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第1章　绪论1

1.1　工业自动化技术及控制系统的发展历程1

前言1

1.2　工业网络的定义、结构和应用6

1.2.1　工业网络的定义6

1.2.2　现场总线在工业网络中的位置和作用7

本章小结11

思考题与练习题11

2.1.1　工业数据通信概述12

第2章　工业网络与通信基础知识12

2.1　工业网络通信基础12

2.1.2　数据通信的基本概念13

2.1.3　数据编码14

2.1.4　数据传输16

2.1.5　差错控制19

2.2　工业网络物理结构22

2.2.1 网络的传输介质22

2.2.2　工业通信网络的主要拓扑结构24

2.2.3　介质访问控制方式25

2.3.1　OSI参考模型28

2.3　开放系统互连参考模型及网络互连28

2.3.2　网络互连32

2.3.3　现场总线的通信协议模型35

本章小结37

思考题与练习题38

第3章　现场总线技术概述39

3.1　现场总线的产生背景39

3.2　现场总线及现场总线控制系统的定义40

3.3.1　现场总线的结构特点41

3.3　现场总线的特点41

3.3.2　现场总线的技术特点42

3.4　现场总线的优点43

3.5　现场总线的国际标准及其制定过程44

3.6　现场总线与IT计算机网络的区别47

3.7　DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别49

3.7.1 三大控制系统的基本要点49

3.7.2　FCS与DCS的区别50

3.7.3　PLC、DCS和FCS之间的融合50

3.8.1　现场总线技术的现状和发展趋势51

3.8　现场总线技术的发展和研究热点51

3.8.2　现场总线领域的研究和应用热点52

3.9　几种主要的现场总线技术简介53

3.9.1 FF53

3.9.2 WorldFIP55

3.9.3 INTERBUS57

3.9.4 CAN57

3.9.5 LonWorks59

3.9.6 ControlNet和DeviceNet61

本章小结64

思考题与练习题65

第4章 PROFIBUS概述66

4.1 PROFIBUS的发展及其成为标准的历程66

4.2 PROFIBUS家族及其应用67

4.2.1 PROFIBUS家族成员67

4.2.2 PROFIBUS工业网络及其应用68

4.3 PROFIBUS的协议结构69

4.3.1 协议结构69

4.3.2　物理层70

4.3.3　数据链路层71

4.3.4　应用层73

4.4　PROFIBUS的行规75

4.4.1　应用行规75

4.4.2　系统行规77

4.4.3　几种主要的行规介绍77

4.5　PROFIBUS的GSD文件79

4.6　PROFIBUS的产品认证81

4.7　PROFIBUS-DP版本的发展82

4.8　设备管理工具的发展84

思考题与练习题86

本章小结86

第5章　PROFIBUS-DP及DP-V088

5.1　PROFIBUS-DP的基本概念88

5.1.1　传输技术88

5.1.2　设备类型89

5.1.3　基本特点89

5.1.4　总线存取过程89

5.1.5　系统配置90

5.1.6　设备地址91

5.2.3　DP从站92

5.2.2　2类DP主站92

5.2.1 1类DP主站92

5.2　DP各站的功能及通信92

5.2.4　DP各站之间的通信93

5.3　DP报文格式95

5.4　DP主站和从站的工作过程97

5.4.1　主站工作过程97

5.4.2　从站工作过程98

5.5　DP-V0报文详解99

5.5.1　改变从站地址报文100

5.5.2　诊断请求及响应报文100

5.5.3　参数设置请求及响应报文104

5.5.4　组态请求及响应报文106

5.5.5　数据交换及全局控制报文108

5.6　总线和信息的循环时间及估计112

5.6.1　有关总线时间的一些术语112

5.6.2　循环时间及估计113

5.7　PROFIBUS-DP系统的接线及安装114

5.7.1　PROFIBUS-DP传输技术114

5.7.2　PROFIBUS-DP中RS485的接线116

5.7.3　电缆及现场安装122

5.8.1　系统组成125

5.8　简单PROFIBUS-DP系统组成及应用举例125

5.8.2　基于SIEMENS公司主站板卡组成的系统127

5.8.3　基于Softing公司主站板卡组成的系统133

本章小结135

思考题与练习题136

第6章 PROFIBUS-PA及DP-V1140

6.1　PROFIBUS-PA概述140

6.1.1 PA概述140

6.1.2　PA的技术特点140

6.2.1 IEC61158-2的特点141

6.1.3　过程控制使用PA的优点141

6.2　PROFIBUS-PA的通信协议141

6.2.2　DP-V1通信协议的特点142

6.2.3 DP-V1的组成142

6.3　PROFIBUS-PA的系统结构143

6.4　PROFIBUS-PA行规145

6.4.1 概述145

6.4.2　PA装置中的块模型145

6.4.3　PA行规中的信号链147

6.4.4　PA设备中的数据及其表示方法148

6.5 DP-V1报文详解150

6.5.1　参数设置报文151

6.5.2　组态报文153

6.5.3　诊断报文153

6.5.4　非循环通信MS1报文157

6.5.5　非循环通信MS2报文163

6.6　PROFIBUS-PA的现场安装169

6.6.1　PA网络的接线169

6.6.3　PROFIBUS-PA使用的电缆170

6.6.2　屏蔽与接地170

6.6.4　PROFIBUS-PA网络设计举例171

6.7　现场总线本质安全概念174

6.7.1　本质安全概念174

6.7.2　FISCO概述175

6.7.3　FISCO在PROFIBUS-PA系统设计中的应用176

6.8　FDT/DTM技术及其应用177

6.8.1 FDT/DTM技术177

6.8.2　工厂资产管理系统及其应用178

6.9.1 控制装置简介179

6.9　PROFIBUS-PA简单系统举例179

6.9.2　系统组态181

6.9.3　系统设计183

6.9.4　系统调试及运行185

本章小结186

思考题与练习题187

第7章　AS-i技术及应用189

7.1　AS-i技术概述189

7.1.1　AS-i概述189

7.1.2　AS-i的产生和发展190

7.1.3　开发AS-i所遵从的一些技术规范191

7.1.4　AS-i的主要优点191

7.1.5　AS-i的主要特点193

7.1.6　AS-i系统的基本组成193

7.2　AS-i技术解析195

7.2.1　AS-i的行规195

7.2.2　AS-i的网络结构198

7.2.3　AS-i的通信机理200

7.2.4　AS-i的报文202

7.2.6　AS-i主站操作204

7.2.5　AS-i从站地址设定204

7.2.7　AS-i的工作过程205

7.3　AS-i的扩展207

7.3.1 概述207

7.3.2　AS-i V2.1从站的编址和ID码208

7.3.3　AS-i V2.1的模拟量处理功能211

7.3.4　外围故障诊断213

7.4　AS-i的安全工作技术213

7.4.1　AS-i安全工作的概念213

7.4.2　安全要求类别及标准214

7.4.3　AS-i安全技术实现原理215

7.4.4　AS-i安全监测控制器217

7.4.5　Asimon组态软件的使用219

7.4.6　AS-i安全工作技术使用举例221

7.5　AS-i网络的接线和安装要点 　222

7.6　AS-i应用举例 　224

7.6.1　实例系统1224

7.6.2　实例系统2225

7.6.3　实例系统3229

7.6.4　基于AS-i的传送带控制系统230

思考题与练习题240

本章小结240

第8章　现场总线技术应用综合举例242

8.1　使用现场总线技术要考虑的几个问题242

8.1.1　选用现场总线技术的原因242

8.1.2　现场总线技术最适合的使用场合243

8.1.3　选择合适的现场总线244

8.1.4　组成和设计现场总线控制系统的方法245

8.2.1　PROFIBUS-DP常用产品介绍248

8.2　PROFIBUS和AS-i常用产品介绍248

8.2.2　PROFIBUS-PA常用产品介绍254

8.2.3　AS-i常用产品介绍258

8.3　现场总线技术应用综合举例262

8.3.1 烟厂制丝线现场总线集成控制系统262

8.3.2　切梗丝机现场总线控制系统266

本章小结270

思考题与练习题270

9.1 以太网和IEEE 802.3272

9.1.1 以太网的产生272

第9章 工业以太网和PROFINET272

9.1.2　以太网的物理层273

9.1.3　以太网的数据链路层276

9.1.4　解决以太网竞争问题和提高服务质量的措施277

9.2　因特网与TCP/IP278

9.2.1 概述278

9.2.2 TCP/IP模型280

9.2.3　TCP/IP各层的功能280

9.3.2　需要解决的问题282

9.3.1　概述282

9.3　工业以太网282

9.3.3　工业以太网的现状283

9.4　PROFINET285

9.4.1　概述285

9.4.2　PROFINET的通信286

9.4.3 PROFINET IO289

9.4.4　PROFINET CBA292

本章小结295

思考题与练习题296

10.1.1 OPC技术简介297

第10章 现场总线中使用的OPC技术和IEC 61131-3编程语言297

10.1 OPC技术297

10.1.2　几种OPC中使用的微软技术298

10.1.3　OPC的接口和服务器300

10.1.4　OPC的应用302

10.2　IEC 61131-3概述303

10.2.1 IEC 61131产生的原因和发展历程304

10.2.2　IEC 61131-3的突出特点308

10.3　IEC 61131-3编程基础309

10.3.1　程序组织单元309

10.3.2　简单语言元素311

10.3.3　数据类型313

10.3.4　变量316

10.3.5　系统配置319

10.4　IEC 61131-3的标准功能及功能块322

10.4.1 标准功能322

10.4.2　标准功能块326

10.5　IEC 61131-3编程语言及使用举例328

10.5.1　梯形图328

10.5.2　结构化文本331

10.5.3　指令表340

10.5.4　顺序功能图343

10.6　IEC 61131-3应用实例程序设计355

10.6.1 一个典型的现场总线控制系统中的底层实例355

10.6.2　WAGO 750-833可编程总线控制器简介356

10.6.3　控制程序设计357

本章小结358

思考题与练习题359

A.1.2　使用设备和装置361

A.1.1 实验目的361

A.1　PROFIBUS-DP网络基础实验361

附录A　实验指导书 　361

附录　361

A.1.3　实验内容362

A.1.4　实验报告要求363

A.2　PROFIBUS-DP组态和简单调试实验363

A.2.1 实验目的364

A.2.2　使用设备和装置364

A.2.3　实验内容364

A.2.4　实验报告要求364

A.3.4　实验报告要求365

A.3.3　实验内容365

A.3　PROFIBUS-DP报文分析及故障诊断实验365

A.3.2　使用设备和装置365

A.3.1 实验目的365

A.4　PROFIBUS-DP应用实验1366

A.4.1　实验目的366

A.4.2　使用设备和装置366

A.4.3　实验内容366

A.5.3　实验内容367

A.5.2　使用设备和装置367

A.5.1　实验目的367

A.5　PROFIBUS-DP应用实验2367

A.4.4　实验报告要求367

A.5.4　实验报告要求368

A.6　PROFIBUS-DP应用实验3368

A.6.1 实验目的368

A.6.2　使用设备和装置368

A.6.3　实验内容368

A.7.2　使用设备和装置369

A.7.1　实验目的369

A.7　PROFIBUS-PA实验369

A.6.4　实验报告要求369

A.7.3　实验内容370

A.7.4　实验报告要求370

A.8　AS-i网络基础实验370

A.8.1　实验目的370

A.8.2　使用设备和装置371

A.8.3　实验内容371

A.8.4　实验报告要求372

A.9.2　使用设备和装置373

A.9.3　实验内容373

A.9　AS-i网络应用实验373

A.9.1　实验目的373

A.9.4　实验报告要求374

A.10　IEC 61131-3编程实验1374

A.10.1 实验目的374

A.11.1 实验目的375

A.10.4　实验报告要求375

A.11 IEC 61131-3编程实验2375

A.10.3　实验内容375

A.10.2　使用设备和装置375

A.11.2　使用设备和装置376

A.11.3　实验内容376

A.11.4　实验报告要求376

附录B　PROFIBUS常用信息速查表377

B.1　PROFIBUS-DP报文基本信息速查377

B.2　DP-V0参数化报文信息速查378

B.3　DP-V0组态报文信息速查379

B.4　DP-V0诊断报文信息速查380

B.5　DP-V0扩展诊断报文信息速查381

B.6　DP-V0全局控制报文信息速查382

B.7　DP-V1扩展参数化报文信息速查383

B.8　DP-V1扩展组态报文信息速查384

B.9　DP-V1扩展诊断报文信息速查385

B.10　DP-V1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查386

B.11　诊断响应报文常用信息速查387

附录C　常用缩略语备查表388

附录D　学习现场总线技术常用网站网址393

参考文献395