第1章 绪论1.1 工业自动控制系统历史1.1.1 模拟仪表控制系统1.1.2 直接数字控制系统1.1.3 集散控制系统1.1.4 现场总线控制系统1.2 工业控制网络特点1.3 传统控制网络——现场总线1.3.1 现场总线的定义1.3.2 现场总线的发展历程1.3.3 工业控制网络国际标准1.4 现代控制网络——工业以太网1.4.1 工业以太网定义1.4.2 工业以太网的发展历程1.4.3 工业以太网的特点1.4.4 工业以太网的标准1.4.5 工业以太网的发展前景1.5 常用工业控制网络介绍1.5.1 基金会现场总线(FF)1.5.2 PROFIBUS1.5.3 CIP1.5.4 Modbus1.5.5 CAN总线1.5.6 LonWorks1.6 工业控制网络发展趋势
第2章 数据通信与计算机网络基础2.1 数据通信系统概述2.1.1 数据通信系统组成2.1.2 数据通信系统的性能指标2.2 数据编码技术2.2.1 数字数据的模拟信号编码2.2.2 数字数据的数字信号编码2.2.3 数据同步方式2.3 传输差错及其检测2.3.1 奇偶校验码2.3.2 校验和2.3.3 循环冗余校验码2.4 工业控制网络的节点2.4.1 可编程控制器2.4.2 传感器与变送器2.4.3 执行器与驱动器2.4.4 人机界面2.4.5 网络互连设备2.5 通信传输介质2.5.1 双绞线2.5.2 同轴电缆2.5.3 光纤2.5.4 无线传输介质2.6 网络拓扑结构2.6.1 星型拓扑2.6.2 总线型拓扑2.6.3 环型拓扑2.6.4 树型拓扑2.7 网络传输介质的访问控制方式2.7.1 载波监听多路访问/冲突检测2.7.2 令牌访问控制方式2.7.3 时分复用2.7.4 轮询2.7.5 集总帧方式2.8 OSI参考模型2.8.1 OSI参考模型简介2.8.2 OSI参考模型的功能划分2.8.3 几种典型控制网络的通信模型
第3章 Modbus现场总线3.1 概述3.1.1 Modbus的特点3.1.2 Modbus的通信模型3.1.3 通用Modbus帧3.1.4 Modbus通信原理3.2 Modbus物理层3.2.1 RS-232接口标准3.2.2 RS-485接口标准3.3 Modbus串行链路层标准3.3.1 Modbus的传输模式3.3.2 Modbus差错检验3.3.3 Modbus的功能码3.3.4 Modbus协议编程实现3.4 台达工业自动化设备3.4.1 台达PLC简介3.4.2 台达触摸屏3.4.3 台达变频器3.5 Modbus系统组态3.5.1 WPLSoft软件介绍3.5.2 ScreenEditor软件介绍3.5.3 PLC与变频器Modbus通信实验1Modbus网络系统设计
第4章 PROFIBUS现场总线4.1 PROFIBUS概述4.1.1 PROFIBUS简介4.1.2 PROFIBUS的通信参考模型4.1.3 PROFIBUS的家族成员4.2 PROFIBUS-DP的通信协议4.2.1 PROFIBUS-DP的物理层4.2.2 PROFIBUS-DP的数据链路层4.2.3 PROFIBUS-DP的用户层4.3 PROFIBUS-DP设备简介4.3.1 西门子S7-300PLC4.3.2 远程I/O4.3.3 西门子触摸屏TP177B4.4 PROFIBUS-DP系统4.4.1 STEP7软件介绍4.4.2 WinCCflexible软件介绍4.4.3 PROFIBUS-DP系统组态实验2PROFIBUS系统设计
第5章 CAN总线5.1 CAN总线特点5.2 CAN总线通信模型5.2.1 CAN总线的物理层5.2.2 CAN总线的数据链路层5.3 CAN总线帧结构5.3.1 数据帧5.3.2 远程帧5.3.3 出错帧5.3.4 超载帧5.3.5 帧间空间5.4 CAN总线的错误处理机制5.4.1 错误类型5.4.2 错误界定规则5.5 SJA1000CAN控制器5.5.1 SJA1000引脚功能5.5.2 SJA1000内部功能结构5.5.3 SJA1000内部存储区分配5.5.4 SJA1000寄存器功能5.6 CAN总线收发器PCA82C5.6.1 PCA82C250引脚功能5.6.2 PCA82C250内部功能结构5.6.3 PCA82C250的工作模式5.7 CAN总线节点设计5.7.1 CAN总线节点的硬件设计5.7.2 CAN总线节点的软件设计实验3CAN总线节点一对一通信实验
第6章 DeviceNet现场总线6.1 DeviceNet概述6.1.1 设备级的网络6.1.2 DeviceNet的特性6.1.3 DeviceNet的通信模式6.2 DeviceNet通信模型6.2.1 DeviceNet的物理层6.2.2 DeviceNet的数据链路层6.2.3 DeviceNet的应用层6.3 DeviceNet设备描述6.3.1 DeviceNet设备的对象模型6.3.2 DeviceNet设备的对象描述6.3.3 DeviceNet设备组态的数据源6.4 DeviceNet连接6.4.1 重复MACID检测6.4.2 建立连接6.4.3 DeviceNet预定义主从连接组6.4.4 预定义主从连接的工作过程6.5 预定义主从连接实例6.5.1 显示信息连接6.5.2 轮询连接6.5.3 位选通连接6.5.4 状态变化连接/循环连接6.5.5 多点轮询连接6.6 台达DeviceNet设备简介6.6.1 台达DNET扫描模块6.6.2 台达DeviceNet远程IO适配模块6.6.3 DeviceNet通讯转换模块6.7 台达DeviceNet系统组态6.7.1 DeviceNetBuilder软件介绍6.7.2 DeviceNet应用案例实验4DeviceNet系统设计实验
第7章 CANopen现场总线7.1 CANopen概述7.1.1 CANopen的发展7.1.2 CANopen的特性7.2 CANopen通信模型7.2.1 CANopen的物理层7.2.2 CANopen的数据链路层7.2.3 CANopen的应用层7.3 台达CANopen设备简介7.3.1 台达CANopen扫描模块7.3.2 台达CANopen从站通信转换模块7.4 台达CANopen系统组态7.4.1 CANopen模块设置介绍7.4.2 CANopen应用案例实验5CANopen系统设计实验
第8章 工业以太网8.1 工业以太网简介8.1.1 以太网与工业以太网8.1.2 工业以太网的环境适应问题8.1.3 以太网通信的非确定性问题8.1.4 实时以太网8.2 EPA8.2.1 EPA的主要特点8.2.2 EPA的通信协议模型8.2.3 EPA的网络结构8.3 PROFINET8.3.1 PROFINET技术的起源8.3.2 PROFINET的主要技术特点8.3.3 PROFINET通信8.3.4 PROFINET与其他现场总线系统的集成8.4 HSE8.4.1 HSE的系统结构8.4.2 HSE与现场设备间的通信8.4.3 HSE的柔性功能块8.4.4 HSE的链接设备8.5 Ethernet/IP8.5.1 Ethernet/IP概述8.5.2 Ethernet/IP的报文种类8.5.3 基于Ethernet/IP的工业以太网组网8.6 ModbusTCP8.6.1 ModbusTCP概述8.6.2 ModbusTCP应用数据单元8.6.3 Modbus-RTPS8.7 台达工业以太网设备简介8.7.1 台达工业以太网通信模块8.7.2 台达工业以太网远程I/O模块8.7.3 台达工业以太网交换机8.8 台达工业以太网系统组态8.8.1 DCISoft软件介绍8.8.2 工业以太网应用案例实验6工业以太网系统设计实验
附录A ASCII码表附录B CAN总线节点一对一通信参考程序参考文献
2.内容主要结合国内应用广泛的罗克韦尔和西门子工业自动化相关现场总线和工业以太网标准。
3.结合工业实际应用软件使用训练,与就业需求紧密结合。
4.理论联系实际,理论教学与实践教学相结合,每种网络标准结合实验内容。
第1章 绪论
1.1 工业自动控制系统历史
1.1.1 模拟仪表控制系统
1.1.2 直接数字控制系统
1.1.3 集散控制系统
1.1.4 现场总线控制系统
1.2 工业控制网络特点
1.3 传统控制网络——现场总线
1.3.1 现场总线的定义
1.3.2 现场总线的发展历程
1.3.3 工业控制网络国际标准
1.4 现代控制网络——工业以太网
1.4.1 工业以太网定义
1.4.2 工业以太网的发展历程
1.4.3 工业以太网的特点
1.4.4 工业以太网的标准
1.4.5 工业以太网的发展前景
1.5 常用工业控制网络介绍
1.5.1 基金会现场总线(FF)
1.5.2 PROFIBUS
1.5.3 CIP
1.5.4 Modbus
1.5.5 CAN总线
1.5.6 LonWorks
1.6 工业控制网络发展趋势
第2章 数据通信与计算机网络基础
2.1 数据通信系统概述
2.1.1 数据通信系统组成
2.1.2 数据通信系统的性能指标
2.2 数据编码技术
2.2.1 数字数据的模拟信号编码
2.2.2 数字数据的数字信号编码
2.2.3 数据同步方式
2.3 传输差错及其检测
2.3.1 奇偶校验码
2.3.2 校验和
2.3.3 循环冗余校验码
2.4 工业控制网络的节点
2.4.1 可编程控制器
2.4.2 传感器与变送器
2.4.3 执行器与驱动器
2.4.4 人机界面
2.4.5 网络互连设备
2.5 通信传输介质
2.5.1 双绞线
2.5.2 同轴电缆
2.5.3 光纤
2.5.4 无线传输介质
2.6 网络拓扑结构
2.6.1 星型拓扑
2.6.2 总线型拓扑
2.6.3 环型拓扑
2.6.4 树型拓扑
2.7 网络传输介质的访问控制方式
2.7.1 载波监听多路访问/冲突检测
2.7.2 令牌访问控制方式
2.7.3 时分复用
2.7.4 轮询
2.7.5 集总帧方式
2.8 OSI参考模型
2.8.1 OSI参考模型简介
2.8.2 OSI参考模型的功能划分
2.8.3 几种典型控制网络的通信模型
第3章 Modbus现场总线
3.1 概述
3.1.1 Modbus的特点
3.1.2 Modbus的通信模型
3.1.3 通用Modbus帧
3.1.4 Modbus通信原理
3.2 Modbus物理层
3.2.1 RS-232接口标准
3.2.2 RS-485接口标准
3.3 Modbus串行链路层标准
3.3.1 Modbus的传输模式
3.3.2 Modbus差错检验
3.3.3 Modbus的功能码
3.3.4 Modbus协议编程实现
3.4 台达工业自动化设备
3.4.1 台达PLC简介
3.4.2 台达触摸屏
3.4.3 台达变频器
3.5 Modbus系统组态
3.5.1 WPLSoft软件介绍
3.5.2 ScreenEditor软件介绍
3.5.3 PLC与变频器Modbus通信
实验1Modbus网络系统设计
第4章 PROFIBUS现场总线
4.1 PROFIBUS概述
4.1.1 PROFIBUS简介
4.1.2 PROFIBUS的通信参考模型
4.1.3 PROFIBUS的家族成员
4.2 PROFIBUS-DP的通信协议
4.2.1 PROFIBUS-DP的物理层
4.2.2 PROFIBUS-DP的数据链路层
4.2.3 PROFIBUS-DP的用户层
4.3 PROFIBUS-DP设备简介
4.3.1 西门子S7-300PLC
4.3.2 远程I/O
4.3.3 西门子触摸屏TP177B
4.4 PROFIBUS-DP系统
4.4.1 STEP7软件介绍
4.4.2 WinCCflexible软件介绍
4.4.3 PROFIBUS-DP系统组态
实验2PROFIBUS系统设计
第5章 CAN总线
5.1 CAN总线特点
5.2 CAN总线通信模型
5.2.1 CAN总线的物理层
5.2.2 CAN总线的数据链路层
5.3 CAN总线帧结构
5.3.1 数据帧
5.3.2 远程帧
5.3.3 出错帧
5.3.4 超载帧
5.3.5 帧间空间
5.4 CAN总线的错误处理机制
5.4.1 错误类型
5.4.2 错误界定规则
5.5 SJA1000CAN控制器
5.5.1 SJA1000引脚功能
5.5.2 SJA1000内部功能结构
5.5.3 SJA1000内部存储区分配
5.5.4 SJA1000寄存器功能
5.6 CAN总线收发器PCA82C
5.6.1 PCA82C250引脚功能
5.6.2 PCA82C250内部功能结构
5.6.3 PCA82C250的工作模式
5.7 CAN总线节点设计
5.7.1 CAN总线节点的硬件设计
5.7.2 CAN总线节点的软件设计
实验3CAN总线节点一对一通信实验
第6章 DeviceNet现场总线
6.1 DeviceNet概述
6.1.1 设备级的网络
6.1.2 DeviceNet的特性
6.1.3 DeviceNet的通信模式
6.2 DeviceNet通信模型
6.2.1 DeviceNet的物理层
6.2.2 DeviceNet的数据链路层
6.2.3 DeviceNet的应用层
6.3 DeviceNet设备描述
6.3.1 DeviceNet设备的对象模型
6.3.2 DeviceNet设备的对象描述
6.3.3 DeviceNet设备组态的数据源
6.4 DeviceNet连接
6.4.1 重复MACID检测
6.4.2 建立连接
6.4.3 DeviceNet预定义主从连接组
6.4.4 预定义主从连接的工作过程
6.5 预定义主从连接实例
6.5.1 显示信息连接
6.5.2 轮询连接
6.5.3 位选通连接
6.5.4 状态变化连接/循环连接
6.5.5 多点轮询连接
6.6 台达DeviceNet设备简介
6.6.1 台达DNET扫描模块
6.6.2 台达DeviceNet远程IO适配模块
6.6.3 DeviceNet通讯转换模块
6.7 台达DeviceNet系统组态
6.7.1 DeviceNetBuilder软件介绍
6.7.2 DeviceNet应用案例
实验4DeviceNet系统设计实验
第7章 CANopen现场总线
7.1 CANopen概述
7.1.1 CANopen的发展
7.1.2 CANopen的特性
7.2 CANopen通信模型
7.2.1 CANopen的物理层
7.2.2 CANopen的数据链路层
7.2.3 CANopen的应用层
7.3 台达CANopen设备简介
7.3.1 台达CANopen扫描模块
7.3.2 台达CANopen从站通信转换模块
7.4 台达CANopen系统组态
7.4.1 CANopen模块设置介绍
7.4.2 CANopen应用案例
实验5CANopen系统设计实验
第8章 工业以太网
8.1 工业以太网简介
8.1.1 以太网与工业以太网
8.1.2 工业以太网的环境适应问题
8.1.3 以太网通信的非确定性问题
8.1.4 实时以太网
8.2 EPA
8.2.1 EPA的主要特点
8.2.2 EPA的通信协议模型
8.2.3 EPA的网络结构
8.3 PROFINET
8.3.1 PROFINET技术的起源
8.3.2 PROFINET的主要技术特点
8.3.3 PROFINET通信
8.3.4 PROFINET与其他现场总线系统的集成
8.4 HSE
8.4.1 HSE的系统结构
8.4.2 HSE与现场设备间的通信
8.4.3 HSE的柔性功能块
8.4.4 HSE的链接设备
8.5 Ethernet/IP
8.5.1 Ethernet/IP概述
8.5.2 Ethernet/IP的报文种类
8.5.3 基于Ethernet/IP的工业以太网组网
8.6 ModbusTCP
8.6.1 ModbusTCP概述
8.6.2 ModbusTCP应用数据单元
8.6.3 Modbus-RTPS
8.7 台达工业以太网设备简介
8.7.1 台达工业以太网通信模块
8.7.2 台达工业以太网远程I/O模块
8.7.3 台达工业以太网交换机
8.8 台达工业以太网系统组态
8.8.1 DCISoft软件介绍
8.8.2 工业以太网应用案例
实验6工业以太网系统设计实验
附录A ASCII码表
附录B CAN总线节点一对一通信参考程序
参考文献