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目录 1

序 1

前言 1

第1章 绪论 1

1.1 工业控制系统和工业通信网络 1

1.1.1 工业自动化控制系统概述 1

1.1.2 工业通信网络模型 2

1.1.3 现场总线 4

1.1.4 工业以太网 6

1.2 多现场总线控制系统 8

1.3 系统集成技术 10

1.3.1 信息孤岛 10

1.3.2 信息集成技术 11

1.4.1 企业信息化 13

1.4 企业信息化 13

1.4.2 信息集成和信息综合利用 14

第2章 通信技术基础 17

2.1 通信基本概念 17

2.1.1 发送设备 17

2.1.2 接收设备 18

2.1.3 数据信息 18

2.1.4 传输速率 19

2.1.5 通信信道 20

2.1.6 传输介质 20

2.1.7 传输方式 22

2.1.8 基带传输、载波传输和宽带传输 23

2.1.9 同步传输与异步传输 24

2.1.10 串行传输和并行传输 25

2.1.11 数据编码 26

2.1.12 网络拓扑结构 30

2.1.13 链路控制 32

2.1.14 差错控制 33

2.2 通信协议与网络层次分析 34

2.2.1 概述 34

2.2.2 通信参考模型 34

2.2.3 物理层 36

2.2.4 数据链路层 37

2.2.5 网络层 37

2.2.6 运输层 38

2.2.7 会话层 39

2.2.8 表示层 39

2.2.9 应用层 40

2.3 常用串行通信技术 40

2.3.1 概述 40

2.3.2 串行通信需完成的基本任务 41

2.3.3 常用串行通信标准 41

2.3.4 串行通信技术中的可靠性措施 48

2.3.5 用RS-485构成总线型多点数据采集系统 53

第3章 工业通信局域网技术 57

3.1 工业通信局域网的要求和特点 57

3.2 差错控制技术 59

3.3 工业控制局域网体系结构 61

3.4 局域网技术 65

3.4.1 IEEE 802.4标准与令牌总线 66

3.4.2 IEEE 802.5标准与令牌环 77

3.4.3 IEEE 802.3标准与以太网 81

第4章 现场总线技术与标准化 88

4.1 概述 88

4.1.1 什么是现场总线 88

4.1.2 现场总线的结构特点 89

4.1.3 现场总线的技术特征 90

4.2.1 现场总线国际标准化体系结构 92

4.2 现场总线标准化的发展现状 92

4.2.2 现场总线系统安全规范 93

4.2.3 功能块与设备描述规范 94

4.3 现场总线的标准化 96

4.3.1 现场总线标准化情况 96

4.3.2 现场总线标准 97

4.4 几种流行的现场总线技术 101

4.4.1 基金会现场总线FF 102

4.4.2 ProfiBus现场总线 113

4.4.3 HART通信协议 125

4.4.4 CAN总线 128

4.4.5 DeviceNet-ControlNet系列标准 133

4.5 现场总线发展展望 138

4.5.1 现场总线国际标准 139

4.5.2 现场总线技术和工业以太网的结合 140

5.1 IEC 61131-3国际标准简介 141

第5章 IEC 61131-3编程语言 141

5.1.1 采用IEC 61131-3国际标准的必要性 142

5.1.2 IEC 61131-3国际标准的主要特点 143

5.1.3 IEC 61131-3国际标准在国外的发展 143

5.1.4 IEC 61131-3国际标准在中国的发展 144

5.1.5 IEC 61131-3国际标准的实施 145

5.2 IEC 61131-3软件系统 145

5.2.1 IEC 61131-3的两个重要模型 145

5.2.2 IEC 61131-3软件与实际系统的关系 146

5.2.3 IEC 61131-3软件模型 146

5.2.4 软件模型到实际系统的映射 148

5.2.5 IEC 61131-3软件模型的优点 148

5.2.6 通信模型 149

5.2.7 公共元素 149

5.3.1 结构化文本 150

5.3 IEC 61131-3的编程语言-文本化语言 150

5.3.2 指令表 153

5.4 IEC 61131-3的编程语言-图形化语言 155

5.4.1 功能块图 155

5.4.2 梯形图 156

5.4.3 顺序功能流程图 158

5.5 符合IEC 61131-3实际编程系统 161

5.5.1 IEC 61131-3编程系统概述 161

5.5.2 实际的IEC 61131-3编程系统主要特征 163

5.5.3 IEC的适应实现 165

5.6 应用和发展前景 166

5.6.1 IEC 61131-3在现场总线中的应用 166

5.6.2 IEC 61131-3的发展前景 166

6.1 以太网概述 168

6.1.1 以太网的产生和技术特点 168

第6章 工业以太网技术 168

6.1.2 以太网交换技术 174

6.2 以太网应用于工业控制网络 179

6.2.1 以太网通信 179

6.2.2 以太网应用于工业控制网络的可行性 180

6.3 工业以太网 182

6.3.1 工业以太网体系结构 182

6.3.2 工业以太网传输介质与可靠性设计 183

6.3.3 工业以太网实时通信技术 184

6.3.4 工业以太网生存性与可用性技术 187

6.3.5 工业以太网网络安全技术 188

6.3.6 工业以太网远距离传输技术 189

6.3.7 工业以太网特点 190

6.4 工业以太网设备 191

6.4.1 基于工业以太网技术的现场设备 191

6.5.1 ProfiNet 192

6.4.2 基于工业以太网的分布式网络控制系统 192

6.5 主要的工业以太网技术 192

6.5.2 EPA总线 196

6.5.3 EtherNet/IP 201

6.6 工业以太网应用 205

6.6.1 EPA现场总线实例 205

6.6.2 冗余工业以太网SCNet Ⅱ 209

第7章 工业控制网络互联与系统集成 212

7.1 工业通信网络互联 212

7.1.1 工业控制网络互联方法 215

7.1.2 工业控制网络互联采用的技术及注意事项 216

7.1.3 工业控制网络互联设备 218

7.2 基于网关的工业网络互联与系统集成 222

7.3 基于I/O驱动程序的工业网络互联与系统集成 223

7.3.1 I/O Driver的主要功能 223

7.3.4 常见的I/O设备及其与PC间的连接方式 224

7.3.2 I/O驱动程序的技术指标 224

7.3.3 使用I/O驱动程序的注意事项 224

7.4 基于DDE动态数据交换技术的工业网络互联与系统集成 227

7.4.1 DDE的基本概念 227

7.4.2 DDE通信的数据交换过程及原理 229

7.4.3 使用DDE的注意事项 230

7.5 常见管理信息系统概念 231

7.5.1 MIS系统 232

7.5.2 MES系统 232

7.5.3 ERP系统 236

第8章 OPC技术 238

8.1 OPC概述 238

8.1.1 OPC产生的背景 239

8.1.2 OPC的特点及适用范围 240

8.2.1 通用OPC结构及组成 242

8.2 OPC基本原理 242

8.2.2 对象及接口概述 249

8.2.3 必需的接口定义 251

8.2.4 可选的接口定义 252

8.2.5 服务器地址空间及配置 252

8.2.6 时间同步与顺序发送机制 253

8.2.7 永久存储机制 254

8.2.8 EnumOPC对象属性条目 254

8.3 OPC自定义接口 254

8.3.1 OPC自定义接口概述 254

8.3.2 OPC服务器对象 255

8.3.3 OPC组对象 256

8.3.4 客户端接口 258

8.4 OPC设计与应用 258

8.4.1 OPC客户机设计 258

8.4.2 OPC服务器设计 263

8.4.3 OPC应用 266

8.4.4 OPC在中国 272

第9章 系统集成的数据库技术 274

9.1 数据库技术的概述 274

9.1.1 数据与数据处理 274

9.1.2 数据管理的三个阶段 275

9.1.3 数据库系统结构 277

9.2 关系数据库 278

9.2.1 关系数据库模型 279

9.2.2 数据库管理系统 281

9.2.3 数据模型 284

9.2.4 关系数据库查询语言 286

9.2.5 大型关系数据库简介 290

9.2.6 关系数据库的设计和应用 293

9.3.1 实时数据库的概念 294

9.3 实时数据库 294

9.3.2 实时数据库的功能和特点 296

9.3.3 实时事务模型 297

9.3.4 实时事务处理 299

9.3.5 实时数据库的组成 303

9.3.6 分布式实时数据库和历史数据库 304

9.4 数据库的接口设计 305

9.4.1 开放数据库互联ODBC 305

9.4.2 Web与数据库接口技术 307

第10章 PIMS多系统集成软件平台 310

10.1 概述 310

10.1.1 PIMS的产生背景 310

10.1.2 PIMS的功能 311

10.1.3 PIMS的技术特点 312

10.2 PIMS网络层次 313

10.2.1 网络通信方式 314

10.2.2 远程数据源 315

10.2.3 网络数据库连接 317

10.3 PIMS系统的组成 317

10.3.1 分布式实时数据库 317

10.3.2 运行系统平台 318

10.3.3 Web Server分布式应用平台 319

10.3.4 SQL访问功能模块 319

10.3.5 脚本编译执行 320

10.3.6 PIMS报表 321

10.3.7 I/O设备驱动 321

10.4 P IMS在流程工业企业的应用实例 322

10.4.1 用户情况 322

10.4.2 控制系统的网络拓扑结构及连接方法 322

10.4.3 应用系统的开发步骤 324

10.4.4 应用效果 329

第11章 可扩展标记语言XML 331

11.1 XML概述 331

11.1.1 XML概念 332

11.1.2 开发者和开发目标 333

11.1.3 XML的优越性 333

11.1.4 XML应用简介 336

11.2 XML在Web服务中的应用 338

11.2.1 基本的缆线格式：SOAP 338

11.2.2 Web服务描述语言 342

11.2.3 “SOAP发现” 342

11.3 XML在工业控制系统中的应用 342

11.3.1 基于XML的信息集成技术 342

11.3.2 扩展OPC 344

11.3.3 OPC-XML 346

11.4.1 现场总线设备描述概述 350

11.4 XML在设备描述中的应用 350

11.4.2 用XML实现基于EPA的设备描述 351

11.4.3 应用前景 353

第12章 无线通信技术 354

12.1 无线广域通信技术 354

12.1.1 无线广域系统技术介绍 355

12.1.2 无线通信技术在城市污水监控中的应用分析 361

12.1.3 基于SMS服务的工业远程监控系统应用实例 364

12.2 无线局域通信技术 366

12.2.1 无线局域网络概述 367

12.2.2 无线局域网络传输技术 369

12.2.3 无线局域网络技术标准 371

12.2.4 IEEE 802.11标准 373

12.2.5 蓝牙技术 376

12.2.6 无线局域网络的工程实现 387

参考文献 390