現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章　概論　1
1.1　現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生與發(fā)展　1
1.1.1　現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生　1
1.1.2　現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)　2
1.1.3　現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)　3
1.1.4　現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀　4
1.1.5　現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)　6
1.1.6　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)　7
1.2　現(xiàn)場(chǎng)總線與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)　7
1.2.1　企業(yè)網(wǎng)絡(luò)　7
1.2.2　企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　8
1.2.3　企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)　10
1.2.4　企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)　13
1.2.5　企業(yè)網(wǎng)絡(luò)Intranet　15
1.2.6　信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)　18
1.3　流行現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介　20
1.3.1　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)　20
1.3.2　PROFIBUS　21
1.3.3　CAN　22
1.3.4　DeviceNet　22
1.3.5　LonWorks　23
1.3.6　ControlNet　24
1.3.7　CC-Link　25
第2章　控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　28
2.1　數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)　28
2.1.1　數(shù)據(jù)通信的基本概念　28
2.1.2　通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　30
2.1.3　數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)　31
2.1.4　數(shù)據(jù)的傳輸模式　34
2.1.5　數(shù)據(jù)的通信方式　37
2.1.6　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　38
2.1.7　傳輸介質(zhì)　40
2.1.8　介質(zhì)訪問(wèn)控制方式　42
2.1.9　差錯(cuò)控制編碼技術(shù)　43
2.2　網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)　46
2.2.1　基本概念　46
2.2.2　網(wǎng)絡(luò)互連規(guī)范　47
2.2.3　網(wǎng)絡(luò)互連和操作系統(tǒng)　47
2.2.4　現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)互連　48
2.3　網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備　48
2.3.1　中繼器　48
2.3.2　網(wǎng)橋　49
2.3.3　路由器　49
2.3.4　網(wǎng)關(guān)　50
2.4　通信參考模型　50
2.4.1　OSI參考模型　50
2.4.2　TCP/IP參考模型　53
2.4.3　現(xiàn)場(chǎng)總線的通信模型　55
第3章　通用串行通信接口技術(shù)　57
3.1　串行通信技術(shù)基礎(chǔ)　57
3.1.1　串行通信基本概念　57
3.1.2　串行異步通信數(shù)據(jù)格式　59
3.2　RS-232C串行通信接口技術(shù)　60
3.2.1　RS-232C接口　60
3.2.2　RS-232C通信接口的互連　61
3.2.3　RS-232C驅(qū)動(dòng)器/接收器　61
3.3　RS-485串行通信接口技術(shù)　62
3.3.1　RS-485接口　62
3.3.2　RS-485收發(fā)器　63
3.3.3　RS-485接口的典型應(yīng)用　64
3.3.4　RS-485網(wǎng)絡(luò)互連　64
第4章　PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線　66
4.1　PROFIBUS概述　66
4.2　PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)　68
4.2.1　PROFIBUS-DP的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.2.2　PROFIBUS-FMS的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.2.3　PROFIBUS-PA的協(xié)議結(jié)構(gòu)　69
4.3　PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)　69
4.3.1　DP的RS-485傳輸技術(shù)和安裝要點(diǎn)　70
4.3.2　PROFIBUS-DP的三個(gè)版本　70
4.3.3　PROFIBUS-DP系統(tǒng)組成和總線訪問(wèn)控制　74
4.3.4　PROFIBUS-DP系統(tǒng)工作過(guò)程　76
4.4　PROFIBUS-DP的通信模型　79
4.4.1　PROFIBUS-DP的物理層　79
4.4.2　PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)鏈路層(FDL)　82
4.4.3　PROFIBUS-DP的用戶層　89
4.4.4　PROFIBUS-DP用戶接口　90
4.5　PROFIBUS-DP的總線設(shè)備類型　92
4.5.1　概述　92
4.5.2　DP設(shè)備類型　93
4.6　設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件(GSD)　94
4.6.1　GSD文件的作用和組成　94
4.6.2　GSD文件的使用說(shuō)明　95
4.6.3　GSD文件的格式　96
第5章　PROFIBUS-DP通信控制器與網(wǎng)絡(luò)接口卡　102
5.1　概述　102
5.1.1　簡(jiǎn)單DP從站的實(shí)現(xiàn)　102
5.1.2　智能化DP從站的實(shí)現(xiàn)　103
5.1.3　復(fù)雜DP主站的實(shí)現(xiàn)　103
5.2　從站通信控制器SPC3　103
5.2.1　ASICs介紹　103
5.2.2　SPC3功能簡(jiǎn)介　103
5.2.3　SPC3引腳介紹　104
5.2.4　SPC3存儲(chǔ)器分配及參數(shù)　106
5.2.5　ASIC接口　109
5.2.6　PROFIBUS-DP接口　115
5.2.7　通用處理器總線接口　126
5.2.8　UART　127
5.2.9　PROFIBUS-DP的 RS-485傳輸接口電路　127
5.2.10　PROFIBUS-DP從站的狀態(tài)機(jī)制　128
5.3　主站通信控制器ASPC2與網(wǎng)絡(luò)接口卡　129
5.3.1　ASPC2介紹　129
5.3.2　CP5611網(wǎng)絡(luò)接口卡　131
5.3.3　CP5613網(wǎng)絡(luò)接口卡　131
5.3.4　CP5511/5512網(wǎng)絡(luò)接口卡　132
5.3.5　CP5611和CP5613安裝及組態(tài)　132
第6章　PROFIBUS-DP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)　134
6.1　PROFIBUS-DP開發(fā)包4　134
6.1.1　開發(fā)包4(PACKAGE 4)的組成　134
6.1.2　硬件安裝　137
6.1.3　軟件使用　137
6.2　PROFIBUS-DP從站的開發(fā)　139
6.2.1　硬件電路　139
6.2.2　軟件開發(fā)　140
6.3　PROFIBUS-DP從站智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)　141
6.3.1　PROFIBUS-DP從站智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　141
6.3.2　FBPRO-8DI八路隔離型數(shù)字量輸入智能節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)　141
6.3.3　A/D轉(zhuǎn)換器ADS1216及其應(yīng)用　160
6.3.4　FBPRO-4MV四通道隔離型毫伏信號(hào)輸入智能節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)　174
6.3.5　FBPRO-8DI智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)(GSD)文件　178
6.4　PROFIBUS-DP主站通信程序設(shè)計(jì)　180
6.4.1　通信程序中主要函數(shù)介紹　180
6.4.2　主站通信程序開發(fā)實(shí)例　186
6.5　PROFIBUS-DP從站的測(cè)試過(guò)程　190
6.5.1　安裝硬件和驅(qū)動(dòng)程序　191
6.5.2　拷貝GSD文件　191
6.5.3　啟動(dòng)COM PROFIBUS　191
6.5.4　添加主站和從站　191
6.5.5　啟動(dòng)Set PG/PC　192
6.5.6　軟件測(cè)試　194
6.6　PROFInet技術(shù)　196
6.6.1　PROFInet部件模型　196
6.6.2　PROFInet運(yùn)行期　198
6.6.3　PROFInet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)　199
6.6.4　PROFInet與OPC的數(shù)據(jù)交換　200
第7章　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線　202
7.1　DeviceNet技術(shù)概述　202
7.1.1　設(shè)備級(jí)的網(wǎng)絡(luò)　202
7.1.2　DeviceNet的特性　203
7.1.3　DeviceNet的通信模式　204
7.2　DeviceNet通信模型　205
7.2.1　DeviceNet的物理層　205
7.2.2　DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層　208
7.2.3　DeviceNet的應(yīng)用層　209
7.3　DeviceNet設(shè)備描述　216
7.3.1　DeviceNet設(shè)備的對(duì)象模型　216
7.3.2　DeviceNet設(shè)備的對(duì)象描述　218
7.4　DeviceNet連接　219
7.4.1　建立連接　219
7.4.2　DeviceNet預(yù)定義主/從連接組　221
7.4.3　預(yù)定義主/從連接的工作過(guò)程　224
7.5　預(yù)定義主/從連接實(shí)例　227
7.5.1　顯式報(bào)文連接　227
7.5.2　輪詢連接　228
7.5.3　位-選通連接　229
7.5.4　狀態(tài)變化連接或循環(huán)連接　229
7.5.5　DeviceNet的通信過(guò)程理解　230
7.6　網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)狀態(tài)機(jī)制　233
7.6.1　網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)事件矩陣　233
7.6.2　重復(fù)MAC ID檢測(cè)　234
7.7　指示器和配置開關(guān)　234
7.7.1　指示器　234
7.7.2　配置開關(guān)　235
7.7.3　指示器和配置開關(guān)的物理標(biāo)準(zhǔn)　235
7.7.4　DeviceNet連接器圖標(biāo)　235
7.8　CAN的技術(shù)規(guī)范　236
7.8.1　CAN的基本概念　237
7.8.2　CAN的分層結(jié)構(gòu)　238
7.8.3　報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu)　239
7.8.4　錯(cuò)誤類型和界定　244
7.8.5　位定時(shí)與同步的基本概念　245
7.8.6　CAN總線的位數(shù)值表示與通信距離　247
7.9　CAN通信控制器及其收發(fā)器　248
7.9.1　CAN器件簡(jiǎn)介　248
7.9.2　CAN通信控制器SJA1000　248
7.9.3　CAN總線收發(fā)器　254
7.10　DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)　256
7.10.1　DeviceNet節(jié)點(diǎn)的開發(fā)步驟　256
7.10.2　設(shè)備描述的規(guī)則　264
7.10.3　設(shè)備配置和電子數(shù)據(jù)文檔(EDS)　265
工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)　270
8.1　概述　270
8.1.1　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀　270
8.1.2　工業(yè)以太網(wǎng)的主要標(biāo)準(zhǔn)　272
8.1.3　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與前景　277
8.2　TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)　278
8.2.1　TCP/IP協(xié)議的四個(gè)層次　279
8.2.2　TCP/IP協(xié)議模型中的操作系統(tǒng)邊界和地址邊界　280
8.3　IP協(xié)議　280
8.3.1　IP互聯(lián)網(wǎng)原理　280
8.3.2　IP協(xié)議的地位與IP互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)　281
8.3.3　IP地址　282
8.3.4　子網(wǎng)與子網(wǎng)掩碼　283
8.3.5　IP數(shù)據(jù)報(bào)格式　284
8.4　ICMP協(xié)議　286
8.4.1　ICMP報(bào)文的封裝與格式　286
8.4.2　ICMP請(qǐng)求與應(yīng)答報(bào)文　288
8.5　ARP協(xié)議　288
8.5.1　ARP報(bào)文格式　289
8.5.2　ARP工作原理　290
8.5.3　ARP高速緩存　291
8.6　端到端通信和端口號(hào)　291
8.6.1　端到端通信　291
8.6.2　傳輸層端口　292
8.7　TCP協(xié)議　294
8.7.1　TCP報(bào)文段格式　294
8.7.2　TCP連接的建立與關(guān)閉　296
8.7.3　TCP的超時(shí)重發(fā)機(jī)制　298
8.7.4　UDP協(xié)議　298
8.8　RTL8019AS全雙工以太網(wǎng)控制器　298
8.8.1　概述　298
8.8.2　引腳介紹　299
8.8.3　寄存器描述　301
8.9　RTL8019AS在PMM2000電力網(wǎng)絡(luò)儀表中的應(yīng)用　307
8.9.1　概述　307
8.9.2　PMM2000電力網(wǎng)絡(luò)儀表硬件總體設(shè)計(jì)　308
8.9.3　諧波測(cè)量算法　312
8.9.4　軟件總體設(shè)計(jì)　313
8.10　PMM2000電力網(wǎng)絡(luò)儀表以太網(wǎng)通信程序設(shè)計(jì)　315
8.10.1　以太網(wǎng)協(xié)議的封裝格式　315
8.10.2　通信程序的頭文件定義　317
8.10.3　通信主程序設(shè)計(jì)　322
8.10.4　RTL8019AS 網(wǎng)絡(luò)底層驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)　329
8.10.5　ARP程序設(shè)計(jì)方法　344
8.10.6　ICMP程序設(shè)計(jì)方法　348
8.10.7　TCP程序設(shè)計(jì)方法　351
8.11　上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)例　368
8.11.1　網(wǎng)絡(luò)編程概述　368
8.11.2　網(wǎng)絡(luò)組件介紹　369
8.11.3　TCP/IP應(yīng)用程序開發(fā)過(guò)程　370
參考手冊(cè)