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第1章 现场总线技术概述1

1.1工业自动化技术及控制系统的发展历程1

1.1.1工业类型的划分1

1.1.2工业自动化技术及控制系统发展历程概述1

1.1.3 OPC和IEC61131-36

1.2 DCS、 PLC和FCS三大控制系统的基本要点和区别7

1.2.1三大控制系统的基本要点7

1.2.2 FCS与DCS的区别8

1.2.3 PLC、 DCS和FCS之间的融合9

1.3现场总线基本概念9

1.3.1现场总线的产生背景9

1.3.2现场总线的定义10

1.3.3现场总线的特点11

1.3.4现场总线的优点13

1.4现场总线国际标准及其制定过程14

1.4.1前3版标准14

1.4.2第4版标准15

1.4.3配套标准IEC6178417

1.4.4 IEC 6202618

1.5现场总线的现状、研究开发热点和发展趋势19

1.6工业网络的定义、结构和应用21

1.6.1工业网络的定义21

1.6.2现场总线在工业网络中的位置和作用22

1.6.3工业控制网络的简单分类25

本章小结25

习题和思考题26

第2章 工业网络与通信基础知识27

2.1工业网络通信基础27

2.1.1工业数据通信概述27

2.1.2数据通信的基本概念28

2.1.3数据编码29

2.1.4数据传输31

2.1.5差错控制35

2.2工业网络物理结构38

2.2.1网络的传输介质38

2.2.2工业通信网络的主要拓扑结构39

2.2.3介质访问控制方式40

2.3开放系统互连参考模型及网络互连43

2.3.1 OSI参考模型43

2.3.2网络互连48

2.4 OPC技术50

2.4.1 OPC技术简介51

2.4.2几种OPC中所使用的微软公司的技术52

2.4.3 OPC的接口和服务器54

2.4.4 OPC应用举例56

本章小结57

习题和思考题57

第3章PROFIBUS基础及安装技术59

3.1 PROFIBUS概述59

3.1.1 PROFIBUS的发展59

3.1.2 PROFIBUS的产品认证60

3.1.3 PROFIBUS的家族成员61

3.1.4 PROFIBUS系统组成模块63

3.1.5 PROFIBUS自动化系统解决方案64

3.1.6 PROFIBUS的协议结构64

3.2 PROFIBUS基础67

3.2.1设备类型67

3.2.2系统配置67

3.2.3 PROFIBUS系统的基本特点68

3.2.4 PROFIBUS的网络及规模68

3.2.5设备地址69

3.3 PROFIBUS设备集成工具69

3.3.1 PROFIBUS的GSD文件69

3.3.2设备管理工具的发展71

3.4 PROFIBUS传输技术74

3.4.1 RS485和RS484-IS75

3.4.2 MBP和MBP-IS76

3.4.3光纤80

3.4.4无线传输80

3.5 PROFIBUS DP安装技术81

3.5.1 DP网络接线81

3.5.2 DP网络布局及终端电阻使用举例86

3.5.3现场安装88

3.6 PROFIBUS PA安装技术91

3.6.1 PA网络结构91

3.6.2 PA网络接线及布局92

3.6.3 PROFIBUS PA网络设计举例95

3.7危险区域的安装技术98

3.7.1本质安全概念98

3.7.2 FISCO99

3.7.3大功率主干网络100

3.7.4 FISCO在系统设计中的应用100

3.8组态一个简单的PROFIBUS DP/PA系统102

3.8.1系统组成及架构102

3.8.2组态过程102

3.8.3系统运行107

本章小结109

本章实验建议109

习题和思考题109

第4章PROFIBUS通信技术及DP-V0/ V1114

4.1数据链路层115

4.1.1介质访问控制方式115

4.1.2数据传输服务115

4.2应用层118

4.2.1应用关系118

4.2.2 PROFIBUS版本的发展120

4.3行规122

4.3.1应用行规123

4.3.2系统行规124

4.3.3几种主要的行规介绍125

4.4 PA行规127

4.4.1概述127

4.4.2 PA装置中的块模型128

4.4.3 PA行规中的信号链130

4.4.4 PA设备中的数据及其表示方法131

4.5主站和从站的工作过程134

4.5.1主站的工作过程134

4.5.2主站的工作模式135

4.5.3从站的工作过程135

4.6设备功能及其之间的通信136

4.6.1各种设备的功能136

4.6.2设备之间的通信137

4.7 PROFIBUS DP报文类型139

4.8 DP-V0报文详解141

4.8.1参数设置请求及响应报文141

4.8.2组态请求及响应报文143

4.8.3诊断请求及响应报文146

4.8.4数据交换报文151

4.8.5全局控制报文152

4.9 DP-V1报文详解155

4.9.1参数设置报文155

4.9.2组态报文157

4.9.3诊断报文158

4.9.4非循环通信MS1报文162

4.9.5非循环通信MS2报文168

4.10总线和信息的循环时间及估计173

4.10.1有关总线时间的一些术语173

4.10.2循环时间及估计174

本章小结175

本章实验建议176

习题和思考题176

第5章PROFINET基础及安装技术179

5.1以太网和IEEE 802.3180

5.1.1以太网的产生180

5.1.2以太网的物理层181

5.1.3以太网的数据链路层185

5.1.4用于以太网的几个功能190

5.1.5以太网中使用的主要设备191

5.2因特网与TCP/IP192

5.2.1概述192

5.2.2 TCP/IP各层的功能195

5.3工业以太网和实时以太网201

5.3.1工业以太网201

5.3.2实时工业以太网202

5.4 PROFINET基础203

5.4.1概述203

5.4.2 PROFINET的市场情况204

5.4.3 PROFINET和PROFIBUS的主要区别205

5.4.4 PROFINET的组成206

5.4.5 PROFINET的通信协议模型207

5.4.6 GSD文件207

5.4.7 PROFINET IO设备类型208

5.4.8 PROFINET的一致性分类209

5.4.9从系统组态到运行的工作过程209

5.5 PROFINET安装技术211

5.5.1网络结构211

5.5.2电气网络传输介质和连接213

5.5.3光缆及其连接218

5.5.4网络部件220

5.6组态一个简单的PROFINET网络220

5.6.1系统组成及架构220

5.6.2组态过程221

5.6.3系统运行225

本章小结228

习题和思考题228

第6章PROFINET技术230

6.1 PROFINET实时通信技术230

6.1.1通信等级230

6.1.2通信通道模型231

6.1.3循环数据交换原理233

6.1.4等时同步实时通信234

6.2 PROFINET IO238

6.2.1概述238

6.2.2 IO设备模型238

6.2.3数据元素240

6.2.4应用关系240

6.2.5通信关系241

6.2.6通信路径及使用的协议246

6.2.7主要报文的帧结构248

6.2.8名称和地址分配及报文251

6.2.9系统启动及连接建立过程256

6.2.10报警处理及相关报文276

6.2.11 Read/Write服务及报文280

6.2.12网络诊断和管理283

6.3 PROFINET CBA285

6.3.1概述285

6.3.2工艺技术模块和组件模型286

6.3.3现场设备结构286

6.3.4 PROFINET CBA的通信287

6.3.5 PROFINET CBA的使用过程289

本章小结290

习题和思考题290

第7章AS-i技术及应用292

7.1 AS-i技术概述292

7.1.1 AS-i概述292

7.1.2 AS-i的产生和发展293

7.1.3开发AS-i所遵从的一些技术规范294

7.1.4 AS-i的主要优点294

7.1.5 AS-i的主要特点（Version 2.0 ）296

7.1.6 AS-i的基本组成296

7.2 AS-i技术解析299

7.2.1 AS-i的行规299

7.2.2 AS-i的网络结构301

7.2.3 AS-i的通信机理304

7.2.4 AS-i的报文305

7.2.5 AS-i从站地址设定307

7.2.6 AS-i主站操作308

7.2.7 AS-i的工作过程308

7.3 AS-i的扩展310

7.3.1概述310

7.3.2 AS-i V2.1从站的编址和ID码311

7.3.3 AS-i V2.1的模拟量处理功能314

7.3.4外围故障诊断315

7.4 AS-i的安全工作316

7.4.1 AS-i安全工作的概念316

7.4.2安全要求类别及标准317

7.4.3 AS-i安全技术实现原理318

7.4.4 AS-i安全监测控制器320

7.4.5组态软件Asimon的使用322

7.4.6 AS-i安全工作举例324

7.5 AS-i网络的接线和安装要点325

7.6 AS-i应用举例326

7.6.1实例系统1326

7.6.2实例系统2328

7.6.3基于AS-i的传送带控制系统332

本章小结341

习题和思考题341

第8章 现场总线技术应用综合举例343

8.1使用现场总线技术应考虑的几个问题343

8.1.1为什么要选用现场总线技术343

8.1.2现场总线技术最适合什么场合使用344

8.1.3选择什么样的现场总线技术345

8.1.4如何设计现场总线控制系统346

8.2现场总线技术应用综合举例348

8.2.1烟厂制丝线现场总线控制系统349

8.2.2纺织生产过程信息集成及处理系统353

8.2.3制冷站监控系统改造356

8.2.4 PROFIBUS PA简单系统举例358

本章小结365

习题和思考题365

第9章 标准工业控制编程语言IEC61131-3366

9.1 IEC61131-3概述366

9.1.1 IEC61131产生的原因和发展历程366

9.1.2 IEC61131-3简介369

9.1.3 IEC61131-3的突出特点370

9.2 IEC61131-3编程基础371

9.2.1程序组织单元POU371

9.2.2简单语言元素373

9.2.3数据类型375

9.2.4变量379

9.2.5系统配置382

9.3标准函数及功能块385

9.3.1标准函数385

9.3.2标准功能块388

9.4 IEC61131-3编程语言及使用举例390

9.4.1梯形图（LD）390

9.4.2结构化文本（ST）394

9.4.3指令表（IL）401

9.4.4顺序功能图（SFC）405

9.5 IEC61131-3应用实例程序设计417

9.5.1 FCS底层典型环节417

9.5.2硬件系统简介418

9.5.3控制程序设计418

本章小结420

习题和思考题420

附录423

附录A实验指导书423

A.1 PROFIBUS DP网络安装技术实验423

A.2 PROFIBUS DP网络组态及控制实验425

A.3 PROFIBUS PA组态和控制实验426

A.4 PROFIBUS DP报文分析实验427

A.5 PROFINET网络组态及控制实验428

A.6 PROFINET报文分析实验429

A.7 AS-i网络基础实验430

A.8 AS-i网络应用实验433

A.9 IEC61131-3编程实验1434

A.10 IEC61131-3编程实验2435

附录B PROFIBUS常用信息速查表436

B.1 PROFIBUS-DP报文基本信息速查436

B.2 DP-V0参数化报文信息速查437

B.3 DP-V0组态报文信息速查438

B.4 DP-V0诊断报文信息速查439

B.5 DP-V0扩展诊断报文信息速查440

B.6 DP-V0全局控制报文信息速查441

B.7 DP-V1扩展参数化报文信息速查442

B.8 DP-V 1扩展组态报文信息速查443

B.9 DP-V1扩展诊断报文信息速查444

B.10 DP-V1 MS1、MS2通信功能码及报文信息速查445

B.11诊断响应报文常用信息速查446

附录C常用缩略语备查表447

附录D学习现场总线技术常用网站452

参考文献453