現場總線與工業以太網及其應用技術（簡體書）

《現場總線與工業以太網及其應用技術》從工程實際應用出發，全面系統地介紹了現場總線與工業以太網技術及其應用系統設計，力求所講內容具有較強的可移植性、先進性、系統性、應用性、資料開放性，起到舉一反三的作用。全書共分9章，主要內容包括現場總線與工業以太網概論、控制網絡技術、通用串行通信接口技術、PROFIBUS現場總線、PROFIBUS-DP通信控制器與網絡接口卡、PROFIBUS-DP應用系統設計、DeviceNet現場總線、TCP/IP協議與以太網控制器、工業以太網應用系統設計。《現場總線與工業以太網及其應用技術》可作為高等院校自動化、測控技術及儀器、計算機應用、信息工程、機電一體化方向的研究生、本科生的教材，也可作為從事現場總線與工業以太網技術及其應用系統設計的工程技術人員參考用書。

《現場總線與工業以太網及其應用技術》融合作者多年來在現場總線與工業以太網應用領域的科研成果，介紹了代表工業通信未來的netX網絡控制器，講解了PROFIBUS-DP工程應用系統設計詳述了DeviceNet現場總線，介紹了工業以太網工程應用系統設計書中應用實例的原理圖和程序代碼可供移植。

前言
第1章 概論
1.1 現場總線的產生與發展
1.1.1 現場總線的產生
1.1.2 現場總線的本質
1.1.3 現場總線的特點和優點
1.1.4 現場總線的現狀
1.1.5 現場總線網絡的實現
1.1.6 現場總線技術的發展趨勢
1.2 工業以太網的產生與發展
1.2.1 以太網引入工業控制領域的技術優勢
1.2.2 工業以太網與實時以太網
1.2.3 IEC61786-2標準
1.2.4 工業以太網技術的發展現狀
1.2.5 工業以太網技術的發展趨勢與前景
1.3 現場總線與企業網絡
1.3.1 企業網絡概述
1.3.2 企業網絡技術
1.3.3 企業網絡的體系結構
1.3.4 企業網絡的實現
1.3.5 Intranet
1.3.6 信息網絡與控制網絡
1.4 流行現場總線簡介
1.4.1 基金會現場總線
1.4.2 PROFIBUS
1.4.3 CAN
1.4.4 DeviceNet
1.4.5 LonWorks
1.4.6 ControlNet
1.4.7 CC-Link
1.4.8 CompoNet
1.5 工業以太網簡介
1.5.1 工業以太網的主要標準
1.5.2 IDA
1.5.3 Ethernet/IP
1.5.4 EtherCAT
1.5.5 EthernetPowerlink
1.5.6 PROFINET
1.5.7 HSE
1.5.8 EPA
1.6 netX網絡控制器
1.6.1 netX系列網絡控制器
1.6.2 netX系列網絡控制器的軟件結構
1.6.3 netX可用的協議堆棧
1.6.4 基于netX網絡控制器的產品分類
1.6.5 開發工具和測試板
1.6.6 設計服務
1.6.7 價格模式
1.7 習題

第2章 控制網絡技術
2.1 數據通信技術基礎
2.1.1 數據通信的基本概念
2.1.2 通信系統的結構
2.1.3 數據的編碼技術
2.1.4 數據的傳輸模式
2.1.5 數據的通信方式
2.1.6 計算機網絡及其拓撲結構
2.1.7 傳輸介質
2.1.8 介質訪問控制方式
2.1.9 差錯控制編碼技術
2.2 網絡互連技術
2.2.1 基本概念
2.2.2 網絡互連規范
2.2.3 網絡互連和操作系統
2.2.4 現場控制網絡互連
2.3 網絡互連設備
2.3.1 中繼器
2.3.2 網橋
2.3.3 路由器
2.3.4 網關
2.4 通信參考模型
2.4.1 OSI參考模型
2.4.2 TCP/IP參考模型
2.4.3 現場總線的通信模型
2.5 習題

第3章 通用串行通信接口技術
3.1 串行通信技術基礎
3.1.1 串行通信基本概念
3.1.2 串行異步通信數據格式
3.2 RS-232C串行通信接口技術
3.2.1 RS-232C接口
3.2.2 RS-232C通信接口的互連
3.2.3 RS-232C驅動器/接收器
3.3 RS-485串行通信接口技術
3.3.1 RS-485接口
3.3.2 RS-485收發器
3.3.3 RS-485接口的典型應用
3.3.4 RS-485網絡互連
3.4 Modbus通信協議
3.4.1 概述
3.4.2 兩種傳輸方式
3.4.3 Modbus消息幀
3.4.4 錯誤檢測方法
3.4.5 Modbus的編程方法
3.4.6 PMM2000電力網絡儀表Modbus-RTU通信協議
3.5 習題

第4章 PROFIBUS現場總線
4.1 PROFIBUS概述
4.2 PROFIBUS的協議結構
4.2.1 PROFIBUS-DP的協議結構
4.2.2 PROFIBUS-FMS的協議結構
4.2.3 PROFIBUS-PA的協議結構
4.3 PROFIBUS-DP現場總線系統
4.3.1 DP的RS-485傳輸技術和安裝要點
4.3.2 PROFIBUS-DP的三個版本
4.3.3 PROFIBUS-DP系統組成、系統結構和總線訪問控制
4.3.4 PROFIBUS-DP系統工作過程
4.4 PROFIBUS-DP的通信模型
4.4.1 PROFIBUS-DP的物理層
4.4.2 PROFIBUS-DP的數據鏈路層
4.4.3 PROFIBUS-DP的用戶層
4.4.4 PROFIBUS-DP用戶接口
4.5 PROFIBUS-DP的總線設備類型
4.5.1 概述
4.5.2 DP設備類型
4.6 設備數據庫文件（GSD）
4.6.1 GSD文件的作用和組成
4.6.2 GSD文件的使用說明
4.6.3 GSD文件的格式
4.7 習題

第5章 PROFIBUS-DP通信控制器與網絡接口卡
5.1 概述
5.2 從站通信控制器SPC3
5.2.1 ASICs介紹
5.2.2 SPC3功能簡介
5.2.3 SPC3引腳介紹
5.2.4 SPC3存儲器分配及參數
5.2.5 ASIC接口
5.2.6 PROFIBUS-DP接口
5.2.7 通用處理器總線接口
5.2.8 UART
5.2.9 PROFIBUS-DP的RS-485傳輸接口電路
5.2.1 0PROFIBUS-DP從站的狀態機制
5.3 從站通信控制器VPC3系列
5.3.1 MPI12x多路接口控制器專用集成電路芯片
5.3.2 VPC3+CPROFIBUS-DP從站專用集成電路芯片
5.3.3 VPCLS2PROFIBUS-DP從站簡單型專用集成電路芯片
5.4 主站通信控制器ASPC2與網絡接口卡
5.4.1 ASPC2介紹
5.4.2 CP5611網絡接口卡
5.4.3 CP5613網絡接口卡
5.4.4 CP5511和CP5512網絡接口卡
5.4.5 CP5611和CP5613安裝及組態
5.5 習題

第6章 PROFIBUS-DP應用系統設計
6.1 PROFIBUS-DP開發包4
6.1.1 開發包4的組成
6.1.2 硬件安裝
6.1.3 軟件使用
6.2 PROFIBUS-DP從站的開發
6.2.1 硬件電路
6.2.2 軟件開發
6.3 PROFIBUS-DP從站智能測控節點的系統設計
6.3.1 PROFIBUS-DP從站智能測控節點的系統結構
6.3.2 FBPRO-8DI八路隔離型數字量輸入智能節點的系統設計
6.3.3 A/D轉換器ADS1216及其應用
6.3.4 FBPRO-4MV四通道隔離型毫伏信號輸入智能節點的系統設計
6.3.5 FBPRO-8DI智能節點的設備數據庫文件
6.4 PROFIBUS-DP主站通信程序設計
6.4.1 通信程序中主要函數介紹
6.4.2 主站通信程序開發實例
6.5 PROFIBUS-DP從站的測試過程
6.5.1 安裝硬件和驅動程序
6.5.2 復制GSD文件
6.5.3 啟動COMPROFIBUS
6.5.4 添加主站和從站
6.5.5 啟動SetPG/PC
6.5.6 軟件測試
6.6 PROFINET技術
6.6.1 PROFINET部件模型
6.6.2 PROFINET運行期
6.6.3 PROFINET的網絡結構
6.6.4 PROFINET與OPC的數據交換
6.7 基于嵌入式通信模塊COM-C的PROFIBUS-DP主站系統設計
6.7.1 PROFIBUS-DP主站系統設計方案
6.7.2 基于嵌入式通信模塊COM-C的DP主站硬件設計
6.7.3 基于嵌入式通信模塊COM-C的DP主站軟件設計
6.7.4 PROFIBUS-DP主站模塊在新型DCS系統中的應用
6.8 習題

第7章 DeviceNet現場總線
7.1 DeviceNet技術概述
7.1.1 設備級的網絡
7.1.2 DeviceNet的特性
7.1.3 DeviceNet的通信模式
7.2 DeviceNet通信模型
7.2.1 DeviceNet的物理層
7.2.2 DeviceNet的數據鏈路層
7.2.3 DeviceNet的應用層
7.3 DeviceNet設備描述
7.3.1 DeviceNet設備的對象模型
7.3.2 DeviceNet設備的對象描述
7.4 DeviceNet連接
7.4.1 建立連接
7.4.2 DeviceNet預定義主/從連接組
7.4.3 預定義主/從連接的工作過程
7.5 預定義主/從連接實例
7.5.1 顯式報文連接
7.5.2 輪詢連接
7.5.3 位-選通連接
7.5.4 狀態變化連接或循環連接
7.5.5 DeviceNet的通信過程理解
7.6 網絡訪問狀態機制
7.6.1 網絡訪問事件矩陣
7.6.2 重復MACID檢測
7.7 指示器和配置開關
7.7.1 指示器
7.7.2 配置開關
7.7.3 指示器和配置開關的物理標準
7.7.4 DeviceNet連接器圖標
7.8 CAN的技術規范
7.8.1 CAN的基本概念
7.8.2 CAN的分層結構
7.8.3 報文傳送和幀結構
7.8.4 錯誤類型和界定
7.8.5 位定時與同步的基本概念
7.8.6 CAN總線的位數值表示與通信距離
7.9 CAN通信控制器及其收發器
7.9.1 CAN器件簡介
7.9.2 CAN通信控制器SJA1000
7.9.3 CAN總線收發器
7.1 0DeviceNet節點的開發
7.1 0.1 DeviceNet節點的開發步驟
7.1 0.2 設備描述的規則
7.1 0.3 設備配置和電子數據文檔（EDS）
7.1 1習題

第8章 TCP/IP協議與以太網控制器
8.1 TCP/IP協議的體系結構
8.1.1 TCP/IP協議的四個層次
8.1.2 TCP/IP協議模型中的操作系統邊界和地址邊界
8.2 IP協議
8.2.1 IP互聯網原理
8.2.2 IP協議的地位與IP互聯網的特點
8.2.3 IP地址
8.2.4 子網與子網掩碼
8.2.5 IP數據報格式
8.3 ICMP協議
8.3.1 ICMP報文的封裝與格式
8.3.2 ICMP請求與應答報文
8.4 ARP協議
8.4.1 ARP報文格式
8.4.2 ARP工作原理
8.4.3 ARP高速緩存
8.5 端到端通信和端口號
8.5.1 端到端通信
8.5.2 傳輸層端口
8.6 TCP協議和UDP協議
8.6.1 TCP報文段格式
8.6.2 TCP連接的建立與關閉
8.6.3 TCP的超時重發機制
8.6.4 UDP協議
8.7 RTL8019AS全雙工以太網控制器
8.7.1 概述
8.7.2 引腳介紹
8.7.3 寄存器描述
8.8 DM9000A全雙工以太網控制器
8.8.1 概述
8.8.2 引腳介紹
8.8.3 寄存器描述
8.8.4 功能描述
8.9 習題

第9章 工業以太網應用系統設計
9.1 RTL8019AS在PMM2000電力網絡儀表中的應用
9.1.1 概述
9.1.2 PMM2000電力網絡儀表硬件總體設計
9.1.3 諧波測量算法
9.1.4 軟件總體設計
9.2 PMM2000電力網絡儀表以太網通信程序設計
9.2.1 以太網協議的封裝格式
9.2.2 通信程序的頭文件定義
9.2.3 通信主程序設計
9.2.4 RTL8019AS網絡底層驅動程序的設計
9.2.5 ARP程序設計方法
9.2.6 ICMP程序設計方法
9.2.7 TCP程序設計方法
9.3 上位機網絡編程實例
9.3.1 網絡編程概述
9.3.2 網絡組件介紹
9.3.3 TCP/IP應用程序開發過程
9.4 習題
參考文獻

所謂工業以太網，是指技術上與商用以太網（即IEEE802.3 標準）兼容，但在產品設計時，在材質的選用、產品的強度，以及適用性、實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業現場需要的以太網。
隨著互聯網技術的發展與普及推廣，以太網技術也得到了迅速的發展，以太網傳輸速率的提高和以太網交換技術的發展，給解決以太網通信的非確定性問題帶來了希望，并使以太網全面應用于工業控制領域成為可能。目前工業以太網技術的發展體現在以下幾個方面。
1.通信確定性與實時性
工業控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸要足夠的快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變量的數據準確定時刷新。由于以太網采用CSMA/CD碰撞檢測方式，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業控制的實時要求，因此傳統以太網技術難以滿足控制系統要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為非確定性的網絡。
然而，快速以太網與交換式以太網技術的發展，給解決以太網的非確定性問題帶來了新的契機，使這一應用成為可能。首先，以太網的通信速率從10Mbit/s、100Mbit/s增大到如今的1Gbit/s，10Gbit/s、100Gbit/s，在數據吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，即網絡碰撞概率大大下降。其次，采用星形網絡拓撲結構，交換機將網絡劃分為若干網段。以太網交換機由于具有數據存儲、轉發的功能，使各端口之間輸入和輸出的數據幀能夠得到緩沖，不再發生碰撞；同時交換機還可對網絡上傳輸的數據進行過濾，使每個網段內節點間數據的傳輸只限在本地網段內進行，而不需經過主干網，也不占用其他網段的帶寬，從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。再次，全雙工通信又使得端口間兩對雙絞線（或兩根光纖）同時接收和發送報文幀也不會發生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使網絡上的沖突域不復存在（全雙工通信），或碰撞概率大大降低（半雙工），因此使以太網通信確定性和實時性大大提高。