第1章 现场总线与工业以太网概述

1.1现场总线的现状与发展

1.1.1现场总线的产生

1.1.2现场总线的本质

1.1.3现场总线的特点和优点

1.1.4现场总线标准的制定

1.1.5现场总线的现状

1.1.6现场总线网络的实现

1.1.7现场总线技术的发展趋势

1.2工业以太网的产生与发展

1.2.1以太网引入工业控制领域的技术优势

1.2.2工业以太网与实时以太网

1.2.3 IEC 61784-2标准

1.2.4工业以太网技术的发展现状

1.2.5工业以太网技术的发展趋势与前景

1.3企业网络信息集成系统

1.3.1企业网络信息集成系统的层次结构

1.3.2现场总线的作用

1.3.3现场总线与上层网络的互联

1.3.4现场总线网络集成应考虑的因素

1.4现场总线设备

1.4.1现场总线设备的分类与特点

1.4.2现场总线差压变送器

1.4.3现场总线温度变送器

1.4.4现场总线阀门定位器

1.4.5现场总线电动执行器

1.4.6现场总线-气压转换器

1.4.7电流-现场总线转换器

1.4.8现场总线-电流转换器

1.4.9现场总线接口类设备

1.4.10现场总线仪表圆卡

1.5现场总线简介

1.5.1基金会现场总线（FF）

1.5.2 CAN

1.5.3 DeviceNet

1.5.4 LonWorks

1.5.5 PROFIBUS

1.5.6 HART

1.5.7 INTERBUS

1.5.8 CC-Link

1.5.9 ControlNet

1.5.10 WorldFIP

1.5.11P-Net

1.5.12 SwiftNet

1.5.13 AS-i

1.5.14 RS-485

1.6工业以太网简介

1.6.1工业以太网的主要标准

1.6.2 IDA

1.6.3 Ethernet/IP

1.6.4 EtherCAT

1.6.5 Ethernet Powerlink

1.6.6 PROFINET

1.6.7 HSE

1.6.8 EPA

习题

第2章 网络与通信基础

2.1数据通信基础

2.1.1基本概念

2.1.2通信系统的组成

2.1.3数据编码

2.1.4通信系统的性能指标

2.1.5信号的传输模式

2.1.6局域网及其拓扑结构

2.1.7网络传输介质

2.1.8介质访问控制方式

2.1.9 CRC校验

2.2现场控制网络

2.2.1现场控制网络的节点

2.2.2现场控制网络的任务

2.2.3现场控制网络的实时性

2.3网络硬件

2.3.1网络传输技术

2.3.2局域网

2.3.3城域网

2.3.4广域网

2.3.5无线网

2.3.6互联网

2.4网络互联

2.4.1基本概念

2.4.2网络互联规范

2.4.3网络互联操作系统

2.4.4现场控制网络互联

2.5网络互联设备

2.5.1中继器

2.5.2网桥

2.5.3网关

2.5.4路由器

2.6通信参考模型

2.6.1 OSI参考模型

2.6.2 TCP/IP参考模型

2.6.3 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较

2.6.4现场总线的通信模型

2.7 netX网络控制器

2.7.1 netX系列网络控制器

2.7.2 netX系列网络控制器的软件结构

2.7.3 netX可用的协议堆栈

2.7.4基于netX网络控制器的产品分类

2.7.5开发工具和测试板

2.7.6设计服务

2.7.7价格模式

2.8 ARM处理器

2.8.1ARM处理器概述

2.8.2 ARM体系架构的版本

2.8.3 ARM处理器的分类

2.9网络操作系统与工控组态软件

2.9.1 Windows操作系统

2.9.2 Netware

2.9.3 Windows CE

2.9.4 VxWorks

2.9.5 μC/OS-Ⅱ

2.9.6 Linux

2.9.7工控组态软件

2.10 OPC技术

2.10.1 OPC技术概述

2.10.2 OPC关键技术

2.10.3 OPC DA规范

2.10.4工业控制领域中的OPC应用实例

2.11 Web技术

2.11.1 Web技术概述

2.11.2 Web服务端技术

2.11.3 Web客户端技术

2.11.4 SCADA系统中的Web应用方案设计

习题

第3章 串行通信与Modbus - RTU通信协议

3.1串行通信基础

3.1.1串行异步通信数据格式

3.1.2连接握手

3.1.3确认

3.1.4中断

3.1.5轮询

3.1.6差错检验

3.2 RS-232C串行通信接口

3.2.1 RS-232C端子

3.2.2通信接口的连接

3.2.3 RS-232C电平转换器

3.3 RS - 485串行通信接口

3.3.1 RS -485接口标准

3.3.2 RS-485收发器

3.3.3应用电路

3.3.4 RS-485网络互联

3.4 USB接口

3.4.1 USB接口的定义

3.4.2 USB接口的特点

3.4.3 USB接口的应用

3.5 Modbus通信协议

3.5.1 Modbus通信协议概述

3.5.2两种传输方式

3.5.3 Modbus消息帧

3.5.4错误检测方法

3.5.5 Modbus的编程方法

3.6 PMM2000电力网络仪表及其应用

3.6.1 PMM2000电力网络仪表概述

3.6.2 PMM2000电力网络仪表 Modbus-RTU通信协议

3.6.3 PMM2000电力网络仪表在数字化变电站中的应用

习题

第4章CAN现场总线与CANopen

4.1 CAN的技术规范

4.1.1CAN的基本概念

4.1.2 CAN的分层结构

4.1.3报文传送和帧结构

4.1.4错误类型和界定

4.1.5位定时与同步的基本概念

4.1.6 CAN总线的位数值表示与通信距离

4.2 CAN通信控制器SJA1000

4.2.1 SJA1000内部结构

4.2.2 SJA1000引脚介绍

4.2.3 SJA1000应用说明

4.2.4 BasicCAN功能说明

4.2.5 PeliCAN功能说明

4.2.6 BasicCAN和PeliCAN的公用寄存器

4.3带SPI接口的CAN通信控制器MCP2515

4.3.1MCP2515概述

4.3.2 MCP2515的功能

4.4 CAN总线收发器

4.4.1CAN总线收发器概述

4.4.2 PCA82C250/251CAN总线收发器

4.4.3 TJA1050 CAN总线收发器

4.4.4 TJA1051CAN总线收发器

4.4.5 NCV7356 CAN总线单线收发器

4.4.6 AMIS-30660 CAN总线收发器

4.4.7 AMIS-30663 CAN总线收发器

4.4.8 AMIS-42700双高速CAN总线收发器

4.5 CAN总线应用节点设计

4.5.1硬件电路设计

4.5.2程序设计

4.6基于PCI总线的CAN智能网络通信适配器的设计

4.6.1 SCADA系统结构

4.6.2 PCI总线概述

4.6.3 PCI控制器CY7C09449PV

4.6.4 CAN智能网络通信适配器的设计

4.7 CAN智能节点的设计

4.7.1 CAN智能测控节点的一般结构

4.7.2 FBCAN-8 DI八路数字量输入智能节点的设计

4.8 CAN通信转换器的设计

4.8.1 CAN通信转换器概述

4.8.2 CAN通信转换器微控制器主电路的设计

4.8.3 CAN通信转换器UART驱动电路的设计

4.8.4 CAN通信转换器CAN总线隔离驱动电路的设计

4.8.5 CAN通信转换器USB接口电路的设计

4.9 CAN总线在汽车电子系统中的应用

4.9.1应用概述

4.9.2汽车CAN总线设计方案

4.10 CANopen

4.10.1 CANopen通信和设备模型

4.10.2 CANopen物理层

4.10.3 CANopen应用层

4.10.4 CANopen设备子协议

4.10.5 CANopen设备与网络

习题

第5章LonWorks智能控制网络

5.1 LonWorks智能控制网络概述

5.2神经元芯片

5.2.1神经元芯片概述

5.2.2神经元芯片TMPN3150B1AF

5.2.3网络通信端口

5.2.4收发器

5.3神经元芯片应用I/O

5.3.1I/O时序

5.3.2直接I/O对象

5.3.3串行I/O对象

5.3.4定时器/计数器I/O对象

5.4 LonWorks智能控制网络的组成

5.4.1 LonWorks智能控制网络结构

5.4.2 LonWorks的技术支持

5.5 LonTalk通信协议与LonMark对象

5.5.1 LonTalk协议介绍

5.5.2 LonTalk提供的服务

5.5.3介质访问控制和MAC层协议

5.5.4 LonTalk协议的链路层及网络层

5.5.5 LonTalk高层协议

5.5.6 LonMark对象

5.6 Neuron C——面向对象的编程语言

5.6.1Neuron C概述

5.6.2 Neuron C编程

5.6.3网络变量

5.6.4显式报文

5.7 LonWorks开发工具

5.7.1 LonBuilder开发工具

5.7.2 NodeBuilder节点开发工具

5.7.3第三代LNS网络工具

5.7.4 i.LON LonWorks互联网连接设备

5.8基于控制模块的LonWorks应用节点开发

5.8.1控制模块

5.8.2基于控制模块的节点开发实例

5.9基于PCI总线的LON网络智能适配器

5.9.1系统功能

5.9.2总体设计

5.9.3 CPLD译码

5.10 Host-Base结构节点的设计

5.10.1Host-Base结构节点的硬件设计

5.10.2 Host-Base结构节点的软件设计

习题

第6章PROFIBUS现场总线

6.1 PROFIBUS概述

6.2 PROFIBUS的协议结构

6.2.1 PROFIBUS-DP的协议结构

6.2.2 PROFIBUS-FMS的协议结构

6.2.3 PROFIBUS-PA的协议结构

6.3 PROFIBUS-DP现场总线系统

6.3.1 PROFIBUS-DP的三个版本

6.3.2 PROFIBUS-DP系统组成和总线访问控制

6.3.3 PROFIBUS-DP系统工作过程

6.4 PROFIBUS- DP的通信模型

6.4.1 PROFIBUS-DP的物理层

6.4.2 PROFIBUS-DP的数据链路层（FDL）

6.4.3 PROFIBUS-DP的用户层

6.4.4 PROFIBUS-DP用户接口

6.5 PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信

6.5.1 PROFIBUS-DP总线设备与数据通信概述

6.5.2 DP设备类型

6.5.3 DP设备之间的数据通信

6.5.4 PROFIBUS-DP循环

6.5.5采用交叉通信的数据交换

6.5.6设备数据库文件（GSD）

6.6 PROFIBUS传输技术

6.6.1DP/FMS的RS-485传输技术和安装要点

6.6.2 PA的IEC1158-2传输技术和安装要点

6.6.3光纤传输技术

6.7 PROFIBUS总线存取协议

6.7.1 PROFIBUS-DP

6.7.2 PROFIBUS-PA

6.7.3 PROFIBUS-FMS

6.8从站通信控制器SPC3.

6.8.1 ASICs介绍

6.8.2功能简介

6.8.3引脚说明

6.8.4存储器分配

6.8.5 ASIC接口

6.8.6 PROFIBUS-DP接口

6.8.7通用处理器总线接口

6.8.8 UART

6.8.9 PROFIBUS接口

6.9主站通信控制器ASPC2与网络接口卡

6.9.1 ASPC2介绍

6.9.2 CP5611网络接口卡

6.9.3 CP5613网络接口卡

6.9.4 CP5511/5512网络接口卡

6.10 PROFIBUS-DP开发包4.

6.10.1开发包4 （PACKAGE 4）的组成

6.10.2硬件安装

6.10.3软件使用

6.11 PROFIBUS-DP从站的开发

6.11.1硬件电路

6.11.2软件开发

6.12 PROFIBUS-DP从站智能节点的设计

6.12.1 PROFIBUS-DP从站智能测控节点的一般结构

6.12.2 FBPRO-8DO八路数字量输出智能节点的设计

6.12.3 FBPRO-8DO从站的GSD文件

6.12.4 PROFIBUS-DP上位机通信程序设计

6.12.5 PROFIBUS-DP从站的测试过程

6.13 PROFInet技术

6.13.1 PROFInet部件模型

6.13.2 PROFInet运行期

6.13.3 PROFInet的网络结构

6.13.4 PROFInet与OPC的数据交换

6.14 PROFIBUS控制系统的集成技术

6.14.1 PROFIBUS控制系统的构成

6.14.2 PROFIBUS控制系统的配置

6.14.3 PROFIBUS系统配置中的设备选型

6.15 基于嵌入式通信模块COM-C的PROFIBUS-DP主站系统设计

6.15.1 PROFIBUS-DP主站系统设计方案

6.15.2基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站硬件设计

6.15.3基于嵌入式通信模块COM-C的DP主站软件设计

6.15.4 PROFIBUS-DP主站模块在新型DCS系统中的应用

习题

第7章 基金会现场总线FF

7.1基金会现场总线FF

7.1.1基金会现场总线FF的主要技术

7.1.2通信系统的组成及其相互关系

7.1.3基金会现场总线的通信模型

7.1.4物理层

7.1.5数据链路层

7.1.6现场总线访问子层

7.1.7现场总线报文规范层

7.1.8网络管理

7.1.9系统管理

7.1.10 FF通信控制器

7.2 FF功能块参数

7.2.1功能块及参数概述

7.2.2控制变量的计算

7.2.3块模式参数

7.2.4量程标定参数

7.2.5错误状态和警报

7.3 FF的功能块库

7.3.1转换块和资源块

7.3.2功能块

7.4 FF的典型功能块

7.4.1模拟输入功能块AI

7.4.2模拟输出功能块AO

7.4.3开关量输入功能块DI

7.4.4开关量输出功能块DO

7.4.5 PID控制算法功能块PID

7.5功能块在串级控制设计中的应用

7.5.1炉温控制系统

7.5.2串级控制功能块连接

7.5.3功能块参数设置

习题

第8章CC-Link与WorldFIP现场总线

8.1 CC-Link现场总线

8.1.1 CC-Link结构及系统配置

8.1.2 CC-Link通信规范

8.1.3 CC-Link通信协议

8.1.4 CC-Link产品的开发

8.2 WorldFIP现场总线

8.2.1 WorldFIP现场总线概述

8.2.2 WorldFIP现场总线技术的体系结构

8.2.3 WorldFIP现场总线技术的硬件体系

8.2.4 WorldFIP现场总线技术的软件体系

8.2.5 WorldFIP现场总线技术开发工具

习题

第9章DeviceNet现场总线

9.1 DeviceNet概述

9.1.1 DeviceNet的特性

9.1.2对象模型

9.1.3 DeviceNet网络及对象模型

9.2 DeviceNet连接

9.2.1 DeviceNet关于CAN标识符的使用

9.2.2建立连接

9.3 DeviceNet报文协议

9.3.1显式报文

9.3.2输入输出报文

9.3.3分段/重组

9.3.4重复MAC ID检测协议

9.3.5设备监测脉冲报文及设备关闭报文

9.4 DeviceNet通信对象分类

9.5网络访问状态机制

9.5.1网络访问事件矩阵

9.5.2重复MAC ID检测

9.5.3预定义主/从连接组

9.6指示器和配置开关

9.6.1指示器

9.6.2配置开关

9.6.3指示器和配置开关的物理标准

9.6.4 DeviceNet连接器图标

9.7 DeviceNet的物理层和传输介质

9.7.1 DeviceNet物理层的结构

9.7.2物理层

9.7.3传输介质

9.7.4网络电源配置

9.8设备描述

9.8.1对象模型

9.8.2 I/O数据格式

9.8.3设备配置

9.8.4扩展的设备描述

9.8.5设备描述编码机制

9.9 DeviceNet节点的开发

9.9.1 DeviceNet节点的开发步骤

9.9.2设备描述的规划

9.9.3设备配置和电子数据文档（EDS）

习题

第10章 工业以太网

10.1 EtherCAT

10.1.1 EtherCAT协议概述

10.1.2 EtherCAT系统组成

10.1.3 EtherCAT应用层协议

10.1.4 EtherCAT从站控制芯片

10.1.5 EtherCAT硬件设计

10.1.6 EtherCAT伺服驱动器控制应用协议

10.2 SERCOS

10.2.1 SERCOS概述

10.2.2 SERCOS协议

10.2.3 SERCOS Ⅲ的接口实现

10.2.4 SERCOS工业应用

10.3 Ethernet Powerlink

10.3.1 POWERLINK的原理

10.3.2 POWERLINK网络拓扑结构

10.3.3 POWERLINK的实现方案

10.3.4 POWERLINK的应用层

10.3.5 POWERLINK在运动控制和过程控制的应用案例

10.4 EPA

10.4.1EPA概述

10.4.2 EPA技术原理

10.4.3基于EPA的技术开发

习题

第11章 基于现场总线与工业以太网的新型DCS的设计

11.1新型DCS概述

11.1.1通信网络的要求

11.1.2控制功能的要求

11.1.3系统可靠性的要求

11.1.4其他方面的要求

11.2现场控制站的组成

11.2.1 2个控制站的DCS结构

11.2.2 DCS测控板卡的类型

11.3新型DCS通信网络

11.3.1以太网实际连接网络

11.3.2双CAN网络

11.4新型DCS控制卡的硬件设计

11.4.1控制卡的硬件组成

11.4.2 W5100网络接口芯片

11.4.3双机冗余电路的设计

11.4.4存储器扩展电路的设计

11.5新型DCS控制卡的软件设计

11.5.1控制卡软件的框架设计

11.5.2双机热备程序的设计

11.5.3 CAN通信程序的设计

11.5.4以太网通信程序的设计

11.6控制算法的设计

11.6.1控制算法的解析与运行

11.6.2控制算法的存储与恢复

11.7 8通道模拟量输入板卡（8AI）的设计

11.7.18通道模拟量输入板卡的功能概述

11.7.2 8通道模拟量输入板卡的硬件组成

11.7.3 8通道模拟量输入板卡微控制器主电路的设计

11.7.4 8通道模拟量输入板卡的测量与断线检测电路设计

11.7.5 8通道模拟量输入板卡信号调理与通道切换电路的设计

11.7.6 8通道模拟量输入板卡的程序设计

11.8 8通道热电偶输入板卡（8TC）的设计

11.8.18通道热电偶输入板卡的功能概述

11.8.2 8通道热电偶输入板卡的硬件组成

11.8.3 8通道热电偶输入板卡的测量与断线检测电路设计

11.8.4 8通道热电偶输入板卡的程序设计

11.9 8通道热电阻输入板卡（8RTD）的设计

11.9.18通道热电阻输入板卡的功能概述

11.9.2 8通道热电阻输入板卡的硬件组成

11.9.3 8通道热电阻输入板卡的测量与断线检测电路设计

11.9.4 8通道热电阻输入板卡的程序设计

11.10 4通道模拟量输出板卡（4AO）的设计

11.10.1 4通道模拟量输出板卡的功能概述

11.10.2 4通道模拟量输出板卡的硬件组成

11.10.3 4通道模拟量输出板卡的PWM输出与断线检测电路设计

11.10.4 4通道模拟量输出板卡自检电路设计

11.10.5 4通道模拟量板卡输出算法设计

11.10.6 4通道模拟量板卡的程序设计

11.11 16通道数字量输入板卡（16DI）的设计

11.11.116通道数字量输入板卡的功能概述

11.11.2 16通道数字量输入板卡的硬件组成

11.11.3 16通道数字量输入板卡信号预处理电路的设计

11.11.4 16通道数字量输入板卡信号检测电路的设计

11.11.5 16通道数字量输入板卡的程序设计

11.12 16通道数字量输出板卡（16DO）的设计

11.12.1 16通道数字量输出板卡的功能概述

11.12.2 16通道数字量输出板卡的硬件组成

11.12.3 16通道数字量输出板卡开漏极输出电路的设计

11.12.4 16通道数字量输出板卡输出自检电路的设计

11.12.5 16通道数字量输出板卡外配电压检测电路的设计

11.12.6 16通道数字量输出板卡的程序设计

11.13 8通道脉冲量输入板卡（8PI）的设计

11.13.1 8通道脉冲量输入板卡的功能概述

11.13.2 8通道脉冲量输入板卡的硬件组成

11.13.3 8通道脉冲量输入板卡的程序设计

习题

参考文献