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第1章 概述1

1．1 现场总线的基本概念1

1．1．1 现场总线的由来1

1．1．2 现场总线的定义4

1．2 现场总线的特点5

1．2．1 现场总线的基本特性5

1．2．2 现场总线与IT计算机网络技术的区别7

1．3 现场总线的现状8

1．3．1 现场总线国际标准9

1．3．2 造成多个标准共存的原因13

1．3．3 现场总线标准的共性与分类13

1．4 现场总线的未来14

1．4．1 积极推动单一现场总线国际标准的制订15

1．4．2 从冲突走向合作15

习题17

第2章 数据通信基础18

2．1 通信模型18

2．2 数据传输19

2．2．1 数据传输的基本术语19

2．2．2 传输模式21

2．2．3 传输损伤24

2．3 传输媒体29

2．3．1 有线传输媒体29

2．3．2 无线传输33

2．4 传输数据编码35

2．4．1 模拟信号传输数字数据35

2．4．2 数字信号传输数字数据36

2．4．3 模拟信号传输模拟数据38

2．4．4 数字信号传输模拟数据38

2．5 数据通信接口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 差错检测与校正52

2．6．1 奇偶检验码53

2．6．2 CRC检验码54

2．6．3 差错控制机制56

2．7 多路复用技术57

2．7．1 频分复用57

2．7．2 时分复用58

习题59

第3章 现场总线体系结构61

3．1 网络体系结构概述62

3．1．1 网络协议及分层的概念62

3．1．2 开放系统互连参考模型的制定63

3．2 开放系统互连参考模型中的若干重要概念65

3．2．1 各层的主要功能65

3．2．2 开放系统互连环境67

3．2．3 服务、协议与服务访问点68

3．2．4 信息传送单元70

3．2．5 服务原语72

3．2．6 面向连接服务与无连接服务73

3．2．7 源／目的与生产者／用户网络传输模式74

3．3 现场总线体系结构的建立及特点75

3．3．1 工业通信网络的特殊性75

3．3．2 现场总线的组成要素76

3．3．3 现场总线通信模型78

3．4 现场总线网络的拓扑结构84

3．4．1 总线型结构84

3．4．2 星型结构84

3．4．3 环型结构85

3．4．4 树型结构85

3．4．5 菊花链型结构85

3．4．6 网状结构86

习题86

第4章 媒体访问控制技术88

4．1 媒体访问控制技术概述88

4．2 集中控制型受控访问方法90

4．2．1 轮叫探询的性能分析90

4．2．2 传递探询的性能分析93

4．3 ALOHA随机访问方法94

4．3．1 纯ALOHA94

4．3．2 时隙ALOHA98

4．3．3 预约ALOHA100

4．4 CSMA随机访问方法102

4．4．1 CSMA原理和基本类型102

4．4．2 时隙非持续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 物理环访问方法112

4．5．1 令牌环访问方法113

4．5．2 令牌环访问方法性能估计115

4．5．3 时间片环与寄存器插入环访问方法116

4．6 令牌总线访问方法121

4．6．1 令牌总线原理121

4．6．2 令牌总线访问方法性能分析126

4．6．3 两种总线型访问方法的比较127

习题129

第5章 输入输出位传输现场总线130

5．1 位传输总线概述130

5．2 汽车总线的分类130

5．3 CAN总线体系结构及协议标准131

5．3．1 CAN总线及其基本特点131

5．3．2 CAN总线的体系结构132

5．3．3 CAN报文格式133

5．3．4 帧编码及其发送／接收138

5．3．5 总线访问139

5．3．6 错误检测与错误处理140

5．3．7 位定时与同步142

5．3．8 CAN总线的电气连接144

5．4 CAN控制器145

5．4．1 CAN控制器选型145

5．4．2 CAN控制器SJA1000146

5．4．3 CAN控制器MCP2515152

5．5 CAN总线收发器160

5．5．1 CAN总线收发器TJA1050160

5．5．2 CAN总线收发器MCP2551162

5．6 CAN节点的实现162

5．6．1 CAN节点硬件构成162

5．6．2 CAN节点通信程序设计163

5．7 CAN总线应用系统设计168

5．7．1 CAN总线应用系统的一般组成169

5．7．2 CAN总线网络设计步骤169

5．7．3 CAN报文格式分析工具-CANscope170

5．7．4 工具软件CANoe173

5．7．5 车身电子系统CAN总线通信网络设计178

5．8 CAN与其他位传输总线的比较182

5．8．1 P-NET182

5．8．2 SwiftNet184

5．8．3 AS-I185

5．8．4 DeviceNet186

5．8．5 SDS187

5．8．6 Seriplex187

5．8．7 位传输总线主要特性比较表188

习题189

第6章 设备现场总线191

6．1 设备现场总线概述191

6．2 Profibus总线的产生及特点191

6．2．1 Profibus发展历程191

6．2．2 Profibus的特点192

6．3 Profibus总线体系结构193

6．3．1 物理层及物理连接194

6．3．2 现场总线数据链路层197

6．3．3 应用层202

6．3．4 用户层与设备行规206

6．3．5 Profibus-FMS／DP／PA协议的异同点209

6．4 Profibus产品开发209

6．4．1 开发方案与流程209

6．4．2 Profibus芯片说明210

6．4．3 Profibus-DP主／从站通信接口板214

6．4．4 GSD文件216

6．4．5 Profibus设备设计实例217

6．5 Profibus现场总线控制系统应用226

6．5．1 Profibus控制系统项目设计226

6．5．2 Profibus应用实例227

6．6 Profibus与其他设备现场总线的比较230

6．6．1 ControlNet230

6．6．2 WorldFIP232

6．6．3 Interbus233

6．6．4 CC-Link236

6．6．5 设备现场总线的主要特性比较表238

习题239

第7章 狭义现场总线240

7．1 狭义现场总线概述240

7．2 基金会现场总线种类及体系结构241

7．2．1 H1与HSE之间的区别241

7．2．2 基金会现场总线的体系结构242

7．3 FF-H1物理层244

7．4 FF-H1通信栈244

7．4．1 数据链路层244

7．4．2 现场总线访问子层250

7．4．3 现场总线报文规范层256

7．5 FF-H1用户层261

7．5．1 功能模块的概念与分类261

7．5．2 模块参数263

7．5．3 功能块服务270

7．5．4 功能块链接270

7．5．5 功能块应用进程272

7．5．6 功能块的应用273

7．6 网络管理276

7．6．1 网络管理者与网络管理代理276

7．6．2 网络管理代理的虚拟现场设备277

7．6．3 NMA对象与相应的对象服务277

7．6．4 通信实体278

7．7 系统管理279

7．7．1 系统管理内核280

7．7．2 系统管理信息库及其访问281

7．7．3 SMK状态282

7．7．4 系统管理服务及作用过程283

7．8 FF-H1现场总线的组态与启动运行286

7．8．1 组态的层次与组态信息287

7．8．2 系统的启动运行289

7．8．3 装载LAS调度表与组态更新290

7．9 基金会现场总线控制系统的设计290

7．9．1 FF控制系统的结构290

7．9．2 FF控制系统的设计步骤292

7．9．3 FF应用实例295

习题295

第8章 工业以太网297

8．1 工业以太网概述297

8．2 工业以太网体系结构299

8．2．1 工业以太网通信模型299

8．2．2 Ethernet体系结构简介300

8．2．3 TCP／IP协议族302

8．2．4 互可操作性与应用层协议313

8．3 工业以太网基本特性313

8．3．1 工业以太网拓扑结构313

8．3．2 工业以太网传输媒体315

8．3．3 工业与商用以太网设备之间的区别316

8．3．4 工业以太网通信实时性的实现方法探讨316

8．4 高速以太网现场总线FF-HSE319

8．4．1 FF-HSE概况319

8．4．2 FF-HSE体系结构320

8．4．3 FF-HSE设备类型及其冗余连接324

8．5 FF-HSE与其他工业以太网的比较329

8．5．1 ProfiNet329

8．5．2 ．Modbus-RTPS331

8．5．3 EPA332

8．5．4 Ethernet Powerlink334

8．5．5 EtherCAT334

8．5．6 Vnet／IP334

8．5．7 ．TCnet335

8．6 工业以太网应用335

习题335

第9章 现场总线控制系统的设计与集成337

9．1 企业信息网的一般组成337

9．1．1 企业信息网的基本概念337

9．1．2 企业信息网的设计内容339

9．1．3 企业信息网的数据库系统342

9．2 现场总线控制系统的一般设计应用过程345

9．2．1 现场总线控制系统的设计原则345

9．2．2 FCS的网络设计和控制实现346

9．2．3 FCS软件开发与组态348

9．2．4 FCS的运行、维护与故障诊断350

9．3 现场总线控制系统的集成技术351

9．3．1 连接设备的应用352

9．3．2 OPC技术352

习题356

参考文献357

附录A 排队系统基础359

A．1 稳定状态下的数据流359

A．1．1 李特尔定律359

A．1．2 通信量强度360

A．2 M／G／1排队模型361

A．2．1 泊松过程362

A．2．2 扑拉切克-辛钦公式362

附录B IEEE 802标准365

附录C CAPL语言简介367

C．1 数据类型367

C．2 控制信息访问367

C．3 重要CAPL函数367