工業控制網絡技術

本書系統地闡述了幾種市場佔有率較高的工業控制網路技術的通信協定、技術特點、硬體實現以及系統設計等內容，旨在介紹工業控制網路技術及應用。
 
全書共分為6章，第1章主要介紹了工業控制網路的概念、研究意義及發展現狀。第2～5章詳細介紹了當今已經具有極大市場佔有率和良好應用前景的四種主流工業控制網路技術：PROFIBUS控制網路、Modbus控制網路、CAN控制網路、DeviceNet控制網路。第6章簡要介紹了其他幾種工業控制網路技術，工業乙太網：Ethernet/IP、EtherCAT、EPA；WLAN：WAPI，並簡要分析了控制網路的選用原則。
 
本書可供普通高等院校自動化、電腦科學與技術等專業的研究生和高年級本科生使用，也可供從事工業控制網路系統設計與應用開發的技術人員參考。

第1章 緒論 1
 
1.1 工業控制網路技術的研究意義 1
 
1.2 工業控制網路 2
 
1.2.1 工業控制網路概述 2
 
1.2.2 現場匯流排 2
 
1.2.3 工業乙太網 3
 
1.2.4 工業無線網路 3
 
1.3 網路控制系統 4
 
1.3.1 網路控制系統的發展 4
 
1.3.2 網路控制系統的優點 5
 
1.4 控制網路與資訊網路的關係 6
 
1.4.1 控制網路與資訊網路的區別 6
 
1.4.2 控制網路與資訊網路的集成 6
 
1.5 工業控制網路的發展 8
 
1.5.1 工業控制網路的發展歷程 8
 
1.5.2 工業控制網路標準化 9
 
1.5.3 工業控制網路的應用 11
 
1.5.4 工業控制網路的發展趨勢 12
 
第2章 PROFIBUS 14
 
2.1 概述 14
 
2.2 PROFIBUS 的模型結構 15
 
2.2.1 PROFIBUS-FMS 16
 
2.2.2 PROFIBUS-DP 16
 
2.2.3 PROFIBUS-PA 16
 
2.3 PROFIBUS 的通信協議 16
 
2.3.1 實體層 16
 
2.3.2 現場匯流排資料連結層 21
 
2.3.3 應用層 24
 
2.3.4 PROFIBUS 行規 25
 
2.4 PROFIBUS 的實現 26
 
2.4.1 DP 從站單片的實現 27
 
2.4.2 智慧化FMS 和DP從站的實現 28
 
2.4.3 複雜的FMS 和DP主站的實現 28
 
2.4.4 PA 現場設備的實現 28
 
2.5 從站通信控制器SPC3 28
 
2.5.1 ASIC 介紹 28
 
2.5.2 SPC3 功能簡介 29
 
2.5.3 引腳介紹 30
 
2.5.4 記憶體分配及參數 31
 
2.5.5 ASIC 介面 35
 
2.5.6 PROFIBUS-DP 介面 42
 
2.5.7 通用處理器匯流排界面 43
 
2.5.8 UART 45
 
2.5.9 PROFIBUS 介面電路 45
 
2.6 主站通信控制器ASPC2 與網路介面卡 46
 
2.6.1 ASPC2 介紹 46
 
2.6.2 CP5611 網路介面卡 48
 
2.6.3 CP5613 網路介面卡 49
 
2.6.4 CP5511/5512 網路介面卡 49
 
2.7 PROFIBUS-DP 開發包4 50
 
2.7.1 開發包4 的組成 50
 
2.7.2 硬體安裝 53
 
2.7.3 軟體使用 53
 
2.8 PROFIBUS-DP 從站的開發 55
 
2.8.1 硬體設計 55
 
2.8.2 軟體設計 55
 
2.9 PROFIBUS 控制系統的集成 56
 
2.9.1 PROFIBUS 控制系統的構成 56
 
2.9.2 PROFIBUS 控制系統的配置 57
 
2.9.3 PROFIBUS 系統組態中的設備選型 58
 
2.10 PROFINET 65
 
2.11 實例：PROFIBUS 在煤礦粉塵監控系統中的應用 67
 
2.11.1 系統的構成及功能 67
 
2.11.2 通信 69
 
2.11.3 系統軟體設計 70
 
第3章 Modbus 71
 
3.1 概述 71
 
3.2 串列鏈路上的Modbus 協定 72
 
3.2.1 實體層 72
 
3.2.2 Modbus 資料連結層 77
 
3.2.3 Modbus 功能碼 79
 
3.2.4 S7-200 的Modbus通訊設定 88
 
3.3 TCP/IP 上的Modbus 協議 93
 
3.3.1 Modbus TCP/IP 協定上層結構 94
 
3.3.2 TCP/IP 棧 95
 
3.3.3 TCP 管理 98
 
3.3.4 通信應用層 101
 
3.4 實例：基於Modbus 協議工控節點的設計 108
 
3.4.1 控制節點硬體設計 108
 
3.4.2 控制節點軟體設計 112
 
第4章 CAN 115
 
4.1 概述 115
 
4.2 CAN 通信協議 116
 
4.2.1 CAN 的通信參考模型 116
 
4.2.2 位定時與同步 116
 
4.2.3 CAN 匯流排的位元值與通信距離 118
 
4.2.4 媒體存取控制 118
 
4.2.5 報文傳輸 119
 
4.2.6 錯誤類型和錯誤界定 123
 
4.3 CAN 通信控制器 125
 
4.3.1 SJA1000 通信控制器 125
 
4.3.2 TN82527 CAN 通信控制器 143
 
4.3.3 內嵌CAN 控制器的P8xC591 146
 
4.4 CAN 匯流排收發器與I/O 器件 152
 
4.4.1 CAN 匯流排收發器82C250 152
 
4.4.2 CAN 匯流排收發器TJA1050 154
 
4.4.3 CAN 匯流排I/O 器件82C150 165
 
4.5 匯流排長度及節點數的確定 166
 
4.6 CAN 控制器與8051 系列單片機的介面技術 168
 
4.6.1 CAN 匯流排智慧節點的設計 168
 
4.6.2 CAN 中繼器的設計 175
 
4.6.3 CAN 匯流排與RS-485 匯流排轉換橋接器的設計 181
 
4.7 CAN 匯流排通信適配器的設計 185
 
4.7.1 CAN 匯流排通信適配器的硬體結構 185
 
4.7.2 CAN 匯流排通信適配器的工作原理 185
 
4.8 實例： CAN 控制網路在煤礦瓦斯報警系統中的應用 186
 
4.8.1 系統硬體設計 186
 
4.8.2 系統軟體設計 187
 
第5章 DeviceNet 189
 
5.1 概述 189
 
5.2 DeviceNet 通信模型 190
 
5.2.1 實體層 190
 
5.2.2 資料連結層 193
 
5.2.3 應用層 194
 
5.3 DeviceNet 的連接及報文協定 194
 
5.3.1 CAN 識別字 195
 
5.3.2 DeviceNet 傳輸報文 196
 
5.3.3 DeviceNet 連接的建立 197
 
5.4 DeviceNet 物件模型 205
 
5.5 設備描述與 EDS 檔 207
 
5.6 一致性測試 207
 
5.7 DeviceNet 設備 208
 
5.7.1 DNET 掃描模組 208
 
5.7.2 DeviceNet 遠端I/O適配模組 209
 
5.7.3 DeviceNet 通信轉換模組 210
 
5.7.4 DeviceNetBuilder 軟體 211
 
5.8 實例：DeviceNet 網路設計 212
 
第6章 工業乙太網及其他控制網路 216
 
6.1 工業乙太網 216
 
6.1.1 概述 216
 
6.1.2 工業乙太網的優點 217
 
6.1.3 工業乙太網的通信模型 217
 
6.2 Ethernet/IP 218
 
6.2.1 Ethernet/IP 模型 218
 
6.2.2 Ethernet/IP 的通信機制 219
 
6.2.3 Ethernet/IP 網路的優勢 220
 
6.3 EtherCAT 220
 
6.3.1 EtherCAT 匯流排特性 220
 
6.3.2 EtherCAT 系統的工作原理 221
 
6.3.3 EtherCAT 的優勢 222
 
6.4 EPA 222
 
6.4.1 概述 222
 
6.4.2 EPA 網路架構 223
 
6.4.3 EPA 的工作原理 224
 
6.4.4 EPA 的技術特點 226
 
6.5 WLAN 227
 
6.5.1 概述 227
 
6.5.2 WLAN 協定模型（協定簇） 227
 
6.5.3 WLAN 的工作原理和網路結構 228
 
6.6 WAPI 229
 
6.6.1 概述 229
 
6.6.2 WAPI 的工作原理 230
 
6.6.3 WAPI 技術的應用 231
 
6.7 控制網路的比較與選擇 231
 
參考文獻 233