網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

前言

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展引發(fā)了自動(dòng)控制領(lǐng)域的深刻技術(shù)變革。目前，及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求，可靠、高效的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)則是迅速有效地收集和傳送現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與管理數(shù)據(jù)的基本保障。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沿著網(wǎng)絡(luò)化方向與控制系統(tǒng)體系沿著開放性方向發(fā)展是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的大潮流，網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化和集成化是工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的方向與靈魂?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，推動(dòng)了控制領(lǐng)域全方位的技術(shù)進(jìn)步。本書作者作為主要成員制定的《用于工業(yè)測(cè)量與控制系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)。EPA（Ethernet for Plant Automation）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)》于2005年5月被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）正式發(fā)布為IEC／PAS 62409，成為我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并在2007年lO月正式成為實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61784-2的CPFl4和現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)第4版的IEC 61158-314／414／514／514規(guī)范。　　本書以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化和集成化發(fā)展趨勢(shì)為主線索，有機(jī)地融入了作者多年參加國(guó)家863計(jì)劃EPA系列項(xiàng)目的科研成果和參加國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC標(biāo)準(zhǔn)）制定的技術(shù)資料，系統(tǒng)地介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)方法。本書注重系統(tǒng)性、實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，注重實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61784－2、現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158第4版和國(guó)際上最新技術(shù)進(jìn)展等內(nèi)容的介紹。同時(shí)，利用作者科研工作的親身體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，著重對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力、實(shí)際動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練?！　”緯卜譃?章。第1章介紹了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、發(fā)展歷程、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)；第2章介紹了網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念及通信模型、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸模式、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信信道訪問控制方式及差錯(cuò)控制技術(shù)；第3章介紹了FF現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型及各層的主要規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理、功能塊應(yīng)用進(jìn)程和FF現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第4章介紹了：PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型及各層的主要規(guī)范、DP規(guī)范和PA行規(guī)；第5章介紹了CAN總線通信模型、非破壞性位仲裁機(jī)制、幀結(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤處理機(jī)制、位定時(shí)和同步，并以cAN獨(dú)立通信控制器SJAl000為例，介紹了CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；第5章介紹了工業(yè)以太網(wǎng)與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、IEC 61786－2標(biāo)準(zhǔn)、IEC 61786一1／2與IEC 61158，以及EPA、PROFINET和HSE三種工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)；第7章介紹了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成方法與技術(shù)?！　”緯帉戇^程中力求做到理論分析與應(yīng)用技術(shù)并重，注重軟件與硬件有機(jī)地結(jié)合，把握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沿著網(wǎng)絡(luò)化方向與控制系統(tǒng)體系沿著開放性方向這一計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的大潮流，強(qiáng)化通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的地位，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的整體概念。為了便于讀者理解和掌握，本書列舉了大量有關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的典型例子，并力求達(dá)到重點(diǎn)突出、層次分明、語(yǔ)言精練、易于理解。

內(nèi)容概要

　　《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化和集成化發(fā)展趨勢(shì)為主線索，結(jié)合最新頒布的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158（第4版）、工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEc61786-2和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用，系統(tǒng)地介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)方法?！毒W(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》介紹了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、發(fā)展歷程、，技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和差錯(cuò)控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了FF現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議模型、報(bào)文規(guī)范、功能塊應(yīng)用進(jìn)程和總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議模型、通信報(bào)文、DP規(guī)范和PA行規(guī)，CAN總線的通信模型、仲裁機(jī)制以及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。在概述IEC61786-2標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了EPA工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，概述PROtrINET和HSE工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，最后對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成進(jìn)行了描述。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1.1.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別1.1.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特征1.2 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展歷程1.3 傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義1.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展歷程1.3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.4 現(xiàn)代控制網(wǎng)絡(luò)——工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展1.4.1 工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程1.4.2 EPA的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程1.4.3 工業(yè)以太網(wǎng)正在成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)1.4.4 以太網(wǎng)用于工業(yè)控制需要解決的問題1.4.5 以太網(wǎng)用于工業(yè)控制的技術(shù)問題正在逐漸解決第2章 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)2.1 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念及通信模型2.1.1 網(wǎng)絡(luò)通信的基本概念2.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信的基本模型2.2 通信傳輸介質(zhì)2.2.1 雙絞線2.2.2 同軸電纜2.2.3 光纜2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3.1 模擬信號(hào)調(diào)制2.3.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼2.3.3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼2.4 數(shù)據(jù)的傳輸模式2.4.1 基帶傳輸2.4.2 頻帶傳輸2.5 數(shù)據(jù)的通信方式2.5.1 并行通信和串行通信2.5.2 異步傳輸和同步傳輸2.5.3 單工、半雙工和全雙工通信2.6 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.7 通信信道訪問控制方式2.7.1 載波監(jiān)聽多路訪問／沖突檢測(cè)2.7.2 令牌訪問控制方式2.8 差錯(cuò)控制技術(shù)2.8.1 循環(huán)冗余編碼2.8.2 海明碼2.9 RS－232和RS－485串口通信技術(shù)2.9.1 RS－232接口標(biāo)準(zhǔn)2.9.2 Rs－485接口標(biāo)準(zhǔn)2.1 0開放系統(tǒng)的OSI參考模型2.1 0.1 OSI參考模型層次結(jié)構(gòu)2.1 0.2 OSI參考模型中的基本概念第3章 FF現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)3.1 概述3.1.1 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的主要技術(shù)3.1.2 FF通信模型3.1.3 虛擬通信關(guān)系3.2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線物理層3.2.1 物理層結(jié)構(gòu)3.2.2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的物理信號(hào)編碼3.3 數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1 數(shù)據(jù)鏈路層功能和服務(wù)3.3.2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的鏈路活動(dòng)調(diào)度3.3.3 DL地址空間與地址編碼3.3.4 數(shù)據(jù)鏈路層緩沖區(qū)和隊(duì)列及其管理3.3.5 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)質(zhì)量3.3.6 數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)部參數(shù)3.3.7 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元3.3.8 面向連接服務(wù)3.3.9 FF無(wú)連接模式服務(wù)3.3.1 0數(shù)據(jù)鏈路層調(diào)度3.4 FF現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層3.4.1 FF應(yīng)用關(guān)系中的端點(diǎn)角色3.4.2 FAS使用的DLL服務(wù)3.4.3 FAS模型3.4.4 總線訪問子層的服務(wù)及其參數(shù)3.5 總線報(bào)文規(guī)范子層3.5.1 虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3.5.2 對(duì)象字典3.5.3 對(duì)象字典結(jié)構(gòu)3.5.4 變量訪問對(duì)象3.5.5 域?qū)ο蠹捌渖陷d和下載3.5.6 程序調(diào)用對(duì)象3.5.7 上下文管理3.5.8 FMSPDU3.6 網(wǎng)絡(luò)管理3.6.1 FF現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)3.6.2 網(wǎng)絡(luò)管理代理虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3.6.3 網(wǎng)絡(luò)管理代理對(duì)象3.6.4 DL管理對(duì)象3.6.5 DL管理鏈路調(diào)度列表3.6.6 標(biāo)準(zhǔn)通信關(guān)系3.7 系統(tǒng)管理3.7.1 系統(tǒng)管理概述3.7.2 系統(tǒng)管理功能3.7.3 地址分配3.7.4 系統(tǒng)管理信息庫(kù)及其訪問3.8 功能塊應(yīng)用進(jìn)程3.8.1 功能塊應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象3.8.2 塊模型3.8.3 塊對(duì)象3.8.4 參數(shù)對(duì)象3.8.5 功能塊對(duì)象3.8.6 功能塊服務(wù)3.8.7 功能塊控制回路3.9 FF現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)3.9.1 FF現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.9.2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第4章 PROFIUS現(xiàn)場(chǎng)總線4.1 概述4.1.1 物理層4.1.2 數(shù)據(jù)鏈路層4.1.3 應(yīng)用層4.1.4 用戶層4.2 物理層4.2.1 傳輸介質(zhì)4.2.2 總線連接器4.2.3 物理層的服務(wù)4.3 數(shù)據(jù)鏈路層4.3.1 總線存取技術(shù)4.3.2 數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)4.3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線管理層4.3.4 數(shù)據(jù)鏈路層的幀編碼4.4 應(yīng)用層4.4.1 概述4.4.2 通信關(guān)系4.4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范通信對(duì)象4.4.4 現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范服務(wù)4..4.5 低層接口4.4.6 FMA74.5 DP規(guī)范4.5.1 DP通信模型4.5.2 DP站類型4.5.3 DP通信關(guān)系4.5.4 DP設(shè)備通信過程4.5.5 DP報(bào)文循環(huán)機(jī)制4.5.6 DP功能服務(wù)4.5.7 DP協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文編碼4.6 PA行規(guī)4.6.1 PA設(shè)備模型4.6.2 PA塊模型4.6.3 PA映像4.6.4 PA設(shè)備管理技術(shù)第5章 CAN總線技術(shù)5.1 CAN總線的發(fā)展概況5.2 CAN總線的技術(shù)特點(diǎn)5.3 CAN總線的通信模型5.4 CAN非破壞性位仲裁機(jī)制5.5 cAN幀結(jié)構(gòu)5.5.1 數(shù)據(jù)幀5.5.2 遠(yuǎn)程幀5.5.3 差錯(cuò)幀5.5.4 超載幀5.5.5 幀間空間5.6 CAN的錯(cuò)誤處理機(jī)制5.6.1 錯(cuò)誤檢測(cè)類型5.6.2 錯(cuò)誤處理5.7 CAN的位定時(shí)和同步5.7.1 位定時(shí)5.7.2 同步5.8 SJAl000CAN獨(dú)立通信控制器5.8.1 SJAl000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.8.2 SJAl000地址分配5.8.3 寄存器功能和緩沖器工作原理5.9 cAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)第6章 工業(yè)以太網(wǎng)6.1 工業(yè)以太網(wǎng)與實(shí)時(shí)以太網(wǎng)6.2 IEC61786-2標(biāo)準(zhǔn)6.2.1 IEC61786-2標(biāo)準(zhǔn)體系6.2.2 IEC61786-2中主要標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介6.3 IEC61786-1／2與IEC611586.4 EPA技術(shù)簡(jiǎn)介6.4.1 EPA網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6.4.2 EPA通信協(xié)議6.4.3 EPA應(yīng)用層通信協(xié)議棧的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6.4.4 EPA時(shí)間同步技術(shù)6.4.5 EPA確定性調(diào)度技術(shù)6.4.6 面向工業(yè)以太網(wǎng)的總線供電技術(shù)6.5 PROFINET技術(shù)簡(jiǎn)介6.5.1 PROFINET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.5.2 PROFINET實(shí)時(shí)通信6.5.3 PROFINETIO6.5.4 PROFINET系統(tǒng)集成6.6 HSE技術(shù)簡(jiǎn)介6.6.1 HSE的體系結(jié)構(gòu)6.6.2 HSE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6.6.3 FDA6.6.4 SNTP第7章 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成7.1 系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)7.2 系統(tǒng)集成要點(diǎn)分析7.3 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備7.4 OPC技術(shù)7.4.1 COM7.4.2 OPC對(duì)象7.4.3 OPC接口參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　自動(dòng)控制技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其他信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。以現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是目前自動(dòng)控制系統(tǒng)的標(biāo)志性技術(shù)，是改造傳統(tǒng)工業(yè)的有力工具，也是兩者融合的重點(diǎn)方向?！　?.1　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)　　1.1.1　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別　　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò)，直接面向生產(chǎn)過程和控制，肩負(fù)著工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行一線測(cè)量與控制信息傳輸?shù)奶厥馊蝿?wù)，并產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)、能量的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換。因此，它通常應(yīng)滿足強(qiáng)實(shí)時(shí)性與確定性、高可靠性與安全性、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性、總線供電與本質(zhì)安全等特殊要求。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別有：　　1）工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒍酁槎處畔?，長(zhǎng)度較小，且信息交換頻繁；而信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔㈤L(zhǎng)度大，互相交換的信息不頻繁?！　?）工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)周期與非周期信息同時(shí)存在，在正常工作狀態(tài)下，周期性信息（如過程測(cè)量與控制信息、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息（如突發(fā)事件報(bào)警、程序上下載等）較少；而信息網(wǎng)絡(luò)非周期信息較多，周期信息較少。　　……

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