发展背景 125

5.1.2 实时数据库的应用 125

5.2 实时数据库的特征 126

5.2.1 实时数据库的时间相关性 127

5.2.2 实时数据库的实时事务 127

5.2.3 数据开放性 129

5.2.4 数据的高速处理、网络传输 130

5.3 实时数据库中的数据组织 130

5.4 实时数据库的系统结构 131

5.4.1 实时数据库的体系结构 132

5.4.2 实时数据库组态工具 132

5.4.3 实时数据库 133

5.5 实时数据库开发策略 133

5.5.3 开发实时数据库的技术准则 134

5.5.2 确定实时数据库的基本架构 134

5.5.1 确定实时数据库的功能 134

5.6 实时数据库开发实例 135

5.6.1 实时数据库的数据组织 135

5.6.2 实时数据库的OPC接口设计 137

5.6.3 实时数据库的界面设计 138

5.6.4 实时数据库数据处理 139

第6章 现场总线设备管理 142

6.1 设备管理概述 142

6.1.1 设备管理的产生 142

6.1.2 设备管理的功能 143

6.2 HART协议介绍 145

6.2.1 HART协议物理层规范 145

6.2.2 HART协议数据链路层规范 146

6.2.3 HART协议的应用层规范 150

6.3 HART仪表设备管理系统HDMS总体结构 153

6.3.1 HDMS需要实现的功能 153

6.3.2 HDMS总体结构 153

6.4 HDMS设备管理模块 154

6.4.1 HART仪表对象 155

6.4.2 HART仪表的管理 157

6.4.3 按“工厂管理”方式管理HART仪表 158

6.4.4 按“设备连接”方式管理HART仪表 161

6.4.5 按“厂商分类”方式管理HART仪表 161

6.4.6 HART仪表的操作和HART扩展命令的处理 162

6.4.7 HART内部参数的显示和保存 168

6.5 HDMS通信模块 169

6.5.1 串口的初始化的设置 169

6.5.3 通信状态的显示 170

6.5.2 HART帧的发送和接收 170

6.6 OPC接口模块 171

6.6.1 HDMS中OPC部分的结构 171

6.6.2 HART仪表参数和OPC项的连接 172

6.6.3 OPC数据传输的实现 173

6.7 设备描述语言 175

6.7.1 设备描述语言简介 175

6.7.2 DDL的结构描述 175

第7章 过程监控组态软件设计 177

7.1 监控组态软件的发展 177

7.1.1 监控组态软件的历史 177

7.1.2 监控组态软件的特点 178

7.2 监控组态软件的系统设计 178

7.2.1 监控组态软件应具备的基本功能 178

7.2.2 功能模块的划分 179

7.2.3 开发环境及工具 182

7.3 图形界面设计 182

7.3.1 图形界面简介 182

7.3.2 图形对象分类 184

7.3.3 图形对象抽象化设计 185

7.3.4 图形对象的操作设计 185

7.3.5 图形对象的属性设计 187

7.3.6 数据对象的分类 190

7.3.7 变量分类 191

7.3.8 数据对象的抽象化设计 191

7.4 OPC集成设计 192

7.4.1 OPC DA Client集成 192

7.4.2 OPC AE Client集成 197

7.5.1 VBA简介 200

7.5 VBA集成设计 200

7.5.2 APC对象模型简介 202

7.5.3 集成VBA的一般方法 204

7.5.4 ActiveX控件集成 207

7.5.5 脚本的处理 210

7.5.6 宏录制 215

第8章 远程监控与组态软件的设计 219

8.1 远程监控与组态系统简介 219

8.1.1 软件的功能 219

8.1.2 系统的性能要求 219

8.1.3 运行环境 220

8.2 基本概念与基本理论 221

8.2.1 现有几种Internet应用实现模型简介 221

8.2.3 TCP/IP协议族 227

8.2.2 采用的Internet应用实现技术 227

8.2.4 信息系统安全理论 231

8.3 实时问题的解决议案 235

8.3.1 网络吞吐量与监控信源特性 235

8.3.2 字节流与比特流的差别 236

8.3.3 UDP与TCP 237

8.4 安全问题的解决方案 237

8.5 远程监控与组态系统设计 239

8.5.1 应用服务器的结构设计 240

8.5.2 WWW服务的结构设计 242

8.5.3 客户端的结构设计 242

9.2 PLC简介 247

9.2.1 PLC的定义 247

第9章 现场总线控制系统与PLC系统的集成 247

9.1 FCS与PLC的共存 247

9.2.2 PLC的硬件组成 248

9.2.3 PLC的特点及应用 248

9.2.4 PLC、DCS与FCS 249

9.3 TI505系列PLC通信协议 249

9.3.1 TI505系列PLC简介 249

9.3.2 TI505系列PLC串行数据传输规范 250

9.4 TI505系列PCL OPC服务器设计 253

9.4.1 PLC OPC数据服务器软件功能要求 253

9.4.2 PLC OPC数据服务器软件结构 255

9.4.3 PLC设备管理模块 256

9.4.4 OPC接口模块(服务器端) 263

9.5 PLC服务器在综合自动化系统中的集成 267

9.6.1 银河YH-UDS-10以太网设备服务器 268

9.6 PLC服务器系统基于以太网的扩展 268

9.6.2 串行PLC设备通过YH-UDS-10连接至网络 269

9.6.3 对于TI505系列PLC服务器的改进 270

第10章 现场总线发展 273

10.1 当前现场总线存在的问题 273

10.2 工业以太网技术 275

10.2.1 封装 276

10.2.2 代理服务器 280

10.2.3 实时通信系统 281

10.2.4 嵌入以太网的I/O 281

10.2.5 网络控制器 282

10.2.6 以太网应用于工业现场的难点 282

10.3 OPC技术 285

10.4 Internet技术 287

参考文献 290