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第1章 现场总线技术概述1

1.1 现场总线的诞生1

1.1.1 自动化技术的发展历程1

1.1.2 现场总线的定义1

1.1.3 现场总线的概念2

1.2 企业网的结构与网络化控制的功能模型2

1.3 现场总线的主流技术与IEC611583

1.3.1 IEC611583

1.3.2 主流现场总线介绍4

1.4 现场总线的特点、现状与发展6

1.4.1 现场总线的特点与优点6

1.4.2 现场总线的现状7

1.4.3 现场总线的发展7

1.5 西门子工业通信网络概述8

1.5.1 西门子工业通信协议8

1.5.2 西门子现场总线的组态软件10

第2章 工业串行通信原理11

2.1 工业串行通信概述11

2.2 串行通信的基础知识12

2.2.1 串行通信的概念12

2.2.2 串行通信的数据帧12

2.2.3 同步通信与异步通信13

2.2.4 串行通信的全双工和半双工方式15

2.2.5 数据传输速率与传输距离15

2.2.6 差错检验16

2.2.7 数据的编码17

2.3 工业串行通信与EIA48521

2.3.1 工业控制中的串行通信特点21

2.3.2 EIA485的接口电路与电气特性21

2.3.3 EIA485的半双工与全双工连接23

2.4 串行通信的总线控制方式24

2.4.1 串行总线的结构24

2.4.2 串行通信的总线控制方式25

第3章 西门子PPI和MPI通信技术28

3.1 西门子PPI通信技术28

3.1.1 PPI通信概述28

3.1.2 PPI通信协议28

3.1.3 西门子S7-200 PLC之间的PPI通信的组态32

3.1.4 西门子S7-200 PLC与上位机之间的PPI通信35

3.2 西门子MPI通信技术36

3.2.1 西门子MPI协议概述36

3.2.2 西门子MPI通信协议模型37

3.2.3 西门子MPI网络的硬件组态38

3.2.4 PLC之间的全局数据的MPI通信38

3.2.5 PLC之间的直接数据读写的MPI通信42

第4章 现场总线PROFIBUS通信原理45

4.1 现场总线PROFIBUS的通信模型45

4.1.1 PROFIBUS协议的概况45

4.1.2 PROFIBUS的通信模型概述45

4.1.3 PROFIBUS的组成46

4.1.4 PROFIBUS的通信方式概述47

4.2 PROFIBUS的物理层48

4.2.1 PROFIBUS-FMS/DP的物理层48

4.2.2 PROFIBUS-PA的物理层49

4.3 PROFIBUS的数据链路层53

4.3.1 PROFIBUS数据链路层概述53

4.3.2 PROFIBUS数据链路层提供的数据传输服务54

4.3.3 现场总线管理层用户与接口55

4.3.4 数据链路层的令牌管理55

4.3.5 数据链路层的主从网络原理57

4.3.6 循环与响应时间59

4.3.7 出错控制60

4.3.8 站点内的定时器和计数器60

4.3.9 帧61

4.4 PROFIBUS-FMS的应用层与用户接口66

4.4.1 PROFIBUS-FMS的通信模型66

4.4.2 通信关系66

4.4.3 PROFIBUS-FMS的通信对象与通信字典67

4.4.4 PROFIBUS-FMS服务68

4.4.5 低层接口70

4.4.6 网络管理71

4.4.7 FMS行规71

4.5 PROFIBUS-DP/PA的用户接口与行规71

4.5.1 PROFIBUS-DP/PA通信协议的模型71

4.5.2 PROFIBUS-DP的服务功能73

4.5.3 直接数据链路映像程序74

4.5.4 电子设备数据文件77

4.5.5 DP行规78

4.5.6 PA行规79

第5章 现场总线PROFIBUS组网技术80

5.1 PROFIBUS组网技术概述80

5.2 PROFIBUS-DP主站与被动从站之间的通信80

5.2.1 S7-300/400和ET200M/S的PROFI3US-DP通信80

5.2.2 S7-300/400和S7-200的PROFIBUS-DP通信86

5.3 PROFIBUS-DP主站与智能从站之间的通信91

5.3.1 S7-300/400之间的PROFIBUS-DP不打包通信91

5.3.2 S7-300/400之间的PROFIBUS-DP打包通信99

5.4 基于PROFIBUS-DP连接的直接数据交换通信103

5.4.1 直接数据交换用于从站之间通信103

5.4.2 直接数据交换用于多主站通信111

第6章 西门子工业以太网PROFINET原理120

6.1 概述120

6.2 局域网及其体系结构120

6.2.1 IEEE802模型121

6.2.2 IEEE802标准121

6.2.3 载波多路访问和冲突检测122

6.3 以太网123

6.3.1 以太网的帧结构123

6.3.2 以太网的拓扑结构124

6.3.3 以太网的发展124

6.3.4 交换型以太网127

6.4 TCP/IP模型127

6.4.1 TCP/IP与OSI/RM参考模型128

6.4.2 IP协议129

6.4.3 TCP协议131

6.4.4 以太网与TCP/IP协议132

6.5 工业以太网原理133

6.5.1 以太网应用于工业环境的缺陷133

6.5.2 工业以太网的特点134

6.5.3 工业以太网的发展趋势135

6.5.4 西门子工业以太网136

6.6 实时工业以太网PROFINET137

6.6.1 PROFINET协议结构138

6.6.2 PROFINET的功能范围139

6.7 PROFINET IO143

6.7.1 PROFINET IO概述143

6.7.2 PROFINET IO与PROFIBUS-DP143

6.7.3 PROFINET IO设备类型144

6.7.4 PROFINET IO协议144

6.7.5 PROFINET IO诊断145

6.8 PROFINET CBA149

6.8.1 PROFINET CBA概述149

6.8.2 PROFINET CBA组件150

6.8.3 PROFINET CBA互连151

6.8.4 PROFINET CBA诊断152

第7章 西门子工业以太网组网技术155

7.1 S7-200PLC间的客户端／服务器端通信155

7.1.1 C/S网络客户端配置155

7.1.2 C/S网络服务器端配置161

7.1.3 程序编写162

7.2 S7-300与S7-200 PLC之间的IE通信166

7.2.1 2台CPU222客户端组态166

7.2.2 S7-300的服务器组态168

7.2.3 编写通信程序169

7.2.4 项目下载170

7.2.5 通信结果监控171

7.3 多台S7-300 PLC之间的IE通信172

7.3.1 网络组建172

7.3.2 程序编写175

7.3.3 项目下载及运行监控178

7.4 S7-300与ET200S的PROFINET IO通信178

7.4.1 PROFINET网络组建179

7.4.2 程序编写及验证182

第8章 西门子OPC技术183

8.1 OPC技术介绍183

8.2 西门子S7-200 PLC的OPC服务器的建立184

8.2.1 PC Access184

8.2.2 OPC服务器的建立184

8.2.3 测试客户机186

8.3 基于PROFIBUS的OPC服务器的建立186

8.4 基于PROFINET的OPC服务器的建立195

8.5 OPC服务器的测试工具OPC Scout196

第9章 西门子人机界面技术200

9.1 人机界面简介200

9.1.1 人机界面的基本概念200

9.1.2 人机界面的分类200

9.1.3 人机界面的功能200

9.2 基于触摸屏的监控网络202

9.2.1 触摸屏概述202

9.2.2 组态软件WinCC Flexible基础204

9.2.3 WinCC Flexible过程通信205

9.2.4 应用举例206

9.3 基于PC的工业监控网络209

9.3.1 工控机概述209

9.3.2 组态软件WinCC基础209

9.3.3 WinCC过程通信211

9.3.4 WinCC通信组态213

第10章 现场总线应用系统设计216

10.1 现场总线应用系统设计概述216

10.1.1 现场总线应用系统设计的一般方法216

10.1.2 现场总线系统网络选择和系统设计的原则217

10.1.3 现场总线技术应用与开发概述218

10.1.4 应用举例说明219

10.2 MPS工作站的远程控制系统设计219

10.2.1 MPS工作站分析219

10.2.2 加工站远程控制的总体方案设计220

10.2.3 加工站远程控制的硬件系统设计与组态221

10.2.4 加工站远程控制的软件系统设计222

10.3 多节点除湿机监控系统的设计223

10.3.1 除湿机控制对象分析223

10.3.2 除湿机监控系统总体方案设计224

10.3.3 除湿机监控系统的硬件系统设计与组态224

10.3.4 除湿机监控系统的软件设计226

10.3.5 除湿机监控系统的触摸屏与WinCC监控227

参考文献230