现场总线技术在智能断路器系统设计中的应用PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　现场总线技术概述 1

1.1.1　现场总线的概念 1

1.1.2　现场总线的结构特点和技术特点 2

1.1.3　现场总线的现状和发展趋势 4

1.1.4　现场总线的系列产品 5

1.2　控制网络与数据通信基础 8

1.2.1　ISO/OSI参考模型 8

1.2.2　基于总线的数据通信 10

1.2.3　控制局域网络拓扑结构 13

1.2.4　介质访问控制技术 14

1.3　智能断路器技术概述 15

1.3.1　智能断路器概述 15

1.3.2　智能断路器的结构原理 16

1.3.3　智能型断路器的特点 17

1.4　现场总线在智能断路器中的应用 18

思考题与习题 18

第2章　基于CAN总线的低压智能断路器 19

2.1　CAN总线技术原理 19

2.1.1　CAN总线概述 19

2.1.2　CAN总线上的数值逻辑以及速率与距离的关系 20

2.1.3　CAN总线的技术特点 21

2.1.4　CAN总线的应用范围及前景 22

2.2　CAN协议规范 23

2.2.1　CAN的分层结构 23

2.2.2　报文传送及其帧结构 27

2.2.3　CAN的通信协议 30

2.2.4　错误类型和界定 31

2.2.5　报文滤波原理和报文校验 32

2.2.6　CAN的标准接口 32

2.3　独立CAN控制器SJA 1000 33

2.3.1　芯片SJA 1000的概述 33

2.3.2　SJA 1000的特征 34

2.3.3　SJA 1000结构图 34

2.3.4　SJA 1000系统 35

2.4　CAN总线收发器TJA 1050 38

2.4.1　TJA 1050的特征 38

2.4.2　TJA 1050的工作模式 39

2.4.3　CAN高速收发器的典型应用 40

2.5　基于SJA 1000 CAN总线的通信接口的设计 41

2.6　基于CAN总线的低压断路器设计举例 53

2.6.1　基于CAN总线的网络化低压断路器系统的结构 53

2.6.2　基于CAN总线的低压断路器的主要硬件模块设计 55

2.6.3　软件设计 66

2.6.4　程序系统调试及现场试验 77

思考题与习题 82

第3章　基于Profibus-DP的断路器智能通信模块 83

3.1　Proffbus总线技术 83

3.1.1　Proffbus总线技术概述 83

3.1.2　Profibus的基本特性 84

3.1.3 Proffbus-DP 92

3.1.4 Profibus-PA 95

3.1.5 Proffbus-FMS 96

3.1.6　Profibus的特点 97

3.1.7　Profibus接口模块的物理层和数据链路层 98

3.2　智能低压断路器通信模块总体设计方案 102

3.3　网络的通信速率和可靠性分析 103

3.4　Proffbus-DP从站通信接口的硬件电路设计与实现 105

3.4.1　智能控制器的微处理器选择 106

3.4.2　总线协议芯片SPC3 107

3.4.3　RS-485与Profibus-DP接口电路 110

3.4.4　Profibus-DP的缓冲区结构 112

3.5　Profibus-DP从站通信接口的软件设计与实现 113

3.5.1　Profibus-DP通信软件的总体结构 113

3.5.2　Profibus-DP通信主程序文件 113

3.5.3　中断模块文件 116

3.5.4　通信接口模块与用户模块通信软件设计 116

3.5.5　数据交换状态下用户模块与接口模块的通信流程 121

3.6　系统通信测试与结果分析 122

3.6.1　测试平台及步骤 122

3.6.2　测试结果与分析 122

3.6.3　结论 123

思考题与习题 124

第4章　基于DeviceNet总线标准的通信接口 125

4.1　DeviceNet概述 125

4.2　DeviceNet协议规范 127

4.2.1　DeviceNet的网络层次 127

4.2.2　DeviceNet的信息格式 131

4.2.3　DeviceNet的对象模型 134

4.2.4　DeviceNet网络的通信模型 135

4.2.5　DeviceNet设备描述及一致性说明 139

4.2.6　DeviceNet节点开发的一般途径和步骤 141

4.3　通信适配器的硬件电路设计与实现 144

4.3.1　硬件电路的总体结构 144

4.3.2　微处理器M16C1N 145

4.3.3　误接线保护电路（MWP） 146

4.3.4　状态指示器和配置开关 147

4.4　通信适配器的软件设计与实现 147

4.4.1　软件设计的整体思路 148

4.4.2　媒体访问标识符重复检测的实现 153

4.4.3　连接状态的分配和建立 155

4.4.4　显式信息连接的实现 158

4.4.5　I/O轮询信息连接的实现 161

4.4.6　多字节信息的分段和重组 162

4.4.7　设备错误状态管理 164

4.5　一致性测试及通信适配器运行结果分析 166

4.5.1　一致性测试 166

4.5.2　通信适配器网络运行结果分析 170

思考题与习题 172

第5章　基于Modbus总线标准的通信接口 173

5.1 Modbus协议 173

5.1.1　Modbus协议简述 173

5.1.2　Modbus串行链路层协议 177

5.2　嵌入式Modbus通信系统总体设计及其实现方案 189

5.2.1　基于Modbus智能控制器的串行通信网络 189

5.2.2　元器件选型 190

5.2.3　Modbus通信卡软件设计方案 191

5.3　Modbus通信卡的硬件设计及实现 191

5.3.1　MCU子系统 192

5.3.2　数据采集子系统 194

5.3.3　串口通信子系统 196

5.4　Modbus通信卡的软件设计及实现 198

5.4.1　Modbus通信卡的任务 198

5.4.2　Modbus通信系统上位机软件设计及实现 200

5.5　Modbus通信系统调试及测试 202

5.5.1　PC程序调试 202

5.5.2　Modbus通信卡的调试 203

5.5.3　Modbus通信系统的现场测试 204

思考题与习题 205

第6章　DeviceNet-Modbus现场总线协议转换器 206

6.1　开发协议转换器的必要性 206

6.2　DeviceNet协议和Modbus协议转换原理 207

6.2.1　现场总线网络互联技术 207

6.2.2　DeviceNet与Modbus协议实现方案 208

6.3　协议转换器的硬件电路设计及实现 209

6.3.1　硬件电路结构 209

6.3.2　硬件电路各组成部分的设计说明 210

6.4　协议转换器的软件设计及实现 213

6.4.1　软件整体设计思路及主程序设计 213

6.4.2　系统初始化 214

6.4.3　重复MAC ID检测算法 217

6.4.4　连接的建立 218

6.4.5　DeviceNet报文的接收 220

6.4.6　DeviceNet报文的处理 222

6.4.7　DeviceNet报文的发送 223

6.4.8　Modbus报文的发送和接收 224

6.4.9　DeviceNet-Modbus协议转换的实现 224

6.5　协议转换器的一致性测试 227

6.5.1　DeviceNet产品的一致性测试 227

6.5.2　协议转换器一致性测试的结果 231

思考题与习题 231

第7章　OPC技术应用 232

7.1　OPC技术 232

7.1.1　OPC技术的产生背景及研究现状 232

7.1.2　OPC技术基础 234

7.1.3　OPC规范标准 241

7.1.4　OPC结构及特点 245

7.2　OPC数据传输的实现 247

7.2.1 同步数据访问方法的实现 248

7.2.2　异步数据访问方法的实现 250

7.2.3　数据订阅方法的实现 263

7.3　OPC客户端的开发 267

7.3.1　OPC客户端采用的技术 267

7.3.2　OPC客户端的总体设计 268

7.3.3　OPC客户端接收器模块的实现 269

7.3.4　OPC客户端连接模块的实现 274

7.3.5　OPC客户端文档／视图结构模块的实现 275

7.4　OPC服务器的开发 278

7.4.1　OPC服务器采用的技术&. 278

7.4.2　开发OPC服务器的方法 280

7.4.3　OPC服务器的总体设计 281

7.4.4　服务器对象的实现 286

7.4.5　组对象的实现 292

7.4.6　项对象的实现 297

7.4.7 I/O DLL驱动的实现 297

7.4.8　数据采集部分的实现 298

7.4.9 OPC服务器自注册功能的实现 301

7.4.10　基于Modbus协议的OPC服务器应用实例 304

7.5　调试结果及其分析 305

7.5.1　对Server对象的测试 305

7.5.2　对Group对象的测试 307

7.5.3　多个OPC客户端与OPC服务器相互通信的测试 308

7.6　OPC技术的应用 309

7.6.1 OPC客户端与OPC服务器的通信过程 309

7.6.2 OPC技术在以太网监控系统中的应用 314

思考题与习题 319

第8章　智能断路器的远程监控系统 320

8.1　断路器远程监控实现的技术基础 320

8.1.1　G语言编程与虚拟仪器 320

8.1.2　LabVIEW编程特色 321

8.1.3　设备驱动程序的开发技术 322

8.1.4　串口通信模块 323

8.2　远程监控系统总体设计及硬件组成 324

8.2.1　远程监控系统的总体设计思想 325

8.2.2　系统原理框架设计及芯片选型 326

8.2.3　智能断路器通信模块的硬件设计 326

8.2.4　硬件抗干扰措施 330

8.3　软件设计及实现 331

8.3.1　模块化的软件设计思想 331

8.3.2　主控计算机程序设计 331

8.3.3　CAN总线节点通信程序设计 334

8.3.4　Modbus总线从站通信程序设计 338

8.4　通信测试与结果分析 344

8.4.1　Modbus通信功能测试 344

8.4.2　CAN通信功能测试 345

8.4.3　上位机软件测试 346

8.4.4　整体测试结果及分析 347

8.4.5　系统误差分析 347

思考题与习题 348

附录A 349

附录B 351

附录C 357

附录D 363

附录E 365

附录F 372

参考文献 375