现场总线控制网络技术 第二版

现场总线控制网络技术 第二版 
作者：雷霖主编；唐毅谦副 主编 
出版时间：2015年版 
丛编项：卓越工程师培养计划系列教材，高等学校自动化专业教材 
内容简介 
　　现场总线技术是计算机数字通信技术向工业自动化的延伸。现场总线控制系统既是工业设备自动控制的一种开放的计算机局域网络系统，又是一种全分布式控制网络系统。本书从实际应用角度出发，将目前控制领域中三大技术热点――现场总线、物联网和网络技术有机结合，形成现场总线控制网络。本书重点介绍计算机网络与通信、企业网及建网、现场总线、控制网络集成等相关技术内容、技术要点、应用设计等知识。本书技术新，应用实例多、图文并茂，系统性和实用性较强。并继续保持了上版内容全面系统、简明易懂、循序渐进、原理与应用紧密结合的特色，修改了部分章节 ，增加了一些新内容，如第2章增加物联网的相关知识及应用，第4、5、6、7章增加相关技术的应用实例及设计方案等。 
目 录 
第1章 企业信息网络技术1 
1．1 企业信息网络1 
1．2 企业网技术4 
1．2．1 企业网技术的需求背景4 
1．2．2 企业网技术背景4 
1．2．3 企业网的特性5 
1．2．4 企业网的发展历程5 
1．2．5 企业信息化与自动化的层次模型5 
1．3 企业网的体系结构6 
1．3．1 IT企业网的功能体系结构6 
1．3．2 网络控制系统与企业网的关系8 
1．3．3 企业网的一般实现结构9 
1．3．4 以现场总线与企业内部网为基础的企业网结构11 
1．4 企业网的实现11 
1．4．1 建立企业网的策略11 
1．4．2 分布式控制网络平台13 
1．4．3 分布式控制网络平台14 
1．5 企业网的应用15 
1．5．1 CIMS的产生与发展15 
1．5．2 CIMS的概念16 
1．5．3 CIMS的构成16 
1．5．4 CIMS中的数据集成技术18 
1．5．5 CIMS的实施与经济效益21 
1．6 企业内联网（Intranet）技术21 
1．6．1 Intranet的基本概念21 
1．6．2 Intranet在企业中的应用23 
1．6．3 Intranet与Internet的关系25 
1．6．4 企业Intranet计算模式及其相关技术25 
1．6．5 企业Intranet系统的安全技术28 
1．6．6 企业Intranet的建立30 
1．6．7 Intranet管理34 
1．6．8 基于现场总线的Intranet体系37 
第2章 物联网与控制网络技术40 
2．1 物联网基础40 
2．1．1 物联网的本质40 
2．1．2 物联网的概念41 
2．1．3 物联网应用42 
2．1．4 物联网应用的发展44 
2．2 物联网与下一代网络47 
2．2．1 物联网与CPS47 
2．2．2 物联网与线传感器网络48 
2．3 物联网与现场控制网络48 
2．3．1 物联网与现场控制网络的关系48 
2．3．2 物联网与线传感器网络的连接49 
2．4 网络的信息通信基础51 
2．4．1 数据传输技术51 
2．4．2 两台相邻设备之间的数据通信52 
2．4．3 多台相邻设备之间的数据通信53 
2．4．4 信号的传输方式54 
2．4．5 网络中不同计算机之间的数据交换55 
2．4．6 差错检测与控制58 
2．5 开放式系统互联参考模型58 
2．5．1 OSI参考模型58 
2．5．2 OSI参考模型各层的基本功能59 
2．5．3 OSI参考模型的数据传输61 
2．6 网络协议62 
2．6．1 IP协议63 
2．6．2 传输控制协议66 
2．6．3 TCP/IP之上的网络服务和高层协议67 
2．6．4 NetBEUI/NetBIOS协议69 
2．6．5 IPX/SPX协议70 
2．6．6 ATM协议70 
2．7 局域网技术73 
2．7．1 局域网的特点与基本组成73 
2．7．2 局域网协议74 
2．7．3 媒体访问控制方法74 
2．8 局域网的网络互联78 
2．8．1 传统以太网技术79 
2．8．2 快速以太网技术82 
2．8．3 光纤分布式数据接口84 
2．8．4 ATM网络技术89 
2．8．5 千兆位以太网94 
2．9 网络连接设备100 
2．9．1 网络连接的基本概念100 
2．9．2 网络互联设备的选择100 
2．9．3 线局域网连接产品110 
2．10 控制网络与信息网络112 
2．10．1 控制网络与信息网络的区别112 
2．10．2 控制网络与信息网络的互联113 
2．10．3 控制网络与信息网络互联技术在控制领域的应用114 
2．10．4 控制网络的规划设计114 
2．11 控制网络与信息网络的集成116 
2．11．1 控制网络与信息网络集成的目标116 
2．11．2 控制网络与信息网络集成技术117 
2．11．3 控制网络技术的展望117 
第3章 现场总线控制网络118 
3．1 现场总线技术118 
3．1．1 现场总线的产生和发展118 
3．1．2 现场总线的技术特点120 
3．1．3 几种有影响的现场总线121 
3．2 现场总线控制网络技术123 
3．2．1 现场总线控制系统123 
3．2．2 现场总线控制系统的组成124 
3．2．3 现场总线控制系统的体系结构126 
3．2．4 现场总线与网络的差异129 
3．3 现场总线设备130 
3．3．1 设备类型130 
3．3．2 设备管理130 
3．4 现场总线控制网络的体系结构131 
3．4．1 现场总线控制网络的模型131 
3．4．2 FCS的拓扑结构132 
3．5 通信模型与协议134 
3．5．1 基金会现场总线通信模型136 
3．5．2 LonWorks通信模型136 
3．5．3 Profibus通信模型137 
3．5．4 CAN通信模型137 
3．6 现场总线控制系统的软件结构137 
3．6．1 软件设计的基本原则137 
3．6．2 数据采集工作站及现场总线通信服务器138 
3．6．3 实时数据库138 
3．6．4 控制策略组态140 
3．6．5 监控组态系统142 
3．6．6 远程应用143 
3．7 现场总线控制系统的集成144 
3．7．1 控制系统的集成144 
3．7．2 现场总线控制网络与信息网络的集成146 
3．7．3 现场总线控制系统建立时注意的技术问题147 
3．8 现场总线控制系统的功能块及组态149 
3．8．1 功能块组态概述?149 
3．8．2 功能块库155 
3．8．3 功能块的内部结构与功能块连接157 
3．8．4 功能块的应用进程158 
3．9 现场总线控制系统的网络布线与安装158 
3．9．1 现场总线系统的网络部件158 
3．9．2 网络布线和安装160 
3．10 现场总线的发展趋势163 
3．10．1 现场总线与计算机通信技术的关系163 
3．10．2 国内现场总线的发展趋势165 
3．10．3 现场总线应用工程的发展趋势165 
第4章 Profibus总线技术167 
4．1 Profibus基本特性168 
4．2 Profibus总线172 
4．2．1 Profibus-PA172 
4．2．2 Profibus-DP174 
4．2．3 Profibus-FMS179 
4．3 Profibus通信协议181 
4．3．1 Profibus与OSI参考模型181 
4．3．2 Profibus设备配置183 
4．3．3 面向连接的数据交换185 
4．4 Profibus控制系统的集成技术?186 
4．4．1 Profibus控制系统的组成186 
4．4．2 Profibus控制系统的配置186 
4．4．3 Profibus系统配置中的设备选型187 
4．5 Profibus通信接口与从站的实现195 
4．5．1 Profibus协议专用ASICS芯片195 
4．5．2 DP从站单片实现196 
4．5．3 智能化FMS和DP从站的实现196 
4．5．4 复杂的FMS和DP主站的实现196 
4．5．5 PA现场设备的实现196 
4．6 Profibus控制器ASPC2197 
4．6．1 ASPC2功能197 
4．6．2 ASPC 2引脚198 
4．6．3 ASIC接口199 
4．6．4 处理器接口201 
4．7 Profibus总线技术应用205 
第5章 基金会现场总线技术215 
5．1 基金会现场总线的核心技术215 
5．1．1 基金会现场总线的主要技术215 
5．1．2 通信系统的结构及其相互关系216 
5．1．3 协议数据的构成与层次217 
5．1．4 基金会现场总线的网络拓扑结构218 
5．1．5 应用进程及其网络可视对象218 
5．1．6 FF总线网络通信中的虚拟通信关系（VCR）222 
5．2 FF总线的物理层及其网络连接224 
5．2．1 物理层的功能224 
5．2．2 物理层的结构225 
5．2．3 传输介质225 
5．2．4 FF总线的物理信号波形226 
5．2．5 基金会现场总线的信号编码227 
5．2．6 现场设备228 
5．3 数据链路层228 
5．3．1 链路活动调度器（LAS）及其功能228 
5．3．2 通信设备类型229 
5．3．3 数据链路协议数据单元（DLPDU）229 
5．3．4 链路活动调度器的工作230 
5．3．5 数据传输方式231 
5．3．6 数据链路时间的同步232 
5．4 现场总线访问子层（FAS）232 
5．4．1 FF总线的访问子层FAS的协议机制233 
5．4．2 应用关系端点角色233 
5．4．3 传输路径与策略234 
5．4．4 建立应用关系的方式235 
5．4．5 应用关系端点分类235 
5．4．6 总线访问子层FAS的服务及其参数236 
5．4．7 总线访问子层FAS协议数据单元（FAS-PDU）237 
5．4．8 数据链路层映射协议机构（DMPM）237 
5．5 现场总线报文规范层（FMS）237 
5．5．1 虚拟现场设备（VFD）238 
5．5．2 联络关系管理239 
5．5．3 变量访问对象及其服务239 
5．5．4 事件服务240 
5．5．5 “域”（Domain）上载/下载服务240 
5．5．6 程序调用服务241 
5．5．7 FMS协议数据单元及其编码241 
5．5．8 FMS的信息格式242 
5．5．9 FMS的启动243 
5．6 网络管理243 
5．6．1 网络管理者与网络管理代理243 
5．6．2 网络管理代理的虚拟现场设备244 
5．6．3 NMA对象与相应的对象服务245 
5．6．4 通信实体245 
5．7 系统管理247 
5．7．1 系统管理概述247 
5．7．2 系统管理的作用249 
5．7．3 系统管理信息库（SMIB）及其访问249 
5．7．4 系统管理内核（SMK）状态251 
5．7．5 系统管理服务和作用过程251 
5．7．6 关于地址与地址分配253 
5．7．7 基金会现场总线通信控制器254 
5．8 基金会现场总线系统的组态与运行254 
5．8．1 基金会现场总线系统的组态254 
5．8．2 系统的组态257 
5．8．3 网段与系统的启动258 
5．8．4 装载LAS调度表与修改组态258 
5．9 设备描述与FF的产品开发258 
5．9．1 设备描述258 
5．9．2 设备描述的开发步骤259 
5．9．3 基金会现场总线的系列产品与产品开发260 
5．9．4 通信行规与设备行规260 
5．10 基金会现场总线技术应用实例261 
5．10．1 基于FF协议智能变送器的设计与开发261 
5．10．2 基金会现场总线技术在丁二烯生产控制系统中的应用262 
5．10．3 基金会现场总线技术在油田注水泵中的应用研究265 
5．10．4 基于基金会现场总线技术的压力测量系统设计267 
第6章 控制器局域网总线270 
6．1 CAN的性能特点270 
6．2 CAN2．0的技术规范271 
6．2．1 CAN的基本概念271 
6．2．2 CAN节点的分层结构274 
6．2．3 报文传送及其帧结构274 
6．2．4 错误类型和界定280 
6．2．5 位定时与同步281 
6．2．6 CAN协议帧格式282 
6．2．7 CAN高层协议283 
6．2．8 CAN总线媒体装置特性286 
6．3 CAN总线相关器件介绍288 
6．3．1 CAN独立通信控制器SJA1000290 
6．3．2 带有CAN总线接口的微控制器及I/O器件324 
6．4 CAN总线的应用329 
6．4．1 CAN总线的主要应用领域329 
6．4．2 CAN总线的应用330 
6．5 CAN总线与汽车电子系统332 
6．5．1 CAN总线汽车电子系统332 
6．5．2 CAN总线在汽车电子中的应用实例335 
第7章 LonWorks总线技术343 
7．1 LONWORKS技术343 
7．1．1 LonWorks的开放性及互操作性343 
7．1．2 LonWorks网络特性343 
7．1．3 LonWorks的本质安全性344 
7．1．4 LonWorks技术的未来345 
7．1．5 LonWorks技术的特点345 
7．2 LON网络控制技术346 
7．2．1 Neuron芯片346 
7．2．2 网络管理346 
7．2．3 LonWorks产品347 
7．2．4 Lonpoint（Lonpoint System）350 
7．3 LONWORKS应用技术352 
7．3．1 LON节点352 
7．3．2 I/O设备354 
7．3．3 网络变量及显式消息354 
7．4 NEURON芯片355 
7．4．1 Neuron芯片家族355 
7．4．2 Neuron芯片内部总体结构356 
7．4．3 时钟信号产生357 
7．4．4 休眠/唤醒电路358 
7．4．5 看门狗定时器358 
7．4．6 复位358 
7．4．7 Neuron芯片存储器配置359 
7．4．8 专用开发语言Neuron C360 
7．5 NEURON芯片内部网络通信端口及服务引脚360 
7．5．1 通信360 
7．5．2 通信端口360 
7．5．3 收发器364 
7．5．4 服务引脚366 
7．5．5 定时器/计数器366 
7．5．6 Neuron芯片的电气特性367 
7．5．7 存储映像368 
7．5．8 Neuron芯片的数据结构372 
7．6 NEURON芯片的I/O对象373 
7．6．1 Neuron芯片I/O对象类别373 
7．6．2 I/O定时问题375 
7．6．3 I/O对象375 
7．7 LONTALK协议379 
7．7．1 LonTalk协议物理层380 
7．7．2 命名、寻址以及路由381 
7．7．3 网络管理及地址的生成383 
7．7．4 LonTalk协议的MAC子层386 
7．7．5 LonTalk协议的链路层387 
7．7．6 LonTalk协议的网络层387 
7．7．7 LonTalk协议的传输层和会话层387 
7．7．8 LonTalk协议的表示层和应用层387 
7．7．9 LonTalk协议的网络管理和网络诊断388 
7．7．10 LonTalk协议的报文服务388 
7．7．11 LonTalk协议的网络认证388 
7．7．12 LonTalk协议定时器388 
7．7．13 网络消息（管理、诊断消息服务）389 
7．7．14 其他397 
7．7．15 Neuron芯片的网络映像399 
7．8 LONWORKS开发工具399 
7．8．1 基于网络的开发工具LonBuilder400 
7．8．2 LonBuilder软、硬件400 
7．8．3 基于节点的NodeBuilder开发工具401 
7．8．4 LonWorks开发应用402 
7．8．5 LNS技术403 
7．9 LONWORKS总线系统应用举例407 
7．9．1 基于LonWorks总线的工业企业网407 
7．9．2 LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用409 
7．9．3 用LonWorks构筑全分散智能控制网络系统412 
7．9．4 基于LonWorks总线的城市水环境实时监测系统415 
7．9．5 LonWorks总线在电梯监控系统中的应用417 
参考文献420