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前言页1

第1章 现场总线概述1

1.1 现场总线简介1

1.1.1 什么是现场总线1

1.1.2 现场总线构造了网络集成式全分布控制系统2

1.1.3 现场总线是底层控制网络4

1.2 现场总线的发展背景与趋势4

1.2.1 现场总线是综合自动化的发展需要4

1.2.3 现场总线将朝着开放系统、统一标准的方向发展5

1.2.2 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础5

1.3 现场总线的特点与优点6

1.3.1 现场总线系统的结构特点6

1.3.2 现场总线系统的技术特点7

1.3.3 现场总线的优点7

1.4 几种有影响的现场总线技术8

1.4.1 基金会现场总线8

1.4.2 LonWorks9

1.4.3 PROFIBUS9

1.5 以现场总线为基础的企业信息系统10

1.4.5 HART10

1.4.4 CAN10

1.5.1 企业信息系统的基本组成11

1.5.2 企业信息系统的功能模型12

1.5.3 企业信息系统的集成环境13

1.6 MAP，TOP与现场总线13

1.6.1 MAP，TOP的发展13

1.6.2 TOP/MAP/Fieldbus的网络结构14

1.6.3 LAN/Fieldbus的网络结构15

2.1.1 总线的基本术语16

2.1.2 总线操作的基本内容16

2.1 总线的基本概念与操作16

第2章 网络与通信基础16

2.2 通信系统简介19

2.2.1 通信系统的组成19

2.2.2 数据编码20

2.2.3 通信系统的性能23

2.2.4 信号的传输方式25

2.2.5 通信方式26

2.2.6 同步方式26

2.3.1 计算机网络与网络拓扑28

2.3.2 星形拓扑28

2.2.7 多路共传28

2.3 计算机局域网及其拓扑结构28

2.3.3 环形拓扑29

2.3.4 总线拓扑29

2.3.5 树形拓扑30

2.4 网络的传输介质30

2.4.1 双绞线的主要特性30

2.4.2 同轴电缆的主要特性31

2.4.3 光缆的主要特性31

2.4.4 无线通信信道的主要特性32

2.5.1 CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)33

2.5 介质访问控制方式33

2.5.2 令牌(标记)访问控制方式34

2.6 数据交换37

2.6.1 线路交换方式37

2.6.2 存储转发交换方式38

2.6.3 数据报方式39

2.6.4 虚电路方式40

2.7 差错控制40

2.7.1 检错与纠错40

2.7.2 CRC检错码的工作原理41

2.7.3 差错控制方法43

2.8 网络互连44

2.8.1 网络互连的基本概念44

2.8.2 网络互连设备与相应层次44

2.8.3 网络互连规范45

2.8.4 局域网操作系统45

第3章 开放系统互连参考模型47

3.1 OSI参考模型47

3.1.1 OSI参考模型的结构48

3.1.2 OSI参考模型的功能划分48

3.2.1 物理层的功能与特性49

3.2 物理层协议49

3.2.2 物理接口标准EIA-232-D50

3.3 数据链路层协议53

3.3.1 数据链路层的功能53

3.3.2 高级数据链路控制协议HDLC54

3.4 网络层协议57

3.4.1 路径选择与中继57

3.4.2 流量控制57

3.4.3 网络连接建立与管理58

3.5 传输层及高层协议58

3.5.1 传输层58

3.5.2 会话层60

3.5.3 表示层61

3.5.4 应用层62

3.6 OSI参考模型与现场总线通信模型63

3.6.1 基金会现场总线通信模型64

3.6.2 LonWorks通信模型64

3.6.3 PROFIBUS通信模型64

3.6.4 CAN通信模型65

3.6.5 HART通信模型65

3.7 一致性与互操作性测试技术65

3.7.1 一致性测试66

3.7.2 互操作性测试67

第4章 基金会现场总线70

4.1 基金会现场总线系统的技术概要70

4.1.1 基金会现场总线的主要技术70

4.1.2 通信系统的主要组成部分及其相互关系72

4.1.3 协议数据的构成与层次74

4.1.4 现场总线应用进程及其网络可视部分75

4.1.5 基金会现场总线网络通信中的虚拟通信关系79

4.2 基金会现场总线的物理层及基网络连接81

4.2.1 物理层的功能81

4.2.2 物理层的结构81

4.2.3 传输介质82

4.2.4 基金会现场总线的物理信号波形83

4.2.5 基金会现场总线的信号编码84

4.2.6 现场设备86

4.2.7 基金会现场总线的网络拓扑结构86

4.3 数据链路层87

4.3.1 链路活动调度器LAS及其功能88

4.3.2 通信设备类型88

4.3.3 数据链路协议数据单元DLPDU89

4.3.4 链路活动调度器的工作过程90

4.3.5 数据传输方式92

4.4 现场总线访问子层FAS93

4.3.6 数据链路时间的同步93

4.4.1 总线访问子层的协议机制94

4.4.2 应用关系端点角色及其特性94

4.4.3 传输路径与策略97

4.4.4 应用关系的建立方式98

4.4.5 应用关系端点分类98

4.4.6 总线访问子层的服务及其参数99

4.4.7 总线访问子层协议数据单元FAS-PDU101

4.4.8 数据链路层映射协议机构DMPM102

4.5 现场总线报文规范层FMS102

4.5.1 虚拟现场设备103

4.5.2 对象字典104

4.5.3 联络关系管理106

4.5.4 变量访问对象及其服务107

4.5.5 事件服务108

4.5.6 “域”上载/下载服务108

4.5.7 程序调用服务109

4.5.8 FMS协议数据单元及其编码110

4.5.9 FMS的信息格式111

4.6.1 网络管理者与网络管理代理112

4.6 网络管理112

4.5.10 FMS的启动112

4.6.2 网络管理代理的虚拟现场设备114

4.6.3 NMA对象与相应的对象服务114

4.6.4 通信实体116

4.7 系统管理118

4.7.1 系统管理概述118

4.7.2 系统管理的作用120

4.7.3 系统管理信息库SMIB及其访问121

4.7.4 SMK状态122

4.7.5 系统管理服务和作用过程122

4.7.6 关于地址与地址分配126

4.8 功能块应用进程127

4.8.1 对象及其属性128

4.8.2 功能块的内部结构与功能块连接130

4.8.3 功能块应用进程中的用户应用块131

4.8.4 块参数133

4.8.5 功能块服务136

4.8.6 现场总线设备的功能块应用进程137

4.9 基金会现场总线通信控制器及其接口线路138

4.9.1 基金会现场总线通信控制器的功能139

4.9.2 基金会现场总线通信控制器芯片的介绍141

4.10.1 网板的总体设计考虑156

4.10 基于FB3050通信控制器的网板设计156

4.10.2 线路说明157

4.11 基金会现场总线系统的组态与运行158

4.11.1 基金会现场总线系统的组态信息158

4.11.2 系统的组态162

4.11.3 网段与系统的启动162

4.11.4 关于装载LAS调度表与修改组态163

4.12 设备描述与FF的产品开发163

4.12.1 设备描述DD163

4.12.2 设备描述的开发步骤164

4.12.3 设备描述语言DDL166

4.12.4 基金会现场总线的产品系列与开发167

4.12.5 通信行规与设备行规168

4.13 现场总线控制系统的网络布线与安装170

4.13.1 现场总线网段的基本构成部件170

4.13.2 总线供电与网络配置172

4.13.3 现场总线的网络扩充174

4.13.4 关于现场总线的接地、屏蔽与极性175

4.13.5 现场总线通信网络中的常见故障及常用检测工具176

4.14.1 应用系统实验测试的一般内容177

4.14 现场总线应用系统的实验测试177

4.14.2 被测试系统简介179

4.14.3 两个测试实例180

4.14.4 实验测试项目及其评价186

第5章 LonWorks技术和LON总线189

5.1 LonWorks技术概述及系统结构189

5.1.1 LonWorks节点189

5.1.2 路由器190

5.1.3 网络管理190

5.1.4 LON总线性能特点191

5.2 LON总线分散式通信控制处理器--神经元芯片192

5.2.1 处理单元193

5.2.2 存储器193

5.2.3 输入输出194

5.2.4 通信端口196

5.2.5 时钟系统198

5.5.6 睡眠/唤醒机制199

5.2.7 Service Pin199

5.2.8 Watchdog定时器199

5.3 通信199

5.3.1 双绞线收发器200

5.3.2 电源线收发器202

5.3.3 电力线收发器203

5.3.4 其他类型介质204

5.3.5 路由器204

5.4 LonWorks通信协议--LonTalk209

5.4.1 LonTalk协议概述209

5.4.2 LonTalk协议物理层通信协议211

5.4.3 LonTalk协议的网络地址结构及对大网络的支持212

5.4.4 LonTalk MAC子层213

5.4.7 LonTalk协议的传输层和会话层215

5.4.8 LonTalk协议的表示层和应用层215

5.4.5 LonTalk协议的链路层215

5.4.6 LonTalk协议的网络层215

5.4.9 LonTalk协议的网络管理和和网络诊断216

5.4.10 LonTalk协议的报文服务216

5.4.11 LonTalk协议的网络认证217

5.5 面向对象的编程语言-Neuron C217

5.5.1 定时器217

5.5.2 网络变量217

5.5.3 显示报文219

5.6 LonWorks的互操作性221

5.6.1 简介221

5.5.4 调度程序221

5.5.5 附加功能221

5.6.2 应用层接口222

5.6.3 应用层端口222

5.6.4 节点对象222

5.6.5 LonMark对象223

5.6.6 标准网络变量类型223

5.6.7 数据传送223

5.6.9 设备记录224

5.6.10 功能块224

5.6.8 结构参数224

5.7 LonWorks开发工具225

5.7.1 LonBuilder和NodeBuilder225

5.7.2 LonManager工具225

5.7.3 硬件接口卡226

5.8 LNS技术226

5.8.1 概述226

5.8.2 LNS编程模式227

5.8.3 LNS构架227

5.8.4 LCA网络服务器服务229

5.8.5 LCA数据库230

5.9.1 LonWorks技术在某铝电解厂槽控机中的应用231

5.8.6 LCA现场编译器231

5.9 应用系统231

5.9.2 LonWorks技术在楼宇自动化的抄表系统中的应用235

第6章 PROFIBUS238

6.1 概述238

6.1.1 PROFIBUS基本特性239

6.1.2 PROFIBUS-DP244

6.1.3 PROFIBUS-PA251

6.1.4 PROFIBUS-FMS254

6.2 PROFIBUS通信协议256

6.2.1 PROFIBUS与ISO/OSI参考模型256

6.2.2 PROFIBUS设置配置258

6.2.3 面向连接的数据交换顺序图277

6.3 PROFIBUS实现的可能性281

6.3.1 DP从站单片实现282

6.3.2 智能化FMS和DP从站的实现282

6.3.3 复杂的FMS和DP主站的实现283

6.3.4 PA现场设备的实现283

6.4 PROFIBUS控制器ASPC2284

6.4.1 概述284

6.4.2 功能概要284

6.4.3 引脚描述289

6.4.4 ASIC接口291

6.4.5 处理器接口296

6.4.6 串行总线接口300

6.4.7 封装(P-MQFP100)302

6.4.8 举例302

6.4.9 PROFIBUS接口304

6.5 设备认证306

第7章 控制器局域网总线--CAN309

7.1 CAN的性能特点309

7.2.1 CAN的一些基本概念310

7.2 CAN的技术规范310

7.2.2 CAN节点的分层结构311

7.2.3 报文传送及其帧结构312

7.2.4 错误类型和界定318

7.2.5 位定时与同步320

7.2.6 CAN总线媒体装置特性321

7.3 CAN总线有关器件介绍325

7.3.1 CAN通信控制器82C200326

7.3.2 Intel 82527CAN通信控制器336

7.3.3 带有CAN总线接口的微控制器及I/O器件338

7.3.4 CAN总线收发接口电路82C250342

7.4 CAN总线的应用344

7.4.1 CAN总线的主要应用领域344

7.4.2 CAN总线在HS2000系统中的应用346

第8章 HART通信协议348

8.1 HART的基本特点348

8.1.1 HART通信协议简介348

8.1.2 HART通信协议的特点与优势350

8.2 HART协议物理层技术规范350

8.2.1 概述350

8.2.2 网络要求351

8.2.3 数字信号要求356

8.2.4 信号发生单元特性357

8.2.5 附录--主要术语说明362

8.3 HART数据链路层协议规范364

8.3.1 概述364

8.3.2 HART数据帧格式365

8.3.3 HART协议提供的服务368

8.3.4 HART协议规范374

8.4 HART命令简介380

8.4.1 主机命令的一致性分类381

8.4.2 变送器命令分类383

8.4.3 响应码信息384

8.4.5 变量定义385

8.4.4 数据格式385

8.5 HART协议的应用386

第9章 以现场总线为基础的控制系统与网络系统388

9.1 现场总线控制系统388

9.1.1 现场总线控制系统的设计389

9.1.2 现场总线控制系统软件392

9.2 现场总线新型测量系统393

9.2.1 储罐计量系统394

9.2.2 流量补偿计算394

9.3.1 设备管理系统AMS的主要功能395

9.3 现场总线设备管理系统395

9.3.2 设备管理系统涉及的信息内容396

9.3.3 AMS及其数据库397

9.3.4 AMS的应用界面399

9.4 现场信号与系统管理、系统监控软件之间的连接桥梁--OPC400

9.4.1 OPC简介400

9.4.2 OPC是连接现场总线信号与监控软件的桥梁401

9.5 工厂计算机网络系统的一般设计402

9.5.1 工厂计算机网络系统的设计原则402

9.5.3 工厂计算机网络系统的计算服务模式403

9.5.2 工厂网络系统设计的一般内容403

9.5.4 工厂计算机网络中的数据库404

9.5.5 工厂计算机网络系统配置示例405

9.5.6 工厂底层网络中的现场总线与DCS406

9.6 企业内部网络Intranet408

9.6.1 Intranet的一般概念408

9.6.2 Intranet的主要硬件408

9.6.3 Intranet的主要软件409

9.6.4 Intranet的安全措施410

9.6.5 结束语--Infranet,Intranet与Internet411

参考文献413