工业数据通信与控制网络PDF电子书下载

1.1 工业数据通信与控制网络概述 1

1.1.1 控制网络与现场总线 1

第1章 绪论 1

1.1.2 工业数据通信 2

1.1.3 早期的总线技术 3

1.2 网络集成式控制系统 6

1.2.1 控制系统的新型结构 6

1.2.2 网络集成式控制系统的特点 7

1.3 控制网络在企业网络系统中的地位与作用 9

1.3.1 企业网络系统的层次结构 9

1.2.3 控制系统对网络的要求 9

1.3.2 控制网络的地位与作用 10

1.3.3 控制网络与上层网络的连接方式 11

1.4 控制网络的发展与标准化 13

第2章 数据通信基础 15

2.1 工业数据通信系统的基本组成 15

2.1.1 数据通信系统是硬软件的结合体 15

2.1.2 广义通信系统模型 15

2.1.3 发送与接收设备 16

2.1.4 传输介质 16

2.1.5 通信软件 17

2.2.1 有效性指标 18

2.2 通信系统的性能指标 18

2.2.2 可靠性指标 19

2.2.3 通信信道的频率特性 20

2.2.4 介质带宽 20

2.2.5 信道容量 21

2.2.6 信噪比对信道容量的影响 21

2.3 数据编码 22

2.3.1 数字编码波形 23

2.3.2 模拟数据编码 26

2.4 数据传输方式 27

2.4.1 串行传输和并行传输 27

2.4.2 同步传输与异步传输 28

2.4.3 位同步、字符同步与帧同步 29

2.5 通信线路的工作方式 30

2.5.1 单工通信 30

2.5.2 半双工通信 30

2.5.3 全双工通信 30

2.6 信号的传输模式 31

2.6.1 基带传输 31

2.6.2 载波传输 31

2.6.3 宽带传输 31

2.6.4 异步转移模式ATM 31

2.7 差错控制 32

2.7.1 差错的检测方法 32

2.7.3 CRC检错码的工作原理 33

2.7.2 差错的纠正方法 33

2.7.4 自动重发 35

第3章 控制网络基础 37

3.1 计算机网络 37

3.2 控制网络 38

3.2.1 控制网络的节点 38

3.2.2 控制网络的任务与工作环境 39

3.2.3 控制网络的实时性要求 39

3.3 网络拓扑 40

3.3.1 环形拓扑 41

3.3.2 星形拓扑 41

3.3.4 树形拓扑 42

3.3.3 总线拓扑 42

3.4 网络的传输介质 43

3.4.1 双绞线 43

3.4.2 同轴电缆 43

3.4.3 光缆 44

3.4.4 无线通信 46

3.5 网络传输介质的访问控制方式 46

3.5.1 载波监听多路访问／冲突检测 47

3.5.2 介质访问控制的令牌方式 48

3.5.3 时分复用 51

3.6 网络互联 51

3.6.1 网络互联的基本概念 51

3.6.3 网络互联与操作系统 52

3.6.2 网络互联规范 52

3.6.4 控制网络互联 53

3.7 网络互联的通信参考模型 53

3.7.1 开放系统的互联参考模型 53

3.7.2 OSI参考模型的功能划分 54

3.7.3 几种典型控制网络的通信模型 55

3.8 网络互联设备 57

3.8.1 中继器 57

3.8.2 网桥 58

3.8.3 路由器 60

3.8.4 网关 61

4.1.1 串行通信帧的起始、停止位 63

4.1 串行通信 63

第4章 通用串行端口的数据通信 63

4.1.2 连接握手 64

4.1.3 确认 64

4.1.4 中断 65

4.1.5 轮询 65

4.1.6 差错检验 65

4.2 EIA-232-D的接口标准 67

4.2.1 接口的机械特性 67

4.2.2 接口的电气特性 67

4.2.3 接口的功能特性 68

4.2.4 EIA-232-D的规程特性 68

4.2.6 EIA-232-D端口的直接连接 70

4.2.5 DB-9连接器 70

4.3 EIA-485 71

4.3.1 EIA-485的技术参数 71

4.3.2 EIA-485的内部电路 72

4.4 EIA-485的端口连接 73

4.4.1 EIA-485的半双工连接 73

4.4.2 EIA-485的全双工连接 75

4.4.3 EIA-232到EIA-485端口的转换 75

4.5 EIA-485的网络连接 76

4.5.1 网络的机械电气接口 76

4.5.4 电气隔离 77

4.5.3 添加地线 77

4.5.2 网络拓扑 77

4.5.5 屏蔽与接地 79

4.6.1 主从协议 79

4.6.4 网络的主从式通信管理 79

4.6.2 通用串行协议 80

4.6.3 Modbus与Modbus Plus 81

第5章 CAN通信技术与汽车内部网络 84

5.1 CAN与汽车网络简介 84

5.2 CAN通信技术 86

5.2.1 CAN的通信参考模型 86

5.2.2 CAN的报文传送与帧结构 87

5.2.3 错误类型和界定 94

5.2.4 位定时与同步 95

5.2.5 CAN总线介质装置 97

5.3 CAN通信控制器 101

5.3.1 CAN通信控制器82C200 101

5.3.2 SJA1000CAN通信控制器 113

5.3.3 Intel 82527CAN通信控制器 117

5.3.4 带有CAN通信控制器的CPU 119

5.4 CAN总线收发器与I/O器件 123

5.4.1 CAN总线收发器82C250 123

5.4.2 CAN总线I/O器件82C150 126

5.5 SAE J1939汽车内部网络 127

5.5.1 汽车内部网络 127

5.5.2 SAEJ1939规范 127

5.5.4 J1939报文帧的格式与定义 129

5.5.3 J1939的物理连接与网络拓扑 129

5.5.5 ECU的设计说明 132

5.5.6 多网段车辆网络与网络管理 135

第6章 FF通信技术与控制网络 137

6.1 FF的技术特色 137

6.1.1 FF的主要技术 137

6.1.2 通信系统的主要组成部分及其相互关系 140

6.1.3 协议数据的构成与层次 142

6.1.4 FF网络通信中的虚拟通信关系 142

6.2 物理层及控制网络的物理连接 145

6.2.1 物理层的功能 145

6.2.3 传输介质 146

6.2.2 物理层的结构 146

6.2.4 FF的物理信号波形 147

6.2.5 基金会现场总线的信号编码 147

6.2.6 H1网段的拓扑结构 149

6.3 FF的链路活动调度 150

6.3.1 链路活动调度器LAS及其功能 150

6.3.2 通信设备类型 151

6.3.3 数据链路协议数据单元DLPDU 152

6.3.4 链路活动调度器的工作过程 154

6.3.5 数据传输的连接方式 155

6.3.6 链路时间 156

6.4.1 FF通信关系中的端点角色 157

6.4 总线访问子层的功能与服务 157

6.4.2 通信传输路径与触发策略 159

6.4.3 通信关系的建立方式 160

6.4.4 端点的综合特性 161

6.4.5 总线访问子层的服务及其参数 162

6.4.6 总线访问子层的协议数据单元 164

6.5 现场总线报文规范子层 165

6.5.1 对象字典 166

6.5.2 虚拟现场设备 168

6.5.3 联络关系管理 170

6.5.4 变量访问对象及其服务 170

6.5.5 事件服务 171

6.5.7 程序调用服务 172

6.5.6 “域”的上载或下载服务 172

6.5.8 FMS协议数据单元及其编码 173

6.6 网络管理 175

6.6.1 网络管理者与网络管理代理 175

6.6.2 网络管理代理虚拟现场设备 177

6.6.3 NMA对象与相应的对象服务 177

6.6.4 通信实体 180

6.7 系统管理 181

6.7.1 系统管理概述 181

6.7.2 系统管理的作用 184

6.7.3 系统管理信息库SMIB及其访问 185

6.7.4 SMK状态 186

6.7.5 系统管理服务和作用过程 187

6.7.6 地址与地址分配 191

6.8 功能块应用进程 193

6.8.1 功能块的内部结构与功能块连接 193

6.8.2 功能块应用进程中的用户应用块 196

6.8.3 块参数 197

6.8.4 功能块服务 202

6.8.5 功能块的对象字典 203

6.8.6 功能块的应用进程 204

6.9 设备描述与设备描述语言 205

6.9.1 设备描述 205

6.9.2 设备描述的参数分层 206

6.9.3 设备描述语言 207

6.9.4 设备描述DD的开发 208

6.9.5 CFF文件 210

6.10 FF通信控制器与网卡 211

6.10.1 FF通信控制器的功能 211

6.10.2 基金会现场总线通信控制器芯片 213

6.10.3 基于FB3050通信控制器的网卡设计 229

6.11 FF的网络布线与安装 233

6.11.1 H1网段的构成 233

6.11.2 总线供电与网络配置 235

6.11.3 网络的连接长度 237

6.11.4 网络的接地、屏蔽与极性 239

6.11.5 H1网络的常见故障及检测工具 240

6.12 FF应用系统 242

6.12.1 FF应用系统的设计 242

6.12.2 FF应用系统的组态 243

6.12.3 FF应用系统的投运 245

6.12.4 H1与其他异构网段的集成应用 246

第7章 PROFIBUS 248

7.1 概述 248

7.1.1 PROFIBUS基本特性 249

7.1.2 PROFIBUS-DP 254

7.1.3 PROFIBUS-PA 262

7.1.4 PROFIBUS-FMS 265

7.2.1 PROFIBUS与ISO/OSI参考模型 268

7.2 PROFIBUS通信协议 268

7.2.2 PROFIBUS设备配置 270

7.2.3 面向连接的数据交换顺序图 291

7.3 PROFIBUS的实现 295

7.3.1 DP从站单片的实现 296

7.3.2 智能化FMS和DP从站的实现 296

7.3.3 复杂的FMS和DP主站的实现 297

7.3.4 PA现场设备的实现 297

7.4 PROFIBUS控制器ASPC2 298

7.4.1 概述 298

7.4.2 功能概要 299

7.4.3 引脚描述 303

7.4.4 ASIC接口 306

7.4.5 处理器接口 311

7.4.6 串行总线接口 315

7.4.7 封装（P-MQFP100） 317

7.4.8 举例 317

7.4.9 PROFIBUS接口 319

7.5 ROFINet 322

第8章 LonWorks控制网络 325

8.1 LonWorks技术概述及应用系统结构 325

8.1.1 LonWorks控制网络的基本组成 326

8.1.2 LonWorks节点 327

8.1.3 路由器 328

8.1.5 网络管理 329

8.1.4 LonWorks internet连接设备 329

8.1.6 LonWorks技术的性能特点 331

8.2 LonWorks网络中分散式通信控制处理器——神经元芯片 332

8.2.1 处理单元 332

8.2.2 存储器 334

8.2.3 输入输出 334

8.2.4 通信端口 337

8.2.5 时钟系统 339

8.2.6 睡眠－唤醒机制 339

8.3 通信 340

8.3.1 双绞线收发器 340

8.2.8 Watchdog定时器 340

8.2.7 Service Pin 340

8.3.2 电力线收发器 345

8.3.3 其他类型介质 348

8.3.4 路由器 348

8.4 LonWorks通信协议——LonTalk 354

8.4.1 LonTalk协议概述 354

8.4.2 LonTalk协议的物理层通信协议 357

8.4.3 LonTalk协议的网络地址结构及对大网络的支持 357

8.4.4 LonTalk MAC子层 359

8.4.5 LonTalk协议的链路层 361

8.4.6 LonTalk协议的网络层 361

8.4.7 LonTalk协议的传输层和会话层 361

8.4.1 0 LonTalk协议的报文服务 362

8.4.8 LonTalk协议的表示层和应用层 362

8.4.9 LonTalk协议的网络管理和网络诊断 362

8.4.1 1LonTalk网络认证 363

8.5 面向对象的编程语言——Neuron C 363

8.5.1 定时器 364

8.5.2 网络变量 364

8.5.3 显式报文 366

8.5.4 调度程序 368

8.5.5 附加功能 368

8.6 LonWorks的互操作性 369

8.6.1 LonMark协会 369

8.6.3 应用程序准财 370

8.6.2 收发器和物理信道准则 370

8.7 LonWorks节点开发工具 375

8.7.1 LonBuilder多节点开发工具 375

8.7.2 NodeBuilder节点开发工具 375

8.8 LNS网络操作系统 376

8.8.1 概述 376

8.8.2 LNS网络工具 378

8.9 应用系统 380

8.9.1 LonWorks技术在楼宇自动化抄表系统中的应用 380

8.9.2 LonWorks技术在炼油厂原油罐区监控系统中的应用 383

8.9.3 LonWorks在某铝电解厂槽控机中的应用 385

9.1.1 工业以太网与以太网 390

9.1 工业以太网简介 390

第9章 工业以太网 390

9.1.2 工业以太网解决非确定性问题的措施 392

9.1.3 以太网的通信帧结构与数据封装 393

9.2 以太网的物理层与MAC子层 395

9.2.1 IEEE802.3与以太网 395

9.2.2 以太网物理层 395

9.2.3 以太网和IEEE802的帧格式 396

9.3 TCP/IP协议组 398

9.3.1 TCP/IP协议组的构成 398

9.3.2 IP协议 399

9.3.3 用户数据报协议 403

9.3.4 传输控制协议TCP 404

9.3.5 简单网络管理协议SNMP 406

9.4 EtherNet/IP 408

9.4.1 EtherNet/IP的通信参考模型 408

9.4.2 CIP的对象与标识 409

9.4.3 EtherNet/IP的报文种类 411

9.4.4 EtherNet/IP的技术特点 411

9.5 高速以太网HSE 412

9.5.1 HSE的系统结构 412

9.5.2 HSE与现场设备间的通信 412

9.5.3 HSE的柔性功能块 414

9.6 基于Web技术的远程监控 415

9.6.1 Web技术简介 415

9.5.4 HSE的链接设备 415

9.6.2 基于Web的远程监控系统 417

9.6.3 Web嵌入式工控节点及其远程监控 418

9.6.4 Web服务器独立式远程监控系统 419

第10章 几种控制网络的特色技术 421

10.1 ControlNet 421

10.1.1 并行时间域多路存取 421

10.1.2 ControlNet的MAC帧结构 422

10.1.3 通信调度的时间分片方法 423

10.1.4 ControlNet的虚拟令牌 424

10.2 WorldFIP 425

10.2.1 WorldFIP技术简介 425

10.1.5 ControlNet的显性报文与隐性报文 425

10.2.2 WorldFIP通信 426

10.2.3 WorldFIP的通信控制器 427

10.2.4 新一代FIP 430

10.3 Interbus的通信特色 430

10.3.1 Interbus简介 430

10.3.2 识别周期与数据传输工作周期 431

10.3.3 Interbus的数据环单总帧协议 432

10.3.4 Interbus的总线适配控制板 433

10.4 ASI控制网络 434

10.4.1 ASI的网络构成 434

10.4.2 ASI的主从通信 435

10.4.4 主节点的通信功能 436

10.4.3 ASI的报文格式 436

10.4.5 从节点的通信接口 438

10.5 DeviceNet 440

10.5.1 DeviceNet技术简介 440

10.5.2 DeviceNet的通信参考模型 441

10.5.3 DeviceNet的物理层和物理媒体 441

10.5.4 DeviceNet的对象模型 442

10.5.5 DeviceNet的连接与连接标识 442

10.5.6 DeviceNet的通信方式 444

10.5.7 DeviceNet的设备描述 445

10.6.1 SwiftNet 446

10.6 几种总线技术简介 446

10.6.2 HART 447

10.6.3 智能分布式系统SDS 450

10.6.4 Seriplex 451

10.6.5 消费电子总线CEBus与X-10 451

10.6.6 光总线 452

10.7 蓝牙无线微微网 454

10.7.1 蓝牙技术简介 454

10.7.2 蓝牙微微网与主从设备 455

10.7.3 蓝牙协议和应用行规 456

10.7.4 蓝牙设备的通信连接 457

10.7.5 蓝牙设备的状态与状态转移 459

10.7.7 蓝牙基带控制器芯片MT1020A 460

10.7.6 蓝牙的安全管理 460

10.7.8 蓝牙应用系统 462

10.8 控制网络的比较与选择 463

第11章 工业数据通信中的OPC技术 465

11.1 OPC技术简介 465

11.2 COM/DCOM 466

11.3 OPC服务器的对象与接口 467

11.3.1 OPC服务器对象 467

11.3.2 OPC接口 468

11.4 OPC服务器的类型 471

11.4.1 OPC数据访问服务器 471

11.4.2 OPC报警和事件服务器 473

11.4.4 OPC批量服务器 474

11.4.3 OPC历史数据访问服务器 474

11.5 OPC的软件主板功能 475

11.6 OPC的应用示例 476

11.6.1 不同控制网段之间的数据交换 476

11.6.2 利用OPC连接FCS、DCS与PLC 477

11.6.3 利用OPC增强系统的可扩展性 478

11.6.4 利用OPC访问监控软件的专有数据库 478

11.6.5 OPC与仿真功能和控制软件的连接 479

11.7 互联网上的OPC 479

11.7.1 OPC-DCOM方案 480

11.7.2 OPC-XML方案 482

参考文献 483