现场总线与工业以太网及其应用系统设计

第1章　概论　1
1.1　现场总线的产生与发展　1
1.1.1　现场总线的产生　1
1.1.2　现场总线的本质　2
1.1.3　现场总线的特点和优点　3
1.1.4　现场总线的现状　4
1.1.5　现场总线网络的实现　6
1.1.6　现场总线技术的发展趋势　7
1.2　现场总线与企业网络　7
1.2.1　企业网络　7
1.2.2　企业网络技术　8
1.2.3　企业网络的体系结构　10
1.2.4　企业网络的实现　13
1.2.5　企业网络Intranet　15
1.2.6　信息网络与控制网络　18
1.3　流行现场总线简介　20
1.3.1　基金会现场总线(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　控制网络技术　28
2.1　数据通信技术基础　28
2.1.1　数据通信的基本概念　28
2.1.2　通信系统的结构　30
2.1.3　数据的编码技术　31
2.1.4　数据的传输模式　34
2.1.5　数据的通信方式　37
2.1.6　计算机网络及其拓扑结构　38
2.1.7　传输介质　40
2.1.8　介质访问控制方式　42
2.1.9　差错控制编码技术　43
2.2　网络互连技术　46
2.2.1　基本概念　46
2.2.2　网络互连规范　47
2.2.3　网络互连和操作系统　47
2.2.4　现场控制网络互连　48
2.3　网络互连设备　48
2.3.1　中继器　48
2.3.2　网桥　49
2.3.3　路由器　49
2.3.4　网关　50
2.4　通信参考模型　50
2.4.1　OSI参考模型　50
2.4.2　TCP/IP参考模型　53
2.4.3　现场总线的通信模型　55
第3章　通用串行通信接口技术　57
3.1　串行通信技术基础　57
3.1.1　串行通信基本概念　57
3.1.2　串行异步通信数据格式　59
3.2　RS-232C串行通信接口技术　60
3.2.1　RS-232C接口　60
3.2.2　RS-232C通信接口的互连　61
3.2.3　RS-232C驱动器/接收器　61
3.3　RS-485串行通信接口技术　62
3.3.1　RS-485接口　62
3.3.2　RS-485收发器　63
3.3.3　RS-485接口的典型应用　64
3.3.4　RS-485网络互连　64
第4章　PROFIBUS现场总线　66
4.1　PROFIBUS概述　66
4.2　PROFIBUS的协议结构　68
4.2.1　PROFIBUS-DP的协议结构　69
4.2.2　PROFIBUS-FMS的协议结构　69
4.2.3　PROFIBUS-PA的协议结构　69
4.3　PROFIBUS-DP现场总线系统　69
4.3.1　DP的RS-485传输技术和安装要点　70
4.3.2　PROFIBUS-DP的三个版本　70
4.3.3　PROFIBUS-DP系统组成和总线访问控制　74
4.3.4　PROFIBUS-DP系统工作过程　76
4.4　PROFIBUS-DP的通信模型　79
4.4.1　PROFIBUS-DP的物理层　79
4.4.2　PROFIBUS-DP的数据链路层(FDL)　82
4.4.3　PROFIBUS-DP的用户层　89
4.4.4　PROFIBUS-DP用户接口　90
4.5　PROFIBUS-DP的总线设备类型　92
4.5.1　概述　92
4.5.2　DP设备类型　93
4.6　设备数据库文件(GSD)　94
4.6.1　GSD文件的作用和组成　94
4.6.2　GSD文件的使用说明　95
4.6.3　GSD文件的格式　96
第5章　PROFIBUS-DP通信控制器与网络接口卡　102
5.1　概述　102
5.1.1　简单DP从站的实现　102
5.1.2　智能化DP从站的实现　103
5.1.3　复杂DP主站的实现　103
5.2　从站通信控制器SPC3　103
5.2.1　ASICs介绍　103
5.2.2　SPC3功能简介　103
5.2.3　SPC3引脚介绍　104
5.2.4　SPC3存储器分配及参数　106
5.2.5　ASIC接口　109
5.2.6　PROFIBUS-DP接口　115
5.2.7　通用处理器总线接口　126
5.2.8　UART　127
5.2.9　PROFIBUS-DP的 RS-485传输接口电路　127
5.2.10　PROFIBUS-DP从站的状态机制　128
5.3　主站通信控制器ASPC2与网络接口卡　129
5.3.1　ASPC2介绍　129
5.3.2　CP5611网络接口卡　131
5.3.3　CP5613网络接口卡　131
5.3.4　CP5511/5512网络接口卡　132
5.3.5　CP5611和CP5613安装及组态　132
第6章　PROFIBUS-DP应用系统设计　134
6.1　PROFIBUS-DP开发包4　134
6.1.1　开发包4(PACKAGE 4)的组成　134
6.1.2　硬件安装　137
6.1.3　软件使用　137
6.2　PROFIBUS-DP从站的开发　139
6.2.1　硬件电路　139
6.2.2　软件开发　140
6.3　PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统设计　141
6.3.1　PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统结构　141
6.3.2　FBPRO-8DI八路隔离型数字量输入智能节点的系统设计　141
6.3.3　A/D转换器ADS1216及其应用　160
6.3.4　FBPRO-4MV四通道隔离型毫伏信号输入智能节点的系统设计　174
6.3.5　FBPRO-8DI智能节点的设备数据库(GSD)文件　178
6.4　PROFIBUS-DP主站通信程序设计　180
6.4.1　通信程序中主要函数介绍　180
6.4.2　主站通信程序开发实例　186
6.5　PROFIBUS-DP从站的测试过程　190
6.5.1　安装硬件和驱动程序　191
6.5.2　拷贝GSD文件　191
6.5.3　启动COM PROFIBUS　191
6.5.4　添加主站和从站　191
6.5.5　启动Set PG/PC　192
6.5.6　软件测试　194
6.6　PROFInet技术　196
6.6.1　PROFInet部件模型　196
6.6.2　PROFInet运行期　198
6.6.3　PROFInet的网络结构　199
6.6.4　PROFInet与OPC的数据交换　200
第7章　DeviceNet现场总线　202
7.1　DeviceNet技术概述　202
7.1.1　设备级的网络　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的物理层　205
7.2.2　DeviceNet的数据链路层　208
7.2.3　DeviceNet的应用层　209
7.3　DeviceNet设备描述　216
7.3.1　DeviceNet设备的对象模型　216
7.3.2　DeviceNet设备的对象描述　218
7.4　DeviceNet连接　219
7.4.1　建立连接　219
7.4.2　DeviceNet预定义主/从连接组　221
7.4.3　预定义主/从连接的工作过程　224
7.5　预定义主/从连接实例　227
7.5.1　显式报文连接　227
7.5.2　轮询连接　228
7.5.3　位-选通连接　229
7.5.4　状态变化连接或循环连接　229
7.5.5　DeviceNet的通信过程理解　230
7.6　网络访问状态机制　233
7.6.1　网络访问事件矩阵　233
7.6.2　重复MAC ID检测　234
7.7　指示器和配置开关　234
7.7.1　指示器　234
7.7.2　配置开关　235
7.7.3　指示器和配置开关的物理标准　235
7.7.4　DeviceNet连接器图标　235
7.8　CAN的技术规范　236
7.8.1　CAN的基本概念　237
7.8.2　CAN的分层结构　238
7.8.3　报文传送和帧结构　239
7.8.4　错误类型和界定　244
7.8.5　位定时与同步的基本概念　245
7.8.6　CAN总线的位数值表示与通信距离　247
7.9　CAN通信控制器及其收发器　248
7.9.1　CAN器件简介　248
7.9.2　CAN通信控制器SJA1000　248
7.9.3　CAN总线收发器　254
7.10　DeviceNet节点的开发　256
7.10.1　DeviceNet节点的开发步骤　256
7.10.2　设备描述的规则　264
7.10.3　设备配置和电子数据文档(EDS)　265
工业以太网及其应用系统设计　270
8.1　概述　270
8.1.1　工业以太网技术的发展现状　270
8.1.2　工业以太网的主要标准　272
8.1.3　工业以太网技术的发展趋势与前景　277
8.2　TCP/IP协议的体系结构　278
8.2.1　TCP/IP协议的四个层次　279
8.2.2　TCP/IP协议模型中的操作系统边界和地址边界　280
8.3　IP协议　280
8.3.1　IP互联网原理　280
8.3.2　IP协议的地位与IP互联网的特点　281
8.3.3　IP地址　282
8.3.4　子网与子网掩码　283
8.3.5　IP数据报格式　284
8.4　ICMP协议　286
8.4.1　ICMP报文的封装与格式　286
8.4.2　ICMP请求与应答报文　288
8.5　ARP协议　288
8.5.1　ARP报文格式　289
8.5.2　ARP工作原理　290
8.5.3　ARP高速缓存　291
8.6　端到端通信和端口号　291
8.6.1　端到端通信　291
8.6.2　传输层端口　292
8.7　TCP协议　294
8.7.1　TCP报文段格式　294
8.7.2　TCP连接的建立与关闭　296
8.7.3　TCP的超时重发机制　298
8.7.4　UDP协议　298
8.8　RTL8019AS全双工以太网控制器　298
8.8.1　概述　298
8.8.2　引脚介绍　299
8.8.3　寄存器描述　301
8.9　RTL8019AS在PMM2000电力网络仪表中的应用　307
8.9.1　概述　307
8.9.2　PMM2000电力网络仪表硬件总体设计　308
8.9.3　谐波测量算法　312
8.9.4　软件总体设计　313
8.10　PMM2000电力网络仪表以太网通信程序设计　315
8.10.1　以太网协议的封装格式　315
8.10.2　通信程序的头文件定义　317
8.10.3　通信主程序设计　322
8.10.4　RTL8019AS 网络底层驱动程序的设计　329
8.10.5　ARP程序设计方法　344
8.10.6　ICMP程序设计方法　348
8.10.7　TCP程序设计方法　351
8.11　上位机网络编程实例　368
8.11.1　网络编程概述　368
8.11.2　网络组件介绍　369
8.11.3　TCP/IP应用程序开发过程　370
参考手册