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第1章 绪论1

1.1　现场总线技术简介1

1.1.1　现场总线技术与现场总线系统1

1.1.2　现场总线数据通信系统3

1.1.3　现场总线控制网络4

1.1.4　现场总线网络化控制系统4

1.1.5　全分布式控制系统5

1.1.6　现场总线系统在企业网络中的地位与作用6

1.2　相关名词术语7

1.2.1　总线与总线操作7

1.2.2　通信设备9

1.2.3　报文与协议10

1.2.4　通信术语11

1.3　现场总线的技术发展13

1.3.1　早期的现场总线技术13

1.3.2　现场总线技术的标准化14

1.3.3　现场总线系统的特点15

1.3.4　现场总线网络与上层网络的连接17

练习题18

第2章 串行通信与串行通信接口19

2.1　通信编码19

2.1.1　数字编码与编码波形19

2.1.2　曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码20

2.1.3　模拟数据编码21

2.2　串行通信中的几个环节22

2.2.1　数据的串行化与串行传输22

2.2.2　单字节数据的报文帧22

2.2.3　通信连接与确认23

2.2.4 串行通信的中断请求与处理23

2.2.5　轮询24

2.2.6 出错处理24

2.3　串行通信接口25

2.3.1 EIA-23225

2.3.2 EIA-48527

2.3.3　通用串行总线USB30

2.3.4 IEEE 139430

2.4　通信传输的差错检测31

2.4.1　传输差错的类型31

2.4.2　差错检测32

2.4.3　循环冗余校验的原理与实现33

2.5　传输差错的校正35

2.5.1　纠错35

2.5.2 自动重传35

2.5.3　前向差错纠正36

2.5.4　海明码的编码37

2.5.5　海明码的错误检测与纠正38

2.5.6　多比特错误的纠正39

练习题40

第3章 控制网络与网络互连41

3.1　控制网络41

3.1.1 现场总线控制网络与计算机网络41

3.1.2　现场总线控制网络的节点41

3.1.3　现场总线控制网络的任务与工作环境42

3.1.4　现场总线控制网络的实时性要求43

3.2 网络互连43

3.2.1 网络互连的通信参考模型43

3.2.2　通信参考模型的分层功能44

3.2.3　现场总线对OSI通信参考模型的简化46

3.2.4　几种现场总线网络的通信参考模型47

3.2.5　网络互连设备48

3.3　网络传输介质的种类51

3.3.1 双绞线51

3.3.2　屏蔽电缆51

3.3.3　同轴电缆52

3.3.4　光缆52

3.3.5　无线传输53

3.4　网络传输介质的性能54

3.4.1　传输介质的频率特性54

3.4.2　介质带宽54

3.4.3　信噪比对信道容量的影响56

3.4.4　导线传输介质的性能参数56

3.5 网络拓扑57

3.5.1　环形拓扑57

3.5.2　星形拓扑57

3.5.3　总线拓扑58

3.5.4　树形拓扑58

3.6　网络传输介质的访问控制59

3.6.1 主从通信59

3.6.2　载波监听多路访问／冲突检测60

3.6.3　载波监听多路访问／逐位仲裁60

3.6.4　令牌61

3.6.5　时分复用63

3.6.6　几种访问控制方式的综合63

3.7　网络操作系统64

3.7.1　局域网操作系统64

3.7.2 Netware与NetBEUI65

3.7.3　Windows操作系统系列65

3.7.4 UNIX66

3.7.5 Linux66

3.7.6　嵌入式操作系统67

练习题68

第4章　基金会现场总线FF69

4.1　H1的通信模型与编码69

4.1.1　H1的通信模型69

4.1.2　H1的数据组织73

4.1.3 H1的通信编码73

4.1.4　H1的信号波形74

4.2　H1的通信调度76

4.2.1　现场设备的类型76

4.2.2　链路活动调度器LAS77

4.2.3　通信调度的工作过程77

4.2.4　总线上的时间79

4.2.5　通信控制器79

4.3　网络与系统管理81

4.3.1 网络管理81

4.3.2　设备标识与工作状态82

4.3.3　系统管理的功能与服务83

4.3.4　系统管理信息库SMIB86

4.4　功能块87

4.4.1　功能块的内部结构与功能块连接87

4.4.2　功能块中的用户应用块90

4.4.3　功能块的块参数91

4.4.4　功能块应用95

4.5 FF的应用系统96

4.5.1 H1网段的基本组成96

4.5.2　H1网段的传输介质97

4.5.3　H1网段的拓扑结构98

4.5.4　网段的连线长度99

4.5.5　H1网段的接地与屏蔽101

4.5.6　应用系统的设计与运行102

练习题103

第5章 工业以太网104

5.1　工业以太网简介104

5.1.1 工业以太网与以太网104

5.1.2 以太网的工业级产品106

5.1.3 以太网通信的非确定性问题107

5.1.4　工业以太网应用层的控制功能108

5.1.5 以太网的嵌入式控制节点109

5.2 以太网的物理连接与数据封装110

5.2.1 以太网的物理连接110

5.2.2 以太网的帧格式111

5.2.3 以太网的数据封装112

5.3 TCP/IP协议组113

5.3.1 TCP/IP协议组的构成113

5.3.2　IP协议114

5.3.3　用户数据报协议117

5.3.4 传输控制协议TCP117

5.4　实时以太网119

5.4.1 实时以太网及其通信参考模型119

5.4.2　实时以太网的介质访问控制120

5.4.3 IEEE 1588精确时间同步协议121

5.5 PROFINET124

5.5.1　PROFINET的网络连接124

5.5.2　IO设备模型及其数据交换124

5.5.3　组件模型及其数据交换130

5.5.4　PROFINET通信的实时性132

5.5.5　PROFINET与其他现场总线系统的集成134

5.5.6　PROFINET的IP地址管理与数据集成135

5.6　高速以太网HSE137

5.6.1　HSE的系统结构137

5.6.2　HSE与现场设备间的通信138

5.6.3　HSE的柔性功能块139

5.6.4　HSE的链接设备139

练习题140

第6章　PROFIBUS141

6.1　PROFIBUS概述141

6.1.1　PROFIBUS的三个子集141

6.1.2　PROFIBUS-DP的三个版本143

6.1.3　PROFIBUS的通信参考模型144

6.1.4　PROFIBUS的主站与从站145

6.1.5　PROFIBUS总线访问控制的特点145

6.2　PROFIBUS的通信协议146

6.2.1　PROFIBUS的物理层及其网络连接146

6.2.2　PROFIBUS的数据链路层协议150

6.2.3 PROFIBUS的MAC协议153

6.3 PROFIBUS-DP155

6.3.1 PROFIBUS-DP-V0155

6.3.2 PROFIBUS-DP的GSD文件158

6.3.3　PROFIBUS-DP-V1159

6.3.4 PROFIBUS-DP-V2介绍161

6.4 PROFIBUS站点的开发与实现165

6.4.1 PROFIBUS的站点实现165

6.4.2　从站的实现方案169

6.4.3　主站的实现方案171

6.4.4 PROFIBUS的网络监听器172

6.5 PROFIBUS-PA172

6.5.1 PROFIBUS-PA的基本特点172

6.5.2 DP/PA的连接173

练习题175

第7章　LonWorks总线176

7.1　LonWorks总线的技术概述176

7.1.1　LonWorks总线的技术组成176

7.1.2　LonWorks节点177

7.1.3　路由器（router）179

7.1.4 LonWorks的Internet连接设备180

7.1.5　网络管理180

7.1.6　通信端口181

7.2　LonTalk通信协议184

7.2.1　LonTalk协议概述184

7.2.2 LonTalk的物理层184

7.2.3 LonTalk的网络地址185

7.2.4 LonTalk的MAC子层186

7.2.5 LonTalk协议的网络层188

7.2.6　LonTalk协议的传输层和会话层188

7.2.7　LonTalk协议的表示层和应用层189

7.2.8　LonTalk协议的网络管理和网络诊断189

7.2.9　LonTalk协议的报文服务189

7.3　收发器与路由器190

7.3.1　双绞线收发器190

7.3.2　电力线收发器194

7.3.3　其他类型介质196

7.3.4　路由器196

7.4　LonMark对象与网络变量197

7.4.1　LonMark对象和功能模式197

7.4.2　配置属性199

7.4.3 网络变量199

7.4.4　LonMark程序ID201

7.5　LonWorks节点开发工具201

7.5.1 LonBuilder多节点开发工具201

7.5.2　NodeBuilder节点开发工具202

7.6　LNS网络操作系统与网络工具203

7.6.1 网络操作系统LNS203

7.6.2　LNS网络工具205

练习题206

第8章 几种现场总线技术简介207

8.1　Modbus207

8.1.1　Modbus通信参考模型207

8.1.2　串行链路的主从通信208

8.1.3　站点状态与时序209

8.1.4　RTU传输模式210

8.1.5　ASCII串行传输模式213

8.1.6 Modbus TCP/IP应用数据单元214

8.2 CAN总线216

8.2.1 CAN总线的特点216

8.2.2　CAN的通信参考模型217

8.2.3　CAN总线报文帧的类型与结构218

8.2.4　CAN的通信控制器与相关芯片223

8.3 DeviceNet227

8.3.1　DeviceNet技术简介227

8.3.2　DeviceNet的物理层和物理媒体228

8.3.3　DeviceNet的对象模型228

8.3.4　DeviceNet的连接与连接标识229

8.3.5　DeviceNet的通信方式230

8.3.6　DeviceNet的设备描述231

8.4　无线短程、低速数据通信技术ZigBee232

8.4.1　ZigBee的技术特点232

8.4.2　ZigBee的通信参考模型233

8.4.3　ZigBee的设备类型236

8.4.4　ZigBee的网络拓扑结构237

8.4.5　ZigBee的设备地址、寻址与路由238

8.4.6　ZigBee的应用系统241

8.5　现场总线的选择242

练习题243

主要参考文献244