本書系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生背景、理論與技術(shù)基礎，深入揭示了導致現(xiàn)場總線標準多樣化的媒體訪問控制技術(shù)，并將現(xiàn)有20多種總線國際標準劃分為I/O位傳輸現(xiàn)場總線、設備現(xiàn)場總線、狹義現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)4個大類。書中從總線的技術(shù)特點、規(guī)范、總線接口電路設計以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計與應用等方面，較全面地闡述了4類總線的典型代表CAN、Profibus、FF-H1和FF-HSE，同時給出了其它總線標準的技術(shù)要點和區(qū)別。
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目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 現(xiàn)場總線的基本概念 1
1.1.1 現(xiàn)場總線的由來 1
1.1.2 現(xiàn)場總線的定義 4
1.2 現(xiàn)場總線的特點 5
1.2.1 現(xiàn)場總線的基本特性 5
1.2.2 現(xiàn)場總線與IT計算機網(wǎng)絡技術(shù)的區(qū)別 7
1.3 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 8
1.3.1 現(xiàn)場總線國際標準 9
1.3.2 造成多個標準共存的原因 13
1.3.3 現(xiàn)場總線標準的共性與分類 13
1.4 現(xiàn)場總線的未來 14
1.4.1 積極推動單一現(xiàn)場總線國際標準的制訂 15
1.4.2 從沖突走向合作 15
習題 17
第2章 數(shù)據(jù)通信基礎 18
2.1 通信模型 18
2.2 數(shù)據(jù)傳輸 19
2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘g(shù)語 19
2.2.2 傳輸模式 21
2.2.3 傳輸損傷 24
2.3 傳輸媒體 29
2.3.1 有線傳輸媒體 29
2.3.2 無線傳輸 33
2.4 傳輸數(shù)據(jù)編碼 35
2.4.1 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 35
2.4.2 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 36
2.4.3 模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 38
2.4.4 數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 38
2.5 數(shù)據(jù)通信接口 39
2.5.1 通信接口特性 39
2.5.2 EIA-232-D串行通信接口 40
2.5.3 RS-485串行通信接口 44
2.5.4 IEC61158.2串行通信接口 47
2.6 差錯檢測與校正 52
2.6.1 奇偶檢驗碼 53
2.6.2 CRC檢驗碼 54
2.6.3 差錯控制機制 56
2.7 多路復用技術(shù) 57
2.7.1 頻分復用 57
2.7.2 時分復用 58
習題 59
第3章 現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu) 61
3.1 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)概述 62
3.1.1 網(wǎng)絡協(xié)議及分層的概念 62
3.1.2 開放系統(tǒng)互連參考模型的制定 63
3.2 開放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概念 65
3.2.1 各層的主要功能 65
3.2.2 開放系統(tǒng)互連環(huán)境 67
3.2.3 服務、協(xié)議與服務訪問點 68
3.2.4 信息傳送單元 70
3.2.5 服務原語 72
3.2.6 面向連接服務與無連接服務 73
3.2.7 源/目的與生產(chǎn)者/用戶網(wǎng)絡傳輸模式 74
3.3 現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的建立及特點 75
3.3.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡的特殊性 75
3.3.2 現(xiàn)場總線的組成要素 76
3.3.3 現(xiàn)場總線通信模型 78
3.4 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu) 84
3.4.1 總線型結(jié)構(gòu) 84
3.4.2 星型結(jié)構(gòu) 84
3.4.3 環(huán)型結(jié)構(gòu) 85
3.4.4 樹型結(jié)構(gòu) 85
3.4.5 菊花鏈型結(jié)構(gòu) 85
3.4.6 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 86
習題 86
第4章 媒體訪問控制技術(shù) 88
4.1 媒體訪問控制技術(shù)概述 88
4.2 集中控制型受控訪問方法 90
4.2.1 輪叫探詢的性能分析 90
4.2.2 傳遞探詢的性能分析 93
4.3 ALOHA隨機訪問方法 94
4.3.1 純ALOHA 94
4.3.2 時隙ALOHA 98
4.3.3 預約ALOHA 100
4.4 CSMA隨機訪問方法 102
4.4.1 CSMA原理和基本類型 102
4.4.2 時隙非持續(xù)CSMA的性能分析 104
4.4.3 CSMA/CD工作原理 107
4.4.4 CSMA/CD性能分析 109
4.5 物理環(huán)訪問方法 112
4.5.1 令牌環(huán)訪問方法 113
4.5.2 令牌環(huán)訪問方法性能估計 115
4.5.3 時間片環(huán)與寄存器插入環(huán)訪問方法 116
4.6 令牌總線訪問方法 121
4.6.1 令牌總線原理 121
4.6.2 令牌總線訪問方法性能分析 126
4.6.3 兩種總線型訪問方法的比較 127
習題 129
第5章 輸入輸出位傳輸現(xiàn)場總線 130
5.1 位傳輸總線概述 130
5.2 汽車總線的分類 130
5.3 CAN總線體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議標準 131
5.3.1 CAN總線及其基本特點 131
5.3.2 CAN總線的體系結(jié)構(gòu) 132
5.3.3 CAN報文格式 133
5.3.4 幀編碼及其發(fā)送/接收 138
5.3.5 總線訪問 139
5.3.6 錯誤檢測與錯誤處理 140
5.3.7 位定時與同步 142
5.3.8 CAN總線的電氣連接 144
5.4 CAN控制器 145
5.4.1 CAN控制器選型 145
5.4.2 CAN控制器SJA1000 146
5.4.3 CAN控制器MCP2515 152
5.5 CAN總線收發(fā)器 160
5.5.1 CAN總線收發(fā)器TJA1050 160
5.5.2 CAN總線收發(fā)器MCP2551 162
5.6 CAN節(jié)點的實現(xiàn) 162
5.6.1 CAN節(jié)點硬件構(gòu)成 162
5.6.2 CAN節(jié)點通信程序設計 163
5.7 CAN總線應用系統(tǒng)設計 168
5.7.1 CAN總線應用系統(tǒng)的一般組成 169
5.7.2 CAN總線網(wǎng)絡設計步驟 169
5.7.3 CAN報文格式分析工具-CANscope 170
5.7.4 工具軟件CANoe 173
5.7.5 車身電子系統(tǒng)CAN總線通信網(wǎng)絡設計 178
5.8 CAN與其他位傳輸總線的比較 182
5.8.1 P-NET 182
5.8.2 SwiftNet 184
5.8.3 AS-I 185
5.8.4 DeviceNet 186
5.8.5 SDS 187
5.8.6 Seriplex 187
5.8.7 位傳輸總線主要特性比較表 188
習題 189
第6章 設備現(xiàn)場總線 191
6.1 設備現(xiàn)場總線概述 191
6.2 Profibus總線的產(chǎn)生及特點 191
6.2.1 Profibus發(fā)展歷程 191
6.2.2 Profibus的特點 192
6.3 Profibus總線體系結(jié)構(gòu) 193
6.3.1 物理層及物理連接 194
6.3.2 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層 197
6.3.3 應用層 202
6.3.4 用戶層與設備行規(guī) 206
6.3.5 Profibus-FMS/DP/PA協(xié)議的異同點 209
6.4 Profibus產(chǎn)品開發(fā) 209
6.4.1 開發(fā)方案與流程 209
6.4.2 Profibus芯片說明 210
6.4.3 Profibus-DP主/從站通信接口板 214
6.4.4 GSD文件 216
6.4.5 Profibus設備設計實例 217
6.5 Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應用 226
6.5.1 Profibus控制系統(tǒng)項目設計 226
6.5.2 Profibus應用實例 227
6.6 Profibus與其他設備現(xiàn)場總線的比較 230
6.6.1 ControlNet 230
6.6.2 WorldFIP 232
6.6.3 Interbus 233
6.6.4 CC-Link 236
6.6.5 設備現(xiàn)場總線的主要特性比較表 238
習題 239
第7章 狹義現(xiàn)場總線 240
7.1 狹義現(xiàn)場總線概述 240
7.2 基金會現(xiàn)場總線種類及體系結(jié)構(gòu) 241
7.2.1 H1與HSE之間的區(qū)別 241
7.2.2 基金會現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu) 242
7.3 FF-H1物理層 244
7.4 FF-H1通信棧 244
7.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層 244
7.4.2 現(xiàn)場總線訪問子層 250
7.4.3 現(xiàn)場總線報文規(guī)范層 256
7.5 FF-H1用戶層 261
7.5.1 功能模塊的概念與分類 261
7.5.2 模塊參數(shù) 263
7.5.3 功能塊服務 270
7.5.4 功能塊鏈接 270
7.5.5 功能塊應用進程 272
7.5.6 功能塊的應用 273
7.6 網(wǎng)絡管理 276
7.6.1 網(wǎng)絡管理者與網(wǎng)絡管理代理 276
7.6.2 網(wǎng)絡管理代理的虛擬現(xiàn)場設備 277
7.6.3 NMA對象與相應的對象服務 277
7.6.4 通信實體 278
7.7 系統(tǒng)管理 279
7.7.1 系統(tǒng)管理內(nèi)核 280
7.7.2 系統(tǒng)管理信息庫及其訪問 281
7.7.3 SMK狀態(tài) 282
7.7.4 系統(tǒng)管理服務及作用過程 283
7.8 FF-H1現(xiàn)場總線的組態(tài)與啟動運行 286
7.8.1 組態(tài)的層次與組態(tài)信息 287
7.8.2 系統(tǒng)的啟動運行 289
7.8.3 裝載LAS調(diào)度表與組態(tài)更新 290
7.9 基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計 290
7.9.1 FF控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 290
7.9.2 FF控制系統(tǒng)的設計步驟 292
7.9.3 FF應用實例 295
習題 295
第8章 工業(yè)以太網(wǎng) 297
8.1 工業(yè)以太網(wǎng)概述 297
8.2 工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 299
8.2.1 工業(yè)以太網(wǎng)通信模型 299
8.2.2 Ethernet體系結(jié)構(gòu)簡介 300
8.2.3 TCP/IP協(xié)議族 302
8.2.4 互可操作性與應用層協(xié)議 313
8.3 工業(yè)以太網(wǎng)基本特性 313
8.3.1 工業(yè)以太網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 313
8.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)傳輸媒體 315
8.3.3 工業(yè)與商用以太網(wǎng)設備之間的區(qū)別 316
8.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)通信實時性的實現(xiàn)方法探討 316
8.4 高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線FF-HSE 319
8.4.1 FF-HSE概況 319
8.4.2 FF-HSE體系結(jié)構(gòu) 320
8.4.3 FF-HSE設備類型及其冗余連接 324
8.5 FF-HSE與其他工業(yè)以太網(wǎng)的比較 329
8.5.1 ProfiNet 329
8.5.2 Modbus-RTPS 331
8.5.3 EPA 332
8.5.4 Ethernet Powerlink 334
8.5.5 EtherCAT 334
8.5.6 Vnet/IP 334
8.5.7 TCnet 335
8.6 工業(yè)以太網(wǎng)應用 335
習題 335
第9章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計與集成 337
9.1 企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成 337
9.1.1 企業(yè)信息網(wǎng)的基本概念 337
9.1.2 企業(yè)信息網(wǎng)的設計內(nèi)容 339
9.1.3 企業(yè)信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 342
9.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一般設計應用過程 345
9.2.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計原則 345
9.2.2 FCS的網(wǎng)絡設計和控制實現(xiàn) 346
9.2.3 FCS軟件開發(fā)與組態(tài) 348
9.2.4 FCS的運行？維護與故障診斷 350
9.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 351
9.3.1 連接設備的應用 352
9.3.2 OPC技術(shù) 352
習題 356
參考文獻 357
附錄A 排隊系統(tǒng)基礎 359
A.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)流 359
A.1.1 李特爾定律 359
A.1.2 通信量強度 360
A.2 M/G/1排隊模型 361
A.2.1 泊松過程 362
A.2.2 撲拉切克辛欽公式 362
附錄B IEEE 802標準 365
附錄C CAPL語言簡介 367
C.1 數(shù)據(jù)類型 367
C.2 控制信息訪問 367
C.3 重要CAPL函數(shù) 367
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