現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應用系統(tǒng)設計

第1章　概論　1
1.1　現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展　1
1.1.1　現(xiàn)場總線的產(chǎn)生　1
1.1.2　現(xiàn)場總線的本質(zhì)　2
1.1.3　現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點　3
1.1.4　現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀　4
1.1.5　現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的實現(xiàn)　6
1.1.6　現(xiàn)場總線技術的發(fā)展趨勢　7
1.2　現(xiàn)場總線與企業(yè)網(wǎng)絡　7
1.2.1　企業(yè)網(wǎng)絡　7
1.2.2　企業(yè)網(wǎng)絡技術　8
1.2.3　企業(yè)網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)　10
1.2.4　企業(yè)網(wǎng)絡的實現(xiàn)　13
1.2.5　企業(yè)網(wǎng)絡Intranet　15
1.2.6　信息網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡　18
1.3　流行現(xiàn)場總線簡介　20
1.3.1　基金會現(xiàn)場總線(FF)　20
1.3.2　PROFIBUS　21
1.3.3　CAN　22
1.3.4　DeviceNet　22
1.3.5　LonWorks　23
1.3.6　ControlNet　24
1.3.7　CC-Link　25
第2章　控制網(wǎng)絡技術　28
2.1　數(shù)據(jù)通信技術基礎　28
2.1.1　數(shù)據(jù)通信的基本概念　28
2.1.2　通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　30
2.1.3　數(shù)據(jù)的編碼技術　31
2.1.4　數(shù)據(jù)的傳輸模式　34
2.1.5　數(shù)據(jù)的通信方式　37
2.1.6　計算機網(wǎng)絡及其拓撲結(jié)構(gòu)　38
2.1.7　傳輸介質(zhì)　40
2.1.8　介質(zhì)訪問控制方式　42
2.1.9　差錯控制編碼技術　43
2.2　網(wǎng)絡互連技術　46
2.2.1　基本概念　46
2.2.2　網(wǎng)絡互連規(guī)范　47
2.2.3　網(wǎng)絡互連和操作系統(tǒng)　47
2.2.4　現(xiàn)場控制網(wǎng)絡互連　48
2.3　網(wǎng)絡互連設備　48
2.3.1　中繼器　48
2.3.2　網(wǎng)橋　49
2.3.3　路由器　49
2.3.4　網(wǎng)關　50
2.4　通信參考模型　50
2.4.1　OSI參考模型　50
2.4.2　TCP/IP參考模型　53
2.4.3　現(xiàn)場總線的通信模型　55
第3章　通用串行通信接口技術　57
3.1　串行通信技術基礎　57
3.1.1　串行通信基本概念　57
3.1.2　串行異步通信數(shù)據(jù)格式　59
3.2　RS-232C串行通信接口技術　60
3.2.1　RS-232C接口　60
3.2.2　RS-232C通信接口的互連　61
3.2.3　RS-232C驅(qū)動器/接收器　61
3.3　RS-485串行通信接口技術　62
3.3.1　RS-485接口　62
3.3.2　RS-485收發(fā)器　63
3.3.3　RS-485接口的典型應用　64
3.3.4　RS-485網(wǎng)絡互連　64
第4章　PROFIBUS現(xiàn)場總線　66
4.1　PROFIBUS概述　66
4.2　PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)　68
4.2.1　PROFIBUS-DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.2.2　PROFIBUS-FMS的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.2.3　PROFIBUS-PA的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.3　PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)　69
4.3.1　DP的RS-485傳輸技術和安裝要點　70
4.3.2　PROFIBUS-DP的三個版本　70
4.3.3　PROFIBUS-DP系統(tǒng)組成和總線訪問控制　74
4.3.4　PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作過程　76
4.4　PROFIBUS-DP的通信模型　79
4.4.1　PROFIBUS-DP的物理層　79
4.4.2　PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)鏈路層(FDL)　82
4.4.3　PROFIBUS-DP的用戶層　89
4.4.4　PROFIBUS-DP用戶接口　90
4.5　PROFIBUS-DP的總線設備類型　92
4.5.1　概述　92
4.5.2　DP設備類型　93
4.6　設備數(shù)據(jù)庫文件(GSD)　94
4.6.1　GSD文件的作用和組成　94
4.6.2　GSD文件的使用說明　95
4.6.3　GSD文件的格式　96
第5章　PROFIBUS-DP通信控制器與網(wǎng)絡接口卡　102
5.1　概述　102
5.1.1　簡單DP從站的實現(xiàn)　102
5.1.2　智能化DP從站的實現(xiàn)　103
5.1.3　復雜DP主站的實現(xiàn)　103
5.2　從站通信控制器SPC3　103
5.2.1　ASICs介紹　103
5.2.2　SPC3功能簡介　103
5.2.3　SPC3引腳介紹　104
5.2.4　SPC3存儲器分配及參數(shù)　106
5.2.5　ASIC接口　109
5.2.6　PROFIBUS-DP接口　115
5.2.7　通用處理器總線接口　126
5.2.8　UART　127
5.2.9　PROFIBUS-DP的 RS-485傳輸接口電路　127
5.2.10　PROFIBUS-DP從站的狀態(tài)機制　128
5.3　主站通信控制器ASPC2與網(wǎng)絡接口卡　129
5.3.1　ASPC2介紹　129
5.3.2　CP5611網(wǎng)絡接口卡　131
5.3.3　CP5613網(wǎng)絡接口卡　131
5.3.4　CP5511/5512網(wǎng)絡接口卡　132
5.3.5　CP5611和CP5613安裝及組態(tài)　132
第6章　PROFIBUS-DP應用系統(tǒng)設計　134
6.1　PROFIBUS-DP開發(fā)包4　134
6.1.1　開發(fā)包4(PACKAGE 4)的組成　134
6.1.2　硬件安裝　137
6.1.3　軟件使用　137
6.2　PROFIBUS-DP從站的開發(fā)　139
6.2.1　硬件電路　139
6.2.2　軟件開發(fā)　140
6.3　PROFIBUS-DP從站智能測控節(jié)點的系統(tǒng)設計　141
6.3.1　PROFIBUS-DP從站智能測控節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　141
6.3.2　FBPRO-8DI八路隔離型數(shù)字量輸入智能節(jié)點的系統(tǒng)設計　141
6.3.3　A/D轉(zhuǎn)換器ADS1216及其應用　160
6.3.4　FBPRO-4MV四通道隔離型毫伏信號輸入智能節(jié)點的系統(tǒng)設計　174
6.3.5　FBPRO-8DI智能節(jié)點的設備數(shù)據(jù)庫(GSD)文件　178
6.4　PROFIBUS-DP主站通信程序設計　180
6.4.1　通信程序中主要函數(shù)介紹　180
6.4.2　主站通信程序開發(fā)實例　186
6.5　PROFIBUS-DP從站的測試過程　190
6.5.1　安裝硬件和驅(qū)動程序　191
6.5.2　拷貝GSD文件　191
6.5.3　啟動COM PROFIBUS　191
6.5.4　添加主站和從站　191
6.5.5　啟動Set PG/PC　192
6.5.6　軟件測試　194
6.6　PROFInet技術　196
6.6.1　PROFInet部件模型　196
6.6.2　PROFInet運行期　198
6.6.3　PROFInet的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)　199
6.6.4　PROFInet與OPC的數(shù)據(jù)交換　200
第7章　DeviceNet現(xiàn)場總線　202
7.1　DeviceNet技術概述　202
7.1.1　設備級的網(wǎng)絡　202
7.1.2　DeviceNet的特性　203
7.1.3　DeviceNet的通信模式　204
7.2　DeviceNet通信模型　205
7.2.1　DeviceNet的物理層　205
7.2.2　DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層　208
7.2.3　DeviceNet的應用層　209
7.3　DeviceNet設備描述　216
7.3.1　DeviceNet設備的對象模型　216
7.3.2　DeviceNet設備的對象描述　218
7.4　DeviceNet連接　219
7.4.1　建立連接　219
7.4.2　DeviceNet預定義主/從連接組　221
7.4.3　預定義主/從連接的工作過程　224
7.5　預定義主/從連接實例　227
7.5.1　顯式報文連接　227
7.5.2　輪詢連接　228
7.5.3　位-選通連接　229
7.5.4　狀態(tài)變化連接或循環(huán)連接　229
7.5.5　DeviceNet的通信過程理解　230
7.6　網(wǎng)絡訪問狀態(tài)機制　233
7.6.1　網(wǎng)絡訪問事件矩陣　233
7.6.2　重復MAC ID檢測　234
7.7　指示器和配置開關　234
7.7.1　指示器　234
7.7.2　配置開關　235
7.7.3　指示器和配置開關的物理標準　235
7.7.4　DeviceNet連接器圖標　235
7.8　CAN的技術規(guī)范　236
7.8.1　CAN的基本概念　237
7.8.2　CAN的分層結(jié)構(gòu)　238
7.8.3　報文傳送和幀結(jié)構(gòu)　239
7.8.4　錯誤類型和界定　244
7.8.5　位定時與同步的基本概念　245
7.8.6　CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離　247
7.9　CAN通信控制器及其收發(fā)器　248
7.9.1　CAN器件簡介　248
7.9.2　CAN通信控制器SJA1000　248
7.9.3　CAN總線收發(fā)器　254
7.10　DeviceNet節(jié)點的開發(fā)　256
7.10.1　DeviceNet節(jié)點的開發(fā)步驟　256
7.10.2　設備描述的規(guī)則　264
7.10.3　設備配置和電子數(shù)據(jù)文檔(EDS)　265
工業(yè)以太網(wǎng)及其應用系統(tǒng)設計　270
8.1　概述　270
8.1.1　工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展現(xiàn)狀　270
8.1.2　工業(yè)以太網(wǎng)的主要標準　272
8.1.3　工業(yè)以太網(wǎng)技術的發(fā)展趨勢與前景　277
8.2　TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)　278
8.2.1　TCP/IP協(xié)議的四個層次　279
8.2.2　TCP/IP協(xié)議模型中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界　280
8.3　IP協(xié)議　280
8.3.1　IP互聯(lián)網(wǎng)原理　280
8.3.2　IP協(xié)議的地位與IP互聯(lián)網(wǎng)的特點　281
8.3.3　IP地址　282
8.3.4　子網(wǎng)與子網(wǎng)掩碼　283
8.3.5　IP數(shù)據(jù)報格式　284
8.4　ICMP協(xié)議　286
8.4.1　ICMP報文的封裝與格式　286
8.4.2　ICMP請求與應答報文　288
8.5　ARP協(xié)議　288
8.5.1　ARP報文格式　289
8.5.2　ARP工作原理　290
8.5.3　ARP高速緩存　291
8.6　端到端通信和端口號　291
8.6.1　端到端通信　291
8.6.2　傳輸層端口　292
8.7　TCP協(xié)議　294
8.7.1　TCP報文段格式　294
8.7.2　TCP連接的建立與關閉　296
8.7.3　TCP的超時重發(fā)機制　298
8.7.4　UDP協(xié)議　298
8.8　RTL8019AS全雙工以太網(wǎng)控制器　298
8.8.1　概述　298
8.8.2　引腳介紹　299
8.8.3　寄存器描述　301
8.9　RTL8019AS在PMM2000電力網(wǎng)絡儀表中的應用　307
8.9.1　概述　307
8.9.2　PMM2000電力網(wǎng)絡儀表硬件總體設計　308
8.9.3　諧波測量算法　312
8.9.4　軟件總體設計　313
8.10　PMM2000電力網(wǎng)絡儀表以太網(wǎng)通信程序設計　315
8.10.1　以太網(wǎng)協(xié)議的封裝格式　315
8.10.2　通信程序的頭文件定義　317
8.10.3　通信主程序設計　322
8.10.4　RTL8019AS 網(wǎng)絡底層驅(qū)動程序的設計　329
8.10.5　ARP程序設計方法　344
8.10.6　ICMP程序設計方法　348
8.10.7　TCP程序設計方法　351
8.11　上位機網(wǎng)絡編程實例　368
8.11.1　網(wǎng)絡編程概述　368
8.11.2　網(wǎng)絡組件介紹　369
8.11.3　TCP/IP應用程序開發(fā)過程　370
參考手冊