現場匯流排技術及其應用

本書旨在介紹現場匯流排這一自動控制領域的新技術。全書力圖展現現場匯流排的技術概貌，在介紹計算機網路、通信、開放系統互連參考模型等基礎知識的基礎上，針對CAN、FF、PROFIBUS、LonWorks、工業乙太網等多種已被列入ISO、IEC國際現場匯流排標準的現場匯流排技術，較全面地介紹了它們各自的技術特點、通信控制晶元、介面電路設計以及現場匯流排控制系統和網路系統的設計、應用等。

目錄

第1章現場匯流排技術概述

1.1現場匯流排簡介

1.1.1什麼是現場匯流排

1.1.2基於現場匯流排的數據通信系統

1.1.3現場匯流排控制網路與網路化控制系統

1.1.4現場匯流排系統適應了綜合自動化的發展需要

1.1.5早期的現場匯流排

1.2現場匯流排系統的特點

1.2.1現場匯流排系統的結構特點

1.2.2現場匯流排系統的技術特點

1.2.3現場匯流排系統的優勢與劣勢

1.3以現場匯流排為基礎的企業網路系統

1.3.1企業網路系統的基本組成

1.3.2現場匯流排系統在企業網路中的地位與作用

1.3.3現場匯流排系統與上層網路的連接

1.4現場匯流排技術的標準化

第2章數據通信基礎

2.1基本術語

2.1.1匯流排

2.1.2數據通信系統

2.1.3數據通信的發送與接收設備

2.1.4傳輸介質

2.1.5通信軟體

2.2通信系統的性能指標

2.2.1有效性指標

2.2.2可靠性指標

2.2.3通信通道的頻率特性

2.2.4信號帶寬與介質帶寬

2.2.5信噪比對通道容量的影響

2.3數據編碼

2.3.1數據編碼波形

2.3.2模擬數據編碼

2.4數據傳輸方式

2.4.1串列傳輸和并行傳輸

2.4.2同步傳輸與非同步傳輸

2.4.3位同步、字元同步與幀同步

2.5通信線路的工作方式

2.5.1單工通信

2.5.2半雙工通信

2.5.3全雙工通信

2.6信號的傳輸模式

2.6.1基帶傳輸

2.6.2載波傳輸

2.6.3寬頻傳輸

2.7傳輸差錯及其檢測

2.7.1傳輸差錯的類型

2.7.2傳輸差錯的檢測

2.7.3循環冗餘校驗的工作原理

2.8傳輸差錯的校正

2.8.1自動重傳

2.8.2前向差錯糾正

2.8.3海明碼的編碼

2.8.4海明碼的錯誤檢測與糾正

2.8.5多比特錯誤的糾正

第3章控制網路基礎

3.1控制網路與計算機網路

3.2控制網路的特點

3.2.1控制網路的節點

3.2.2控制網路的任務與工作環境

3.2.3控制網路的實時性要求

3.3網路拓撲

3.3.1環形拓撲

3.3.2星形拓撲

3.3.3匯流排拓撲

3.3.4樹形拓撲

3.4網路的傳輸介質

3.4.1雙絞線

3.4.2同軸電纜

3.4.3光纜

3.4.4無線傳輸

3.5網路傳輸介質的訪問控制方式

3.5.1載波監聽多路訪問/衝突檢測

3.5.2令牌

3.5.3時分復用

3.6網路互連

3.6.1網路互連的基本概念

3.6.2網路互連規範

3.7網路互連的通信參考模型

3.7.1開放系統互連參考模型

3.7.2OSI參考模型的功能劃分

3.7.3幾種典型控制網路的通信模型

3.8網路互連設備

3.8.1中繼器

3.8.2網橋

3.8.3路由器

3.8.4網關

第4章CAN匯流排與基於CAN的控制網路

4.1CAN通信技術簡介

4.1.1CAN通信的特點

4.1.2CAN的通信參考模型

4.1.3CAN信號的位電平

4.1.4CAN匯流排與節點的電氣連接

4.1.5CAN節點的電氣參數

4.2CAN報文幀的類型與結構

4.2.1CAN報文幀的類型

4.2.2數據幀

4.2.3遠程幀

4.2.4出錯幀

4.2.5超載幀

4.2.6幀間空間

4.3CAN通信中的幾個問題

4.3.1發送器與接收器

4.3.2錯誤類型與出錯界定

4.3.3位定時與同步

4.4CAN通信控制器

4.4.1CAN通信控制器82C200

4.4.2SJA1000CAN通信控制器

4.4.3Intel82527CAN通信控制器

4.4.4帶有CAN通信控制器的CPU

4.5CAN應用節點的相關器件

4.5.1CAN匯流排收發器82C250

4.5.2CAN匯流排I/O器件82C150

4.6基於CAN通信的時間觸發協議

4.6.1時間觸發與通信確定性

4.6.2TTCAN

4.6.3FTTCAN

4.6.4TTP/C

4.6.5ByteFlight

4.6.6FlexRay

4.6.7幾種時間觸發協議的性能比較

4.7CAN的下層網段——LIN

4.7.1LIN的主要技術特點

4.7.2LIN的通信任務與報文幀類型

4.7.3LIN的報文通信

4.7.4LIN的應用

4.8基於CAN的汽車控制網路——SAEJ1939

4.8.1SAEJ1939規範

4.8.2SAEJ1939的物理連接與網路拓撲

4.8.3SAEJ1939報文幀的格式與定義

4.8.4ECU的設計說明

4.8.5SAEJ1939的多網段與網路管理

4.9汽車電子網路的體系結構

4.9.1網路化是汽車電子系統發展的趨勢

4.9.2汽車電子網路的分類

4.9.3汽車電子混合網路

第5章基金會現場匯流排FF

5.1FF的主要技術特點

5.1.1FF是一項完整的控制網路技術

5.1.2通信系統的主要組成部分及其相互關係

5.1.3H1協議數據的構成與層次

5.1.4FF通信中的虛擬通信關係

5.2H1網段的物理連接

5.2.1H1的物理信號波形

5.2.2H1的信號編碼

5.2.3H1網段的傳輸介質與拓撲結構

5.3H1網段的鏈路活動調度

5.3.1鏈路活動調度器LAS及其功能

5.3.2通信設備類型

5.3.3鏈路活動調度器的工作過程

5.3.4鏈路時間

5.4H1網段的網路管理

5.4.1網路管理者與網路管理代理

5.4.2網路管理代理的虛擬現場設備

5.4.3通信實體

5.5H1網段的系統管理

5.5.1系統管理概述

5.5.2系統管理的作用

5.5.3系統管理信息庫SMIB及其訪問

5.5.4SMK狀態

5.5.5系統管理服務和作用過程

5.5.6地址與地址分配

5.6FF的功能塊

5.6.1功能塊的內部結構與功能塊連接

5.6.2功能塊中的用戶應用塊

5.6.3功能塊的塊參數

5.6.4功能塊服務

5.6.5功能塊對象字典

5.6.6功能塊應用

5.7設備描述與設備描述語言

5.7.1設備描述

5.7.2設備描述的參數分層

5.7.3設備描述語言

5.7.4DD的開發

5.7.5CFF文件

5.8FF通信控制器與網卡

5.8.1FF的通信控制器FB3050

5.8.2基於FB3050的網卡設計

5.9H1的網段配置

5.9.1H1網段的構成

5.9.2網段長度

5.9.3H1網段的接地、屏蔽與極性

第6章PROFIBUS

6.1PROFIBUS概述

6.1.1PROFIBUS簡介

6.1.2PROFIBUS的組成

6.1.3PROFIBUS的通信參考模型

6.1.4PROFIBUS的主站與從站

6.1.5PROFIBUS匯流排訪問控制的特點

6.2PROFIBUS的通信協議

6.2.1PROFIBUS的物理層及其網路連接

6.2.2PROFIBUS的數據鏈路層

6.2.3PROFIBUS的MAC協議

6.3PROFIBUSDP

6.3.1PROFIBUSDPV0

6.3.2PROFIBUSDP的GSD文件

6.3.3PROFIBUSDPV1

6.3.4PROFIBUSDPV2

6.4PROFIBUS站點的開發與實現

6.4.1PROFIBUS的站點實現

6.4.2PROFIBUS的從站實現方案

6.4.3PROFIBUS的主站實現方案

6.4.4PROFIBUS系統的初始化過程

6.4.5PROFIBUS系統實現中的常見錯誤

6.4.6PROFIBUS的網路監聽器

6.5PROFIBUSPA

6.5.1PROFIBUSPA的基本特點

6.5.2PROFIBUS的DP/PA連接介面

6.5.3PROFIBUSPA匯流排的安裝

第7章工業乙太網

7.1工業乙太網簡介

7.1.1工業乙太網與乙太網

7.1.2工業乙太網的特色技術

7.1.3通信非確定性的緩解措施

7.2乙太網的物理連接與幀結構

7.2.1乙太網的物理連接

7.2.2乙太網的幀結構

7.2.3乙太網的通信幀結構與工業數據封裝

7.3TCP/IP協議組

7.3.1TCP/IP協議組的構成

7.3.2IP協議

7.3.3用戶數據報協議

7.3.4傳輸控制協議TCP

7.3.5簡單網路管理協議SNMP

7.4實時乙太網

7.4.1幾種實時乙太網的通信參考模型

7.4.2實時乙太網的媒體訪問控制

7.4.3IEEE1588精確時間同步協議

7.5PROFINET

7.5.1PROFINET的網路連接

7.5.2IO設備模型及其數據交換

7.5.3組件模型及其數據交換

7.5.4PROFINET通信的實時性

7.5.5PROFINET與其他現場匯流排系統的集成

7.5.6PROFINET的IP地址管理與數據集成

7.6EtherNet/IP

7.6.1EtherNet/IP的通信參考模型

7.6.2CIP的對象與標識

7.6.3EtherNet/IP的報文種類

7.6.4EtherNet/IP的技術特點

7.7高速乙太網HSE

7.7.1HSE的系統結構

7.7.2HSE與現場設備間的通信

7.7.3HSE的柔性功能塊

7.7.4HSE的鏈接設備

7.8嵌入式乙太網節點與基於Web的遠程監控

7.8.1嵌入式乙太網節點

7.8.2基於Web技術的遠程監控

第8章LonWorks控制網路

8.1LonWorks技術概述及應用系統結構

8.1.1LonWorks控制網路的基本組成

8.1.2LonWorks節點

8.1.3路由器

8.1.4LonWorksInternet連接設備

8.1.5網路管理

8.1.6LonWorks技術的性能特點

8.2LonWorks網路中分散式通信控制處理器——神經元晶元

8.2.1處理單元

8.2.2存儲器

8.2.3輸入輸出

8.2.4通信埠

8.2.5時鐘系統

8.2.6睡眠喚醒機制

8.2.7ServicePin

8.2.8Watchdog定時器

8.3通信

8.3.1雙絞線收發器

8.3.2電力線收發器

8.3.3其他類型介質

8.3.4路由器

8.4LonWorks通信協議——LonTalk

8.4.1LonTalk協議概述

8.4.2LonTalk的物理層通信協議

8.4.3LonTalk協議的網路地址結構及對大網路的支持

8.4.4LonTalkMAC子層

8.4.5LonTalk協議的鏈路層

8.4.6LonTalk協議的網路層

8.4.7LonTalk協議的傳輸層和會話層

8.4.8LonTalk協議的表示層和應用層

8.4.9LonTalk協議的網路管理和網路診斷

8.4.10LonTalk協議的報文服務

8.4.11LonTalk網路認證

8.5面向對象的編程語言——NeuronC

8.5.1定時器

8.5.2網路變數

8.5.3顯式報文

8.5.4調度程序

8.5.5附加功能

8.6LonWorks的互操作性

8.6.1LonMark協會

8.6.2收發器和物理通道準則

8.6.3應用程序準則

8.7LonWorks節點開發工具

8.7.1LonBuilder多節點開發工具

8.7.2NodeBuilder節點開發工具

8.8LNS網路操作系統

8.8.1概述

8.8.2LNS網路工具

8.9應用系統

8.9.1LonWorks技術在樓宇自動化抄表系統中的應用

8.9.2LonWorks技術在煉油廠原油罐區監控系統中的應用

8.9.3LonWorks在某鋁電解廠槽控機中的應用

第9章幾種控制網路的特色技術

9.1ControlNet

9.1.1并行時間域多路存取

9.1.2ControlNet的幀結構

9.1.3通信調度的時間分片方法

9.1.4ControlNet的虛擬令牌

9.1.5ControlNet的顯性報文與隱性報文

9.2WorldFIP

9.2.1WorldFIP技術簡介

9.2.2WorldFIP通信

9.2.3WorldFIP的通信控制器

9.2.4新一代FIP

9.3Interbus的通信特色

9.3.1Interbus簡介

9.3.2識別周期與數據傳輸周期

9.3.3Interbus的數據環單總幀協議

9.3.4Interbus的匯流排適配控制板

9.4ASI控制網路

9.4.1ASI的網路構成

9.4.2ASI的主從通信

9.4.3ASI的報文格式

9.4.4主節點的通信功能

9.4.5從節點的通信介面

9.5DeviceNet

9.5.1DeviceNet技術簡介

9.5.2DeviceNet的通信參考模型

9.5.3DeviceNet的物理層和物理媒體

9.5.4DeviceNet的對象模型

9.5.5DeviceNet的連接與連接標識

9.5.6DeviceNet的通信方式

9.5.7DeviceNet的設備描述

9.6幾種匯流排技術簡介

9.6.1SwiftNet

9.6.2HART

9.6.3智能分散式系統SDS

9.6.4Seriplex與CEBUS

9.6.5光匯流排

第10章短程無線數據通信

10.1無線數據通信的標準及其相關技術

10.1.1關於短程無線數據通信

10.1.2無線通信的一組術語

10.1.3無線區域網標準

10.2藍牙無線微微網

10.2.1藍牙技術簡介

10.2.2藍牙微微網與主從設備

10.2.3藍牙協議和應用行規

10.2.4藍牙設備的通信連接

10.2.5藍牙設備的狀態與狀態轉移

10.2.6藍牙的安全管理

10.2.7藍牙基帶控制器晶元MT1020A

10.2.8藍牙應用系統

10.3ZigBee低速短程網

10.3.1ZigBee的技術特點

10.3.2ZigBee的通信參考模型

10.3.3ZigBee的設備類型

10.3.4ZigBee的網路拓撲

10.3.5ZigBee的設備地址、定址與路由

10.3.6ZigBee的節能與安全

10.3.7ZigBee通信節點晶元CC2430

10.3.8ZigBee的應用系統

結束語控制網路技術的比較與選擇

主要參考文獻