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第1章　绪论1

1.1　工业控制网络的特点1

1.1.1　工业控制网络与信息网络的区别1

1.1.2　工业控制网络的技术特征2

1.2　网络控制技术的发展历程4

1.3　传统控制网络——现场总线的发展6

1.3.1　现场总线的定义6

1.3.2　现场总线技术的发展历程7

1.3.3　现场总线技术的发展趋势8

1.4　现代控制网络——工业以太网的发展9

1.4.1　工业以太网标准化进程9

1.4.2　EPA的国际标准化进程10

1.4.3　工业以太网正在成为工业控制网络的主流技术11

1.4.4 以太网用于工业控制需要解决的问题12

1.4.5 以太网用于工业控制的技术问题正在逐渐解决13

第2章　网络通信基础15

2.1 网络通信的基本概念及通信模型15

2.1.1 网络通信的基本概念15

2.1.2　网络通信的基本模型17

2.2　通信传输介质18

2.2.1　双绞线18

2.2.2　同轴电缆19

2.2.3　光缆20

2.3　数据编码技术20

2.3.1　模拟信号调制21

2.3.2　数字数据的数字信号编码22

2.3.3　模拟数据的数字信号编码24

2.4　数据的传输模式24

2.4.1　基带传输24

2.4.2　频带传输26

2.5　数据的通信方式27

2.5.1　并行通信和串行通信27

2.5.2　异步传输和同步传输27

2.5.3　单工、半双工和全双工通信30

2.6　网络控制系统的拓扑结构30

2.7　通信信道访问控制方式32

2.7.1 载波监听多路访问／冲突检测32

2.7.2　令牌访问控制方式33

2.8　差错控制技术33

2.8.1　循环冗余编码34

2.8.2　海明码35

2.9　RS-232和RS-485串口通信技术37

2.9.1　RS-232接口标准37

2.9.2　RS-485接口标准39

2.10　开放系统的OSI参考模型40

2.10.1　OSI参考模型层次结构40

2.10.2　OSI参考模型中的基本概念41

第3章　FF现场总线技术43

3.1　概述43

3.1.1　FF现场总线的主要技术43

3.1.2　FF通信模型44

3.1.3　虚拟通信关系46

3.2　FF现场总线物理层49

3.2.1　物理层结构50

3.2.2　FF现场总线的物理信号编码53

3.3　数据链路层54

3.3.1　数据链路层功能和服务54

3.3.2　FF现场总线的链路活动调度56

3.3.3　DL地址空间与地址编码57

3.3.4　数据链路层缓冲区和队列及其管理58

3.3.5　数据链路层服务质量61

3.3.6　数据链路层内部参数64

3.3.7　数据链路协议数据单元66

3.3.8　面向连接服务70

3.3.9　FF无连接模式服务76

3.3.10　数据链路层调度79

3.4　FF现场总线访问子层80

3.4.1　FF应用关系中的端点角色81

3.4.2　FAS使用的DLL服务82

3.4.3　FAS模型82

3.4.4　总线访问子层的服务及其参数83

3.5　总线报文规范子层85

3.5.1　虚拟现场设备85

3.5.2　对象字典86

3.5.3　对象字典结构87

3.5.4　变量访问对象89

3.5.5　域对象及其上载和下载91

3.5.6　程序调用对象92

3.5.7　上下文管理93

3.5.8 FMS PDU93

3.6　网络管理94

3.6.1　FF现场总线网络管理结构95

3.6.2　网络管理代理虚拟现场设备96

3.6.3　网络管理代理对象97

3.6.4　DL管理对象104

3.6.5　DL管理链路调度列表105

3.6.6　标准通信关系105

3.7　系统管理106

3.7.1　系统管理概述106

3.7.2　系统管理功能107

3.7.3　地址分配109

3.7.4　系统管理信息库及其访问110

3.8　功能块应用进程113

3.8.1　功能块应用进程对象113

3.8.2　块模型116

3.8.3　块对象117

3.8.4　参数对象118

3.8.5　功能块对象120

3.8.6　功能块服务123

3.8.7　功能块控制回路124

3.9　FF现场总线系统125

3.9.1　FF现场总线系统的结构125

3.9.2　FF现场总线系统的设计127

第4章　PROFIBUS现场总线129

4.1　概述129

4.1.1　物理层130

4.1.2　数据链路层130

4.1.3　应用层131

4.1.4　用户层131

4.2　物理层132

4.2.1　传输介质132

4.2.2　总线连接器132

4.2.3　物理层的服务133

4.3　数据链路层133

4.3.1　总线存取技术133

4.3.2　数据链路服务134

4.3.3　现场总线管理层136

4.3.4　数据链路层的帧编码138

4.4　应用层141

4.4.1　概述141

4.4.2　通信关系142

4.4.3　现场总线报文规范通信对象143

4.4.4　现场总线报文规范服务147

4.4.5　低层接口148

4.4.6　FMA7152

4.5　DP规范152

4.5.1　DP通信模型152

4.5.2　DP站类型153

4.5.3　DP通信关系154

4.5.4　DP设备通信过程156

4.5.5　DP报文循环机制157

4.5.6　DP功能服务158

4.5.7　DP协议数据报文编码163

4.6　PA行规164

4.6.1　PA设备模型165

4.6.2　PA块模型165

4.6.3　PA映像168

4.6.4　PA设备管理技术171

第5章　CAN总线技术175

5.1 CAN总线的发展概况175

5.2　CAN总线的技术特点176

5.3　CAN总线的通信模型176

5.4　CAN非破坏性位仲裁机制177

5.5　CAN帧结构178

5.5.1 数据帧178

5.5.2　远程帧180

5.5.3　差错帧180

5.5.4　超载帧181

5.5.5 帧间空间182

5.6　CAN的错误处理机制182

5.6.1　错误检测类型182

5.6.2　错误处理183

5.7　CAN的位定时和同步184

5.7.1　位定时184

5.7.2　同步185

5.8　SJA1000 CAN独立通信控制器186

5.8.1　SJA1000系统结构186

5.8.2　SJA1000地址分配188

5.8.3 寄存器功能和缓冲器工作原理189

5.9　CAN节点设计195

第6章　工业以太网198

6.1 工业以太网与实时以太网198

6.2　IEC 61786-2标准199

6.2.1　IEC 61786-2标准体系199

6.2.2　IEC 61786-2中主要标准简介200

6.3　IEC 61786-1/2与IEC 61158204

6.4　EPA技术简介206

6.4.1　EPA网络拓扑结构206

6.4.2　EPA通信协议208

6.4.3　EPA应用层通信协议栈的设计与实现211

6.4.4　EPA时间同步技术228

6.4.5　EPA确定性调度技术239

6.4.6　面向工业以太网的总线供电技术244

6.5　PROFINET技术简介253

6.5.1　PROFINET系统结构253

6.5.2　PROFINET实时通信256

6.5.3　PROFINET IO256

6.5.4　PROFINET系统集成257

6.6　HSE技术简介258

6.6.1　HSE的体系结构258

6.6.2　HSE网络拓扑结构259

6.6.3　FDA259

6.6.4　SNTP263

第7章　工业网络系统集成265

7.1　系统集成结构265

7.2　系统集成要点分析266

7.3　网络互连设备266

7.4　OPC技术268

7.4.1 COM268

7.4.2　OPC对象269

7.4.3　OPC接口270

参考文献272