工業控制網路(工業和信息化普通高等教育“十二五”規劃教材立項項目)是人民郵電出版社出版的一本圖書，作者王振力、劉博。
基本介紹
- 書名：工業控制網路
- 作者：王振力、劉博
- ISBN：9787115301369
- 頁數：240 頁
- 定價：32.00元
- 出版社：人民郵電出版社
- 出版時間：2012年12月
- 裝幀：平裝
- 開本：16 開
概述,特點,發展趨勢,目錄,
概述
叢書名：21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材
在現場匯流排技術的基礎上發展了工業控制網路，它是用具有數字通信能力並能大量分散在生產現場的測量控制儀表作為網路節點而構成的。工業網路具有很高的公開性，對於通信協定的要求也很高。它的運作主要是把現場的設備之間的信息可以自由交流，在這樣就更容易完成控制系統的任務，完成速度更快，與工業控制網路相比，現場匯流排就不能很好地完成這個任務。
特點
工業控制網路同時具有諸多特點。它具有實現互連設備間、系統間的信息傳遞與溝通的互操作性；還具有可以與世界任何地方遵守同標準的其它設備連線的系統開放性；與此同時，工業控制網路還可以與紅外線、電力線、同軸電纜等很多設備合作，這就使得它可以適應不同的現場環境；還有一個明顯的特點就是通信實時性，能提供相對應的實時通信，具有時間管理功能。
發展趨勢
工業控制網路的發展歷程是分步驟的，從傳統的控制網路發展到較為先進的現場匯流排，再後來隨著科技文明的進步，發展為現在研究熱點工業乙太網以及到無線網路控制。未來工業網路的發展需要從通信的實時性，安全性和可靠性來努力，想要達到這個層度也不是很簡單的，實現多匯流排路集成，實時異構網路也是將來發展的一個重要方向。
工業控制網路的方向
現如今企業的經營方式隨著網際網路和其相關技術的出現和發展，已經被改變了很多，它使信息通信環繞在整個社會生活中，並在很大的範圍內得以貫穿，世界上有文明的地方就有工業控制網路。在一些領域裡，例如辦公自動化領域裡，辦公設備中出現了網際網路技術的支持。除此之外，在製造加工工業中，在網際網路的基礎上，開放式的、透明的商業運作是新技術的發展方向。
更高的頻寬
更高的頻寬是高性能工業控制網路的要求，要增加頻寬，首先要分散控制數據，在將來的幾年裡，分散控制系統會產生增加二十到三十倍的製造信息。同樣地，PLC 從場地設備採集的信息預計也會增加一二十倍。在自動化控制和通信設施中，如果總使用新的處理體系和技術，網路很可能無法承載，離散的網路組織也可能產生瓶頸效應從而對網路變成透明的、覆蓋企業範圍的套用實體產生阻礙。乙太網的標準頻寬是10Mbps，近期研究高速乙太網，其速度能達到百兆甚至千兆，從而能夠成為企業大範圍內的主幹網路。在這種狀況下，只有乙太網能滿足大家的需要，這同時也促進了多樣控制網路的出現。
開放性的工業控制網路體系
隨著經濟全球化的發展和大部分產品周期的提高，為了降低生產成本，企業大都套用網際網路、智慧型設備和伺服器式套用系統以及無線通信等新技術。雖然這樣確實降低了成本，但同時這些新技術和商業過程無法避免地生成了很多數據，這些數據分配又是一個難題。雖然在執行方式上，硬體和軟體不同，但它們在商業系統中具有相同的本質標準，那就是開放式的生產管理體系。這種體系能使企業脫離單一的設備維護費用的運作方式。除此之外，開放式的系統使動態的製造數據得以釋放，在整個企業網路範圍內，使我們的管理者能能把數據自由地分配給廣大使用者，從而提高了企業的工作效率。
內容提要
本書介紹了工業控制網路的特點、發展歷程、技術現狀和發展趨勢，重點介紹了Modbus、PROFIBUS、CAN、DeviceNet及CANopen等現場匯流排技術，還介紹了EPA、PROFINET、HSE、Ethernet/IP及Modbus TCP等工業乙太網技術，並結合台達工業自動化產品有針對性地安排了大量工業控制網路套用案例和實驗內容，著重對學生的實際動手能力、獨立思考能力、創新思維能力和綜合運用能力進行培養和訓練。
本書可作為普通高等院校電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、儀器儀表、計算機、機械電子、汽車電子及相關專業的教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。
本書可作為普通高等院校電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、儀器儀表、計算機、機械電子、汽車電子及相關專業的教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 工業自動控制系統歷史 1
1.1.1 模擬儀表控制系統 1
1.1.2 直接數字控制系統 2
1.1.3 集散控制系統 2
1.1.4 現場匯流排控制系統 3
1.2 工業控制網路特點 4
1.3 傳統控制網路——現場匯流排 4
1.3.1 現場匯流排的定義 4
1.3.2 現場匯流排的發展歷程 5
1.3.3 工業控制網路國際標準 5
1.4 現代控制網路——工業乙太網 7
1.4.1 工業乙太網定義 7
1.4.2 工業乙太網的發展歷程 7
1.4.3 工業乙太網的特點 8
1.4.4 工業乙太網的標準 8
1.4.5 工業乙太網的發展前景 9
1.5 常用工業控制網路介紹 9
1.5.1 基金會現場匯流排(FF) 9
1.5.2 PROFIBUS 10
1.5.3 CIP 11
1.5.4 Modbus 12
1.5.5 CAN匯流排 13
1.5.6 LonWorks 14
1.6 工業控制網路發展趨勢 14
第2章 數據通信與計算機網路基礎 16
2.1 數據通信系統概述 16
2.1.1 數據通信系統組成 16
2.1.2 數據通信系統的性能指標 17
2.2 數據編碼技術 17
2.2.1 數字數據的模擬信號編碼 17
2.2.2 數字數據的數位訊號編碼 18
2.2.3 數據同步方式 19
2.3 傳輸差錯及其檢測 21
2.3.1 奇偶校驗碼 22
2.3.2 校驗和 23
2.3.3 循環冗餘校驗碼 24
2.4 工業控制網路的節點 25
2.4.1 可程式控制器 25
2.4.2 感測器與變送器 26
2.4.3 執行器與驅動器 26
2.4.4 人機界面 27
2.4.5 網路互連設備 27
2.5 通信傳輸介質 28
2.5.1 雙絞線 28
2.5.2 同軸電纜 28
2.5.3 光纖 29
2.5.4 無線傳輸介質 30
2.6 網路拓撲結構 30
2.6.1 星型拓撲 30
2.6.2 匯流排型拓撲 31
2.6.3 環型拓撲 31
2.6.4 樹型拓撲 32
2.7 網路傳輸介質的訪問控制方式 32
2.7.1 載波監聽多路訪問/衝突檢測 33
2.7.2 令牌訪問控制方式 33
2.7.3 時分復用 34
2.7.4 輪詢 34
2.7.5 集總幀方式 34
2.8 OSI參考模型 35
2.8.1 OSI參考模型簡介 35
2.8.2 OSI參考模型的功能劃分 36
2.8.3 幾種典型控制網路的通信模型 38
第3章 Modbus現場匯流排 40
3.1 概述 40
3.1.1 Modbus的特點 40
3.1.2 Modbus的通信模型 40
3.1.3 通用Modbus幀 41
3.1.4 Modbus通信原理 41
3.2 Modbus物理層 42
3.2.1 RS-232接口標準 42
3.2.2 RS-485接口標準 44
3.3 Modbus串列鏈路層標準 46
3.3.1 Modbus的傳輸模式 46
3.3.2 Modbus差錯檢驗 49
3.3.3 Modbus的功能碼 51
3.3.4 Modbus協定編程實現 59
3.4 台達工業自動化設備 60
3.4.1 台達PLC簡介 61
3.4.2 台達觸控螢幕 62
3.4.3 台達變頻器 62
3.5 Modbus系統組態 64
3.5.1 WPLSoft軟體介紹 64
3.5.2 Screen Editor軟體介紹 66
3.5.3 PLC與變頻器Modbus通信 68
實驗1 Modbus網路系統設計 72
第4章 PROFIBUS現場匯流排 73
4.1 PROFIBUS概述 73
4.1.1 PROFIBUS簡介 73
4.1.2 PROFIBUS的通信參考模型 74
4.1.3 PROFIBUS的家族成員 74
4.2 PROFIBUS-DP的通信協定 76
4.2.1 PROFIBUS-DP的物理層 76
4.2.2 PROFIBUS-DP的數據鏈路層 80
4.2.3 PROFIBUS-DP的用戶層 85
4.3 PROFIBUS-DP設備簡介 87
4.3.1 西門子S7-300 PLC 87
4.3.2 遠程I/O 90
4.3.3 西門子觸控螢幕TP 177B 92
4.4 PROFIBUS-DP系統 92
4.4.1 STEP7軟體介紹 92
4.4.2 WinCC flexible軟體介紹 96
4.4.3 PROFIBUS-DP系統組態 97
實驗2 PROFIBUS系統設計 101
第5章 CAN匯流排 103
5.1 CAN匯流排特點 103
5.2 CAN匯流排通信模型 104
5.2.1 CAN匯流排的物理層 104
5.2.2 CAN匯流排的數據鏈路層 108
5.3 CAN匯流排幀結構 109
5.3.1 數據幀 109
5.3.2 遠程幀 111
5.3.3 出錯幀 111
5.3.4 超載幀 112
5.3.5 幀間空間 112
5.4 CAN匯流排的錯誤處理機制 113
5.4.1 錯誤類型 113
5.4.2 錯誤界定規則 114
5.5 SJA1000 CAN控制器 115
5.5.1 SJA1000引腳功能 115
5.5.2 SJA1000內部功能結構 116
5.5.3 SJA1000內部存儲區分配 117
5.5.4 SJA1000暫存器功能 118
5.6 CAN匯流排收發器PCA82C250 126
5.6.1 PCA82C250引腳功能 127
5.6.2 PCA82C250內部功能結構 127
5.6.3 PCA82C250的工作模式 128
5.7 CAN匯流排節點設計 129
5.7.1 CAN匯流排節點的硬體設計 129
5.7.2 CAN匯流排節點的軟體設計 132
實驗3 CAN匯流排節點一對一通信實驗 134
第6章 DeviceNet現場匯流排 135
6.1 DeviceNet概述 135
6.1.1 設備級的網路 135
6.1.2 DeviceNet的特性 136
6.1.3 DeviceNet的通信模式 136
6.2 DeviceNet通信模型 136
6.2.1 DeviceNet的物理層 137
6.2.2 DeviceNet的數據鏈路層 140
6.2.3 DeviceNet的套用層 140
6.3 DeviceNet設備描述 143
6.3.1 DeviceNet設備的對象模型 143
6.3.2 DeviceNet設備的對象描述 144
6.3.3 DeviceNet設備組態的數據源 145
6.4 DeviceNet連線 145
6.4.1 重複MAC ID檢測 146
6.4.2 建立連線 147
6.4.3 DeviceNet預定義主從連線組 151
6.4.4 預定義主從連線的工作過程 152
6.5 預定義主從連線實例 153
6.5.1 顯示信息連線 153
6.5.2 輪詢連線 154
6.5.3 位選通連線 155
6.5.4 狀態變化連線/循環連線 157
6.5.5 多點輪詢連線 159
6.6 台達DeviceNet設備簡介 161
6.6.1 台達DNET掃描模組 161
6.6.2 台達DeviceNet遠程IO適配模組 162
6.6.3 DeviceNet通訊轉換模組 163
6.7 台達DeviceNet系統組態 165
6.7.1 DeviceNetBuilder軟體介紹 165
6.7.2 DeviceNet套用案例 166
實驗4 DeviceNet系統設計實驗 169
第7章 CANopen現場匯流排 170
7.1 CANopen概述 170
7.1.1 CANopen的發展 170
7.1.2 CANopen的特性 172
7.2 CANopen通信模型 172
7.2.1 CANopen的物理層 173
7.2.2 CANopen的數據鏈路層 174
7.2.3 CANopen的套用層 174
7.3 台達CANopen設備簡介 193
7.3.1 台達CANopen掃描模組 193
7.3.2 台達CANopen從站通信轉換模組 194
7.4 台達CANopen系統組態 195
7.4.1 CANopen模組設定介紹 195
7.4.2 CANopen套用案例 196
實驗5 CANopen系統設計實驗 200
第8章 工業乙太網 202
8.1 工業乙太網簡介 202
8.1.1 乙太網與工業乙太網 202
8.1.2 工業乙太網的環境適應問題 203
8.1.3 乙太網通信的非確定性問題 205
8.1.4 實時乙太網 206
8.2 EPA 207
8.2.1 EPA的主要特點 208
8.2.2 EPA的通信協定模型 208
8.2.3 EPA的網路結構 209
8.3 PROFINET 210
8.3.1 PROFINET技術的起源 210
8.3.2 PROFINET的主要技術特點 210
8.3.3 PROFINET通信 212
8.3.4 PROFINET與其他現場匯流排系統的集成 214
8.4 HSE 214
8.4.1 HSE的系統結構 214
8.4.2 HSE與現場設備間的通信 215
8.4.3 HSE的柔性功能塊 216
8.4.4 HSE的連結設備 217
8.5 Ethernet/IP 217
8.5.1 Ethernet/IP概述 217
8.5.2 Ethernet/IP的報文種類 217
8.5.3 基於Ethernet/IP的工業乙太網組網 218
8.6 Modbus TCP 221
8.6.1 Modbus TCP概述 221
8.6.2 Modbus TCP套用數據單元 223
8.6.3 Modbus-RTPS 223
8.7 台達工業乙太網設備簡介 224
8.7.1 台達工業乙太網通信模組 224
8.7.2 台達工業乙太網遠程I/O模組 225
8.7.3 台達工業乙太網交換機 226
8.8 台達工業乙太網系統組態 227
8.8.1 DCISoft軟體介紹 227
8.8.2 工業乙太網套用案例 229
實驗6 工業乙太網系統設計實驗 234
附錄A ASCII碼錶 235
附錄B CAN匯流排節點一對一通信參考程式 236
參考文獻 239
