现场总线技术及应用教程

前言

第1章  现场总线技术概述

1.1 工业自动化技术及控制系统的发展历程

1.1.1 工业类型的划分

1.1.2 工业自动化技术及控制系统发展历程概述

1.1.3 OPC和IEC61131

1.2 DCS、PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别

1.2.1 三大控制系统的基本要点

1.2.2 FCS与DCS的区别

1.2.3 PLC、DCS和FCS之间的融合

1.3 现场总线基本概念

1.3.1 现场总线的产生背景

1.3.2 现场总线的定义

1.3.3 现场总线的特点

1.3.4 现场总线的优点

1.4 现场总线国际标准及其制定过程

1.4.1 前3版标准

1.4.2 第4版标准

1.4.3 配套标准IEC617

1.4.4 IEC 6202

1.5 现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势

1.6 工业网络的定义、结构和应用

1.6.1 工业网络的定义

1.6.2 现场总线在工业网络中的位置和作用

1.6.3 工业控制网络的简单分类

本章小结

习题和思考题

第2章  工业网络与通信基础知识

2.1 工业网络通信基础

2.1.1 工业数据通信概述

2.1.2 数据通信的基本概念

2.1.3 数据编码

2.1.4 数据传输

2.1.5 差错控制

2.2 工业网络物理结构

2.2.1 网络的传输介质

2.2.2 工业通信网络的主要拓扑结构

2.2.3 介质访问控制方式

2.3 开放系统互连参考模型及网络互连

2.3.1 OSI参考模型

2.3.2 网络互连

2.4 OPC技术

2.4.1 OPC技术简介

2.4.2 几种OPC中所使用的微软公司的技术

2.4.3 OPC的接口和服务器

2.4.4 OPC应用举例

本章小结

习题和思考题

第3章  PROFIBUS基础及安装技术

3.1 PROFIBUS概述

3.1.1 PROFIBUS的发展

3.1.2 PROFIBUS的产品认证

3.1.3 PROFIBUS的家族成员

3.1.4 PROFIBUS系统组成模块

3.1.5 PROFIBUS自动化系统解决方案

3.1.6 PROFIBUS的协议结构

3.2 PROFIBUS基础

3.2.1 设备类型

3.2.2 系统配置

3.2.3 PROFIBUS系统的基本特点

3.2.4 PROFIBUS的网络及规模

3.2.5 设备地址

3.3 PROFIBUS设备集成工具

3.3.1 PROFIBUS的GSD文件

3.3.2 设备管理工具的发展

3.4 PROFIBUS传输技术

3.4.1 RS485和RS484睮S

3.4.2 MBP和MBP睮S

3.4.3 光纤

3.4.4 无线传输

3.5 PROFIBUS DP安装技术

3.5.1 DP网络接线

3.5.2 DP网络布局及终端电阻使用举例

3.5.3 现场安装

3.6 PROFIBUS PA安装技术

3.6.1 PA网络结构

3.6.2 PA网络接线及布局

3.6.3 PROFIBUS PA网络设计举例

3.7 危险区域的安装技术

3.7.1 本质安全概念

3.7.2 FISCO

3.7.3 大功率主干网络

3.7.4 FISCO在系统设计中的应用

3.8 组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统

3.8.1 系统组成及架构

3.8.2 组态过程

3.8.3 系统运行

本章小结

本章  实验建议

习题和思考题

第4章  PROFIBUS通信技术及DP睼0/V

4.1 数据链路层

4.1.1 介质访问控制方式

4.1.2 数据传输服务

4.2 应用层

4.2.1 应用关系

4.2.2 PROFIBUS版本的发展

4.3 行规

4.3.1 应用行规

4.3.2 系统行规

4.3.3 几种主要的行规介绍

4.4 PA行规

4.4.1 概述

4.4.2 PA装置中的块模型

4.4.3 PA行规中的信号链

4.4.4 PA设备中的数据及其表示方法

4.5 主站和从站的工作过程

4.5.1 主站的工作过程

4.5.2 主站的工作模式

4.5.3 从站的工作过程

4.6 设备功能及其之间的通信

4.6.1 各种设备的功能

4.6.2 设备之间的通信

4.7 PROFIBUS DP报文类型

4.8 DP睼0报文详解

4.8.1 参数设置请求及响应报文

4.8.2 组态请求及响应报文

4.8.3 诊断请求及响应报文

4.8.4 数据交换报文

4.8.5 全局控制报文

4.9 DP睼1报文详解

4.9.1 参数设置报文

4.9.2 组态报文

4.9.3 诊断报文

4.9.4 非循环通信MS1报文

4.9.5 非循环通信MS2报文

4.10 总线和信息的循环时间及估计

4.10.1 有关总线时间的一些术语

4.10.2 循环时间及估计

本章小结

本章  实验建议

习题和思考题

第5章  PROFINET基础及安装技术

5.1 以太网和IEEE 80

5.1.1 以太网的产生

5.1.2 以太网的物理层

5.1.3 以太网的数据链路层

5.1.4 用于以太网的几个功能

5.1.5 以太网中使用的主要设备

5.2 因特网与TCP/IP

5.2.1 概述

5.2.2 TCP/IP各层的功能

5.3 工业以太网和实时以太网

5.3.1 工业以太网

5.3.2 实时工业以太网

5.4 PROFINET基础

5.4.1 概述

5.4.2 PROFINET的市场情况

5.4.3 PROFINET和PROFIBUS的主要区别

5.4.4 PROFINET的组成

5.4.5 PROFINET的通信协议模型

5.4.6 GSD文件

5.4.7 PROFINET IO设备类型

5.4.8 PROFINET的一致性分类

5.4.9 从系统组态到运行的工作过程

5.5 PROFINET安装技术

5.5.1 网络结构

5.5.2 电气网络传输介质和连接

5.5.3 光缆及其连接

5.5.4 网络部件

5.6 组态一个简单的PROFINET网络

5.6.1 系统组成及架构

5.6.2 组态过程

5.6.3 系统运行

本章小结

习题和思考题

第6章  PROFINET技术

6.1 PROFINET 实时通信技术

6.1.1 通信等级

6.1.2 通信通道模型

6.1.3 循环数据交换原理

6.1.4 等时同步实时通信

6.2 PROFINET IO

6.2.1 概述

6.2.2 IO设备模型

6.2.3 数据元素

6.2.4 应用关系

6.2.5 通信关系

6.2.6 通信路径及使用的协议

6.2.7 主要报文的帧结构

6.2.8 名称和地址分配及报文

6.2.9 系统启动及连接建立过程

6.2.10 报警处理及相关报文

6.2.11 Read/Write服务及报文

6.2.12 网络诊断和管理

6.3 PROFINET CBA

6.3.1 概述

6.3.2 工艺技术模块和组件模型

6.3.3 现场设备结构

6.3.4 PROFINET CBA的通信

6.3.5 PROFINET CBA的使用过程

本章小结

习题和思考题第7章  AS瞚技术及应用

7.1 AS瞚技术概述

7.1.1 AS瞚概述

7.1.2 AS瞚的产生和发展

7.1.3 开发AS瞚所遵从的一些技术规范

7.1.4 AS瞚的主要优点

7.1.5 AS瞚的主要特点（Version 2.0）

7.1.6 AS瞚的基本组成

7.2 AS瞚技术解析

7.2.1 AS瞚的行规

7.2.2 AS瞚的网络结构

7.2.3 AS瞚的通信机理

7.2.4 AS瞚的报文

7.2.5 AS瞚从站地址设定

7.2.6 AS瞚主站操作

7.2.7 AS瞚的工作过程

7.3 AS瞚的扩展

7.3.1 概述

7.3.2 AS瞚 V2.1从站的编址和ID码

7.3.3 AS瞚 V2.1的模拟量处理功能

7.3.4 外围故障诊断

7.4 AS瞚的安全工作

7.4.1 AS瞚安全工作的概念

7.4.2 安全要求类别及标准

7.4.3 AS瞚安全技术实现原理

7.4.4 AS瞚安全监测控制器

7.4.5 组态软件Asimon的使用

7.4.6 AS瞚安全工作举例

7.5 AS瞚网络的接线和安装要点

7.6 AS瞚应用举例

7.6.1 实例系统

7.6.2 实例系统

7.6.3 基于AS瞚的传送带控制系统

本章小结

习题和思考题

第8章  现场总线技术应用综合举例

8.1 使用现场总线技术应考虑的几个问题

8.1.1 为什么要选用现场总线技术

8.1.2 现场总线技术最适合什么场合使用

8.1.3 选择什么样的现场总线技术

8.1.4 如何设计现场总线控制系统

8.2 现场总线技术应用综合举例

8.2.1 烟厂制丝线现场总线控制系统

8.2.2 纺织生产过程信息集成及处理系统

8.2.3 制冷站监控系统改造

8.2.4 PROFIBUS PA简单系统举例

本章小结

习题和思考题

第9章  标准工业控制编程语言IEC61131

9.1 IEC611313概述

9.1.1 IEC61131产生的原因和发展历程

9.1.2 IEC611313简介

9.1.3 IEC611313的突出特点

9.2 IEC611313编程基础

9.2.1 程序组织单元POU

9.2.2 简单语言元素

9.2.3 数据类型

9.2.4 变量

9.2.5 系统配置

9.3 标准函数及功能块

9.3.1 标准函数

9.3.2 标准功能块

9.4 IEC611313编程语言及使用举例

9.4.1 梯形图（LD）

9.4.2 结构化文本（ST）

9.4.3 指令表（IL）

9.4.4 顺序功能图（SFC）

9.5 IEC611313应用实例程序设计

9.5.1 FCS底层典型环节

9.5.2 硬件系统简介

9.5.3 控制程序设计

本章小结

习题和思考题

附录

附录A实验指导书

A.1PROFIBUS DP网络安装技术实验

A.2PROFIBUS DP网络组态及控制实验

A.3PROFIBUS PA组态和控制实验

A.4PROFIBUS DP报文分析实验

A.5PROFINET网络组态及控制实验

A.6PROFINET报文分析实验

A.7AS瞚网络基础实验

A.8AS瞚网络应用实验

A.9IEC611313编程实验

A.10IEC611313编程实验

附录BPROFIBUS常用信息速查表

B.1PROFIBUS睤P报文基本信息速查

B.2DP睼0参数化报文信息速查

B.3DP睼0组态报文信息速查

B.4DP睼0诊断报文信息速查

B.5DP睼0扩展诊断报文信息速查

B.6DP睼0全局控制报文信息速查

B.7DP睼1扩展参数化报文信息速查

B.8DP睼1扩展组态报文信息速查

B.9DP睼1扩展诊断报文信息速查

B.10DP睼1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查

B.11诊断响应报文常用信息速查

附录C常用缩略语备查表

附录D学习现场总线技术常用网站

参考文献