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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ATM31

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-48571

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 Plus81

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82C200101

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CPU119

5.4 CAN总线收发器与I/O器件123

5.4.1 CAN总线收发器82C250123

5.4.2 CAN总线I/O器件82C150126

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DLPDU152

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 PROFIBUS248

7.1 概述248

7.1.1 PROFIBUS基本特性249

7.1.2 PROFIBUS-DP254

7.1.3 PROFIBUS-PA262

7.1.4 PROFIBUS-FMS265

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ASPC2298

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 ROFINet322

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 Pin340

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——LonTalk354

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 C363

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TCP404

9.3.5 简单网络管理协议SNMP406

9.4 EtherNet/IP408

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HSE412

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 ControlNet421

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 WorldFIP425

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FIP430

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 DeviceNet440

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 SwiftNet446

10.6 几种总线技术简介446

10.6.2 HART447

10.6.3 智能分布式系统SDS450

10.6.4 Seriplex451

10.6.5 消费电子总线CEBus与X-10451

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MT1020A460

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/DCOM466

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PLC477

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OPC479

11.7.1 OPC-DCOM方案480

11.7.2 OPC-XML方案482

参考文献483