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第1章 现场总线概述1

1.1 现场总线与现场总线控制系统1

1.1.1 现场总线的概念1

1.1.2 现场总线控制系统基本结构1

1.2 现场总线的现状与发展2

1.2.1 现场总线的标准现状2

1.2.2 实时工业以太网的国际标准3

1.2.3 现场总线与现场总线控制系统的发展趋势4

1.3 现场总线与现场总线控制系统的特点7

1.3.1 结构特点7

1.3.2 技术特点8

1.3.3 与局域网的区别8

第2章 现场总线与工业控制网络技术基础9

2.1 网络与通信技术基础9

2.1.1 数据通信概念9

2.1.2 数据传输13

2.1.3 数据交换技术19

2.1.4 差错检测及控制20

2.1.5 传输介质21

2.2 局域网技术27

2.2.1 局域网概述27

2.2.2 局域网的关键技术28

2.2.3 局域网的参考模型37

2.2.4 以太网技术49

2.3 局域网的互连54

2.3.1 网络互连设备54

2.3.2 交换式控制网络58

第3章 串行通信技术及其应用68

3.1 串行通信概述68

3.1.1 串行通信与并行通信68

3.1.2 串行通信原理69

3.1.3 串行通信的数据传输70

3.2 RS-232串行通信及其应用73

3.2.1 RS-232串行通信73

3.2.2 RS-232串行通信应用78

3.3 RS-485串行通信及其应用84

3.3.1 RS-485串行通信85

3.3.2 RS-485串行通信应用88

3.4 RS-232与RS-485串行通信接口转换及应用97

3.4.1 RS-232串行接口97

3.4.2 RS-485串行接口98

3.4.3 RS-232与RS-422/RS-485的接口转换98

3.5 MODBUS协议串行通信及其应用99

3.5.1 MODBUS通信协议99

3.5.2 两种传输方式101

3.5.3 MODBUS消息帧101

3.5.4 错误检测方法104

3.5.5 MODBUS应用实例106

第4章 PROFIBUS现场总线与应用111

4.1 PROFIBUS现场总线技术概述111

4.1.1 PROFIBUS的发展历程111

4.1.2 PROFIBUS的分类112

4.1.3 PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置113

4.1.4 PROFIBUS的协议结构114

4.2 PROFIBUS的物理层117

4.2.1 采用RS-485的传输技术117

4.2.2 光纤传输技术121

4.2.3 MBP传输技术122

4.3 PROFIBUS数据链路层126

4.3.1 PROFIBUS总线存取协议概述126

4.3.2 PROFIBUS总线访问协议的特点127

4.3.3 数据链路层服务类型和报文格式127

4.4 PROFIBUS-DP通信原理128

4.4.1 PROFIBUS-DP的基本功能129

4.4.2 扩展的DP功能133

4.5 S7-300/400网络通信135

4.5.1 概述135

4.5.2 MPI通信139

4.5.3 PROFIBUS总线设置和属性140

4.6 PROFIBUS行规和GSD文件141

4.6.1 通用应用行规141

4.6.2 专用行规145

4.6.3 GSD文件146

4.7 PROFIBUS系统配置及设备选型147

4.7.1 应用PROFIBUS构建自动化控制系统应考虑的问题147

4.7.2 系统结构规划147

4.7.3 与车间或全厂自动化系统连接148

4.7.4 PROFIBUS主站的选择148

4.7.5 PROFIBUS从站的选择150

4.7.6 以PC为主机的编程终端及监控操作站的选型158

4.7.7 PROFIBUS系统配置160

4.8 基于WinAC的PROFIBUS现场总线系统硬件组态162

4.8.1 WinAC简介162

4.8.2 现场总线系统组态步骤与过程164

4.9 基于PROFIBUS现场总线的远程监控系统173

4.9.1 体系结构173

4.9.2 底层控制层174

第5章 CAN总线技术与应用181

5.1 CAN总线概述181

5.1.1 CAN总线技术特点181

5.1.2 基本术语与概念182

5.2 CAN总线技术协议规范184

5.2.1 CAN协议的分层结构184

5.2.2 报文传送与帧结构185

5.2.3 错误类型与界定192

5.2.4 位定时与同步要求193

5.2.5 CAN总线系统位数值表示与通信距离195

5.3 典型CAN控制器196

5.3.1 CAN通信控制器SJA1000196

5.3.2 具有SPI接口的CAN控制器MCP2515200

5.4 嵌入CAN控制器的单片机P8xC591213

5.4.1 概述213

5.4.2 引脚功能215

5.4.3 P8xC591的PeliCAN特性和结构219

5.4.4 PeliCAN与CPU之间的接口220

5.5 CAN总线收发器222

5.5.1 PCA82C250/251222

5.5.2 TJA1050225

5.6 CAN总线应用228

5.6.1 CAN总线系统通信距离与节点数量的确定228

5.6.2 总线终端及网络拓扑结构231

5.6.3 CAN总线在检测系统中的应用233

5.6.4 基于CAN总线的环境控制系统设计238

5.6.5 基于CAN总线的井下风机监控系统设计243

第6章 DeviceNet、ControlNet现场总线与应用250

6.1 DeviceNet现场总线技术250

6.1.1 DeviceNet概述250

6.1.2 DeviceNet的传输介质252

6.1.3 DeviceNet的网络参考模型254

6.1.4 控制与信息协议（CIP）255

6.1.5 DeviceNet的报文协议271

6.1.6 预定义主从连接组278

6.1.7 DeviceNet的对象模型280

6.1.8 DeviceNet的设备描述282

6.1.9 DeviceNet的设备简介283

6.1.10 DeviceNet的节点开发284

6.2 ControlNet现场总线技术286

6.2.1 ControlNet概述286

6.2.2 ControlNet的传输介质289

6.2.3 ControlNet网络参考模型295

6.2.4 数据链路层296

6.2.5 网络层与传输层301

6.2.6 对象模型302

6.2.7 设备描述304

6.2.8 ControlNet设备简介304

6.2.9 ControlNet的设备开发305

6.3 现场总线控制系统的组态与冗余技术306

6.3.1 现场总线控制系统的组态技术306

6.3.2 现场总线控制系统的冗余技术314

6.4 DeviceNet与ControlNet现场总线的应用实例320

6.4.1 铜冶炼电解工艺中的总线控制系统设计320

6.4.2 卷烟厂生产线的总线控制系统设计323

第7章 工业以太网技术与应用326

7.1 概述326

7.2 原理及体系结构328

7.2.1 通信模型328

7.2.2 以太网体系结构332

7.2.3 工业以太网网络拓扑结构334

7.2.4 传输介质336

7.2.5 工业以太网通信的实时性341

7.2.6 工业以太网的网络生存性与可用性343

7.2.7 工业以太网的网络安全344

7.2.8 工业以太网传输距离345

7.2.9 互可操作性与应用层协议345

7.3 工业以太网通信设备及组网技术346

7.3.1 工业以太网产品346

7.3.2 工业以太网组网技术348

7.4 应用实例350

第8章 工业网络集成技术354

8.1 控制网络与信息网络集成的网络互连技术354

8.1.1 控制网络和信息网络之间加入转换接口355

8.1.2 基于DDE技术的控制网络和信息网络的集成355

8.1.3 采用统一的协议标准实现控制网络和信息网络的集成358

8.1.4 采用数据库访问技术集成控制网络和信息网络358

8.1.5 采用OPC技术集成控制网络和信息网络359

8.1.6 控制网络与信息网络互连集成的若干关键问题359

8.2 现场总线控制系统网络之间的集成360

8.2.1 基于OPC的集成方法（系统级集成）360

8.2.2 设备级集成361

8.3 OPC技术及基于OPC技术的现场总线系统集成363

8.3.1 COM基础363

8.3.2 OPC技术规范374

8.3.3 OPC数据访问（DA）服务器的开发及测试384

8.3.4 OPC客户端的开发及测试390

8.3.5 OPC技术在异构现场总线系统中的应用399

参考文献407