网络化控制系统——现场总线技术（第2版）（全国工程专业学位研究生教育国家级规划教?39

定　　价：39 元

丛书名：全国工程专业学位研究生教育国家级规划教材

• 作者：阳宪惠　主编
• 出版时间：2014/6/1
• ISBN：9787302358053
• 出 版 社：清华大学出版社

• 中图法分类：TP336 
• 页码：269
• 纸张：胶版纸
• 版次：2
• 开本：16开

内容简介

　　现场总线技术是近年来测量控制领域十分活跃的一项新技术。《网络化控制系统：现场总线技术（第2版）/全国工程专业学位研究生教育国家级规划教材》从介绍与现场总线技术相关的基本术语、基础知识开始，较为详细地阐述了基金会现场总线FF、PROFIBUS、工业以太网、LonWorks现场总线技术的概貌，并简要讨论了Modbus、CAN、DeviceNet以及ZigBee无线短程数据通信技术。全书围绕解决现场总线控制网络在开放性、实时性、互操作性、环境适应性等方面面临的问题，讨论多种现场总线在通信参考模型、介质访问控制方式等方面的特点，以及构成现场总线节点与控制网络的应用技术。
　　《网络化控制系统：现场总线技术（第2版）/全国工程专业学位研究生教育国家级规划教材》是全国工程硕士研究生的核心教材，也适合大专院校自动化、仪表专业的师生作为教学参考，还可作为现场总线系统设计、产品开发与应用系统技术人员的培训教材。

序 言

　　第2版前言

Foreword

20世纪末兴起的基于现场总线的控制网络技术，在历经早期的标准大战与喧嚣繁华之后，今天已进入平稳发展期。控制网络已经成为许多企业网络不可或缺的重要组成部分。
　　作为工程硕士研究生教材的《网络化控制系统——现场总线技术》一书再版，一方面得益于我国工程硕士专业学位教育的发展； 另一方面也得益于控制网络历经约20年实际应用与市场竞争的历练后，其核心技术的积淀。工程硕士的主要培养对象为企业的技术和管理骨干，培养环节主要围绕知识更新、提高创新能力和解决实际问题的能力。本书力图汇集通信、网络、控制领域的主要知识点，有助于读者理解、掌握、运用和开发控制网络的核心技术，在新产品开发与应用系统设计维护中提高解决实际问题的能力。教学中如能与相关实验环节配合，则效果更佳。
　　感谢清华大学出版社与王一玲编辑等为本书再版付出的辛勤努力。

　　阳宪惠
　　2014年4月于芝加哥





第1版前言

Foreword

现场总线技术是在测量控制领域随着信息技术的发展而出现的一项新技术，是生产现场的数据通信与控制网络技术。现场总线控制网络与管理经营层的信息网络结合在一起，构成了完整的企业信息系统，丰富了企业网络的信息内容，为实现企业管理控制一体化创造了条件。
现场总线技术近年来已经赢得了广泛关注，许多高校都为此开设了专门课程。本书是在清华大学自动化系相关课程教学工作的基础上编写的，编写过程得到了全国工程硕士研究生教育核心教材建设工程工作组的关心与支持。
本书从分析现场总线控制网络在开放性、互操作性、实时性、环境适应性方面面临的问题入手，讨论了多种现场总线在通信参考模型、介质访问控制方式等方面的特点，以及构成现场总线系统的应用技术。重点阐述了基金会现场总线FF、PROFIBUS、工业以太网、LonWorks几种现场总线的技术概貌，并简要介绍了Modbus、CAN、DeviceNet以及ZigBee等。尽管不同类别的现场总线各有特色，但其核心技术是相通的。作者期望以这几种有影响力的现场总线为典型代表，让读者通过本书能领略到现场总线百花园的技术精华。
全书共分8章。第1~5章、第8章由阳宪惠编写； 第6章初稿由郑州大学侯维岩老师编写； 第7章初稿由航天金穗高技术公司徐琳华等编写。本书是上述编著者在有关现场总线的科研与教学中多年来工作总结的成果积累。
现场总线技术还在不断发展之中，本书中缺点和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。
阳宪惠
2008年7月于清华园

目 录

第1章　绪论
　1.1　现场总线技术简介
　　1.1.1　现场总线技术与现场总线系统
　　1.1.2　现场总线数据通信系统
　　1.1.3　现场总线控制网络
　　1.1.4　现场总线网络化控制系统
　　1.1.5　全分布式控制系统
　　1.1.6　现场总线系统在企业网络中的地位与作用
　1.2　相关名词术语
　　1.2.1　总线与总线操作
　　1.2.2　通信设备
　　1.2.3　报文与协议
　　1.2.4　通信术语
　1.3　现场总线的技术发展
　　1.3.1　早期的现场总线技术 第1章　绪论
　1.1　现场总线技术简介
　　1.1.1　现场总线技术与现场总线系统
　　1.1.2　现场总线数据通信系统
　　1.1.3　现场总线控制网络
　　1.1.4　现场总线网络化控制系统
　　1.1.5　全分布式控制系统
　　1.1.6　现场总线系统在企业网络中的地位与作用
　1.2　相关名词术语
　　1.2.1　总线与总线操作
　　1.2.2　通信设备
　　1.2.3　报文与协议
　　1.2.4　通信术语
　1.3　现场总线的技术发展
　　1.3.1　早期的现场总线技术
　　1.3.2　现场总线技术的标准化
　　1.3.3　现场总线系统的特点
　　1.3.4　现场总线网络与上层网络的连接
　练习题
第2章　串行通信与串行通信接口
　2.1　通信编码
　　2.1.1　数字编码与编码波形
　　2.1.2　曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码
　　2.1.3　模拟数据编码
　2.2　串行通信中的几个环节
　　2.2.1　数据的串行化与串行传输
　　2.2.2　单字节数据的报文帧
　　2.2.3　通信连接与确认
　　2.2.4　串行通信的中断请求与处理
　　2.2.5　轮询
　　2.2.6　出错处理
　2.3　串行通信接口
　　2.3.1　EIA?232
　　2.3.2　EIA?485
　　2.3.3　通用串行总线USB
　　2.3.4　IEEE 1394
　2.4　通信传输的差错检测
　　2.4.1　传输差错的类型
　　2.4.2　差错检测
　　2.4.3　循环冗余校验的原理与实现
　2.5　传输差错的校正
　　2.5.1　纠错
　　2.5.2　自动重传
　　2.5.3　前向差错纠正
　　2.5.4　海明码的编码
　　2.5.5　海明码的错误检测与纠正
　　2.5.6　多比特错误的纠正
　练习题
　　网络化控制系统——现场总线技术（第2版）
第3章　控制网络与网络互连
　　3.1　控制网络
　　3.1.1　现场总线控制网络与计算机网络
　　3.1.2　现场总线控制网络的节点
　　3.1.3　现场总线控制网络的任务与工作环境
　　3.1.4　现场总线控制网络的实时性要求
　　3.2　网络互连
　　3.2.1　网络互连的通信参考模型
　　3.2.2　通信参考模型的分层功能
　　3.2.3　现场总线对OSI通信参考模型的简化
　　3.2.4　几种现场总线网络的通信参考模型
　　3.2.5　网络互连设备
　　3.3　网络传输介质的种类
　　3.3.1　双绞线
　　3.3.2　屏蔽电缆
　　3.3.3　同轴电缆
　　3.3.4　光缆
　　3.3.5　无线传输
　　3.4　网络传输介质的性能
　　3.4.1　传输介质的频率特性
　　3.4.2　介质带宽
　　3.4.3　信噪比对信道容量的影响
　　3.4.4　导线传输介质的性能参数
　　3.5　网络拓扑
　　3.5.1　环形拓扑
　　3.5.2　星形拓扑
　　3.5.3　总线拓扑
　　3.5.4　树形拓扑
　　3.6　网络传输介质的访问控制
　　3.6.1　主从通信
　　3.6.2　载波监听多路访问／冲突检测
　　3.6.3　载波监听多路访问／逐位仲裁
　　3.6.4　令牌
　　3.6.5　时分复用
　　3.6.6　几种访问控制方式的综合
　　3.7　网络操作系统
　　3.7.1　局域网操作系统
　　3.7.2　Netware与NetBEUI
　　3.7.3　Windows操作系统系列
　　3.7.4　UNIX
　　3.7.5　Linux
　　3.7.6　嵌入式操作系统
　练习题
第4章　基金会现场总线FF
　4.1　H1的通信参考模型与数据编码
　　4.1.1　H1的通信参考模型
　　4.1.2　H1报文帧的结构
　　4.1.3　H1报文帧中的数据编码
　　4.1.4　H1的通信信号
　4.2　H1的通信调度
　　4.2.1　现场设备的类型
　　4.2.2　链路活动调度器LAS
　　4.2.3　通信调度的工作过程
　　4.2.4　总线上的时间
　　4.2.5　通信控制器
　4.3　网络与系统管理
　　4.3.1　网络管理
　　4.3.2　设备标识与工作状态
　　4.3.3　系统管理的功能与服务
　　4.3.4　系统管理信息库SMIB
　4.4　功能块
　　4.4.1　功能块的内部结构与功能块连接
　　4.4.2　功能块中的用户应用块
　　4.4.3　功能块的块参数
　　4.4.4　功能块应用
　4.5　FF的应用系统
　　4.5.1　H1网段的基本组成
　　4.5.2　H1网段的传输介质
　　4.5.3　H1网段的拓扑结构
　　4.5.4　网段的连线长度
　　4.5.5　H1网段的接地与屏蔽
　　4.5.6　应用系统的设计与运行
　练习题
第5章　工业以太网
　5.1　工业以太网简介
　　5.1.1　工业以太网与以太网
　　5.1.2　以太网的工业级产品
　　5.1.3　以太网通信的非确定性问题
　　5.1.4　工业以太网应用层的控制功能
　　5.1.5　以太网的嵌入式控制节点
　5.2　以太网的物理连接与数据封装
　　5.2.1　以太网的物理连接
　　5.2.2　以太网的帧格式
　　5.2.3　以太网的数据封装
　5.3　TCPIP协议组
　　5.3.1　TCPIP协议组的构成
　　5.3.2　IP协议
　　5.3.3　用户数据报协议
　　5.3.4　传输控制协议TCP
　5.4　实时以太网
　　5.4.1　实时以太网及其通信参考模型
　　5.4.2　实时以太网的介质访问控制
　　5.4.3　IEEE 1588精确时间同步协议
　5.5　PROFINET
　　5.5.1　PROFINET的网络连接
　　5.5.2　IO设备模型及其数据交换
　　5.5.3　组件模型及其数据交换
　　5.5.4　PROFINET通信的实时性
　　5.5.5　PROFINET与其他现场总线系统的集成
　　5.5.6　PROFINET的IP地址管理与数据集成
　5.6　高速以太网HSE
　　5.6.1　HSE的系统结构
　　5.6.2　HSE与现场设备间的通信
　　5.6.3　HSE的柔性功能块
　　5.6.4　HSE的链接设备
　练习题
第6章　PROFIBUS
　6.1　PROFIBUS概述
　　6.1.1　PROFIBUS的三个子集
　　6.1.2　PROFIBUS?DP的相关版本与行规
　　6.1.3　PROFIBUS的通信参考模型
　　6.1.4　PROFIBUS的主站与从站
　　6.1.5　PROFIBUS总线访问控制的特点
　6.2　PROFIBUS的通信协议
　　6.2.1　PROFIBUS的物理层及其网络连接
　　6.2.2　PROFIBUS的数据链路层协议
　　6.2.3　PROFIBUS的令牌环
　6.3　PROFIBUS?DP
　　6.3.1　PROFIBUS?DP?V0
　　6.3.2　PROFIBUS?DP的GSD文件
　　6.3.3　PROFIBUS?DP?V1
　　6.3.4　PROFIBUS?DP?V2介绍
　6.4　PROFIBUS站点的开发与实现
　　6.4.1　PROFIBUS的站点实现
　　6.4.2　从站的实现方案
　　6.4.3　主站的实现方案
　　6.4.4　PROFIBUS的网络监听器
　6.5　PROFIBUS?PA
　　6.5.1　PROFIBUS?PA的基本特点
　　6.5.2　DPPA的连接
　练习题
第7章　LonWorks总线
　7.1　LonWorks总线的技术概述
　　7.1.1　LonWorks总线的技术组成
　　7.1.2　LonWorks节点
　　7.1.3　路由器(router)
　　7.1.4　LonWorks的Internet连接设备
　　7.1.5　网络管理
　　7.1.6　通信端口
　7.2　LonTalk通信协议
　　7.2.1　LonTalk协议概述
　　7.2.2　LonTalk的物理层
　　7.2.3　LonTalk的地址命名
　　7.2.4　LonTalk的数据链层
　　7.2.5　LonTalk协议的网络层
　　7.2.6　LonTalk协议的传输层和会话层
　　7.2.7　LonTalk协议的表示层和应用层
　　7.2.8　LonTalk协议的网络管理和网络诊断
　　7.2.9　LonTalk协议的报文服务
　7.3　收发器与路由器
　　7.3.1　双绞线收发器
　　7.3.2　电力线收发器
　　7.3.3　其他类型介质
　　7.3.4　路由器
　7.4　LonMark对象与网络变量
　　7.4.1　LonMark对象和功能模式
　　7.4.2　配置属性
　　7.4.3　网络变量
　　7.4.4　LonMark程序ID
　7.5　LonWorks节点开发工具
　　7.5.1　LonBuilder多节点开发工具
　　7.5.2　NodeBuilder节点开发工具
　7.6　LNS网络操作系统与网络工具
　　7.6.1　网络操作系统LNS
　　7.6.2　LNS网络工具
　练习题
第8章　几种现场总线技术简介
　8.1　Modbus
　　8.1.1　Modbus通信参考模型
　　8.1.2　串行链路的主从通信
　　8.1.3　站点状态与时序
　　8.1.4　RTU传输模式
　　8.1.5　ASCII串行传输模式
　　8.1.6　Modbus TCPIP应用数据单元
　　8.1.7　Modbus通信网络的体系结构
　8.2　CAN总线
　　8.2.1　CAN总线的特点
　　8.2.2　CAN的通信参考模型
　　8.2.3　CAN总线报文帧的类型与结构
　　8.2.4　CAN的通信控制器与相关芯片
　8.3　DeviceNet
　　8.3.1　DeviceNet技术简介
　　8.3.2　DeviceNet的物理层和物理媒体
　　8.3.3　DeviceNet的对象模型
　　8.3.4　DeviceNet的连接与连接标识
　　8.3.5　DeviceNet的通信方式
　　8.3.6　DeviceNet的设备描述
　8.4　无线短程低速数据通信技术ZigBee
　　8.4.1　ZigBee的技术特点
　　8.4.2　ZigBee的通信参考模型
　　8.4.3　ZigBee的设备类型
　　8.4.4　ZigBee的网络拓扑结构
　　8.4.5　ZigBee的设备地址、寻址与路由
　　8.4.6　ZigBee的应用系统
　8.5　现场总线的选择
　练习题
主要参考文献