網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

前言

現(xiàn)場總線技術(shù)是在測量控制領(lǐng)域隨著信息技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一項新技術(shù)，是生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)與管理經(jīng)營層的信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，構(gòu)成了完整的企業(yè)信息系統(tǒng)，豐富了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息內(nèi)容，為實現(xiàn)企業(yè)管理控制一體化創(chuàng)造了條件。現(xiàn)場總線技術(shù)近年來已經(jīng)贏得了廣泛關(guān)注，許多高校都為此開設(shè)了專門課程。本書是在清華大學(xué)自動化系相關(guān)課程教學(xué)工作的基礎(chǔ)上編寫的，編寫過程得到了全國工程碩士研究生教育核心教材建設(shè)工程工作組的關(guān)心與支持。本書從分析現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)在開放性、互操作性、實時性、環(huán)境適應(yīng)性方面面臨的問題入手，討論了多種現(xiàn)場總線在通信參考模型、介質(zhì)訪問控制方式等方面的特點，以及構(gòu)成現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。重點闡述了基金會現(xiàn)場總線FF、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)、LonWorks幾種現(xiàn)場總線的技術(shù)概貌，并簡要介紹了Modbus、CAN、DeviceNet以及ZigBee等。盡管不同類別的現(xiàn)場總線各有特色，但其核心技術(shù)是相通的。作者期望以這幾種有影響力的現(xiàn)場總線為典型代表，讓讀者通過本書能領(lǐng)略到現(xiàn)場總線百花園的技術(shù)精華。全書共分8章。第1~5章、第8章由陽憲惠編寫； 第6章初稿由鄭州大學(xué)侯維巖老師編寫； 第7章初稿由航天金穗高技術(shù)公司徐琳華等編寫。本書是上述編著者在有關(guān)現(xiàn)場總線的科研與教學(xué)中多年來工作總結(jié)的成果積累?，F(xiàn)場總線技術(shù)還在不斷發(fā)展之中，本書中缺點和不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是近年來測量控制領(lǐng)域十分活躍的一項新技術(shù)。本書從介紹與現(xiàn)場總線技術(shù)相關(guān)的基本術(shù)語、基礎(chǔ)知識開始，較為詳細(xì)地闡述了基金會現(xiàn)場總線FF、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)、LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的概貌，并簡要討論了Modbus、CAN、DeviceNet以及ZigBee無線短程數(shù)據(jù)通信技術(shù)。全書圍繞解決現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)在開放性、實時性、互操作性、環(huán)境適應(yīng)性等方面面臨的問題，討論多種現(xiàn)場總線在通信參考模型、介質(zhì)訪問控制方式等方面的特點，以及構(gòu)成現(xiàn)場總線節(jié)點與控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)?！　”緯侨珖こ檀T士研究生的核心教材，其內(nèi)容也適合大專院校自動化、儀表專業(yè)的師生作為教學(xué)參考書，還可作為現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)人員的培訓(xùn)教材。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　現(xiàn)場總線技術(shù)簡介　　1.1.1　現(xiàn)場總線技術(shù)與現(xiàn)場總線系統(tǒng)　　1.1.2　現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)　　1.1.3　現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)　　1.1.4　現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)　　1.1.5　全分布式控制系統(tǒng)　　1.1.6　現(xiàn)場總線系統(tǒng)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的地位與作用　1.2　相關(guān)名詞術(shù)語　　1.2.1　總線與總線操作　　1.2.2　通信設(shè)備　　1.2.3　報文與協(xié)議　　1.2.4　通信術(shù)語　1.3　現(xiàn)場總線的技術(shù)發(fā)展　　1.3.1　早期的現(xiàn)場總線技術(shù)　　1.3.2　現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化　　1.3.3　現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點　　1.3.4　現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接　練習(xí)題第2章　串行通信與串行通信接口　2.1　通信編碼　　2.1.1　數(shù)字編碼與編碼波形　　2.1.2　曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼　　2.1.3　模擬數(shù)據(jù)編碼　2.2　串行通信中的幾個環(huán)節(jié)　　2.2.1　數(shù)據(jù)的串行化與串行傳輸　　2.2.2　單字節(jié)數(shù)據(jù)的報文幀　　2.2.3　通信連接與確認(rèn)　　2.2.4　串行通信的中斷請求與處理　　2.2.5　輪詢　　2.2.6　出錯處理　2.3　串行通信接口　　2.3.1　EIA?232　　2.3.2　EIA?485　　2.3.3　通用串行總線USB　　2.3.4　IEEE 1394　2.4　通信傳輸?shù)牟铄e檢測　　2.4.1　傳輸差錯的類型　　2.4.2　差錯檢測　　2.4.3　循環(huán)冗余校驗的原理與實現(xiàn)　2.5　傳輸差錯的校正　　2.5.1　糾錯　　2.5.2　自動重傳　　2.5.3　前向差錯糾正　　2.5.4　海明碼的編碼　　2.5.5　海明碼的錯誤檢測與糾正　　2.5.6　多比特錯誤的糾正　練習(xí)題第3章　控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)互連　3.1　控制網(wǎng)絡(luò)　　3.1.1　現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)　　3.1.2　現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點　　3.1.3　現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)與工作環(huán)境　　3.1.4　現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的實時性要求　3.2　網(wǎng)絡(luò)互連　　3.2.1　網(wǎng)絡(luò)互連的通信參考模型　　3.2.2　通信參考模型的分層功能　　3.2.3　現(xiàn)場總線對OSI通信參考模型的簡化　　3.2.4　幾種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的通信參考模型　　3.2.5　網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備　3.3　網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的種類　　3.3.1　雙絞線　　3.3.2　屏蔽電纜　　3.3.3　同軸電纜　　3.3.4　光纜　　3.3.5　無線傳輸　3.4　網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的性能　　3.4.1　傳輸介質(zhì)的頻率特性　　3.4.2　介質(zhì)帶寬　　3.4.3　信噪比對信道容量的影響　　3.4.4　導(dǎo)線傳輸介質(zhì)的性能參數(shù)　3.5　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹　?.5.1　環(huán)形拓?fù)洹　?.5.2　星形拓?fù)洹　?.5.3　總線拓?fù)洹　?.5.4　樹形拓?fù)洹?.6　網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的訪問控制　　3.6.1　主從通信　　3.6.2　載波監(jiān)聽多路訪問／沖突檢測　　3.6.3　載波監(jiān)聽多路訪問／逐位仲裁　　3.6.4　令牌　　3.6.5　時分復(fù)用　　3.6.6　幾種訪問控制方式的綜合　3.7　網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)　　3.7.1　局域網(wǎng)操作系統(tǒng)　　3.7.2　Netware與NetBEUI　　3.7.3　Windows操作系統(tǒng)系列　　3.7.4　UNIX　　3.7.5　Linux　　3.7.6　嵌入式操作系統(tǒng)　練習(xí)題第4章　基金會現(xiàn)場總線FF第5章　工業(yè)以太網(wǎng)第6章　PROFIBUS第7章　LonWorks總線第8章　幾種現(xiàn)場總線技術(shù)簡介主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介1.1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)與現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線原本是指生產(chǎn)現(xiàn)場多個測量控制設(shè)備之間公用的信號傳輸線，也曾被稱為設(shè)備電話線，是在生產(chǎn)現(xiàn)場多個測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的傳輸介質(zhì)。隨著近年來信息技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，現(xiàn)場總線已經(jīng)成為控制設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信、控制網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的代名詞，也稱為現(xiàn)場總線技術(shù)，成為生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域中數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)與控制技術(shù)的總稱。現(xiàn)場總線技術(shù)從20世紀(jì)80年代起開始得到快速發(fā)展。當(dāng)時，計算機(jī)、通信以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，使構(gòu)建信息社會、信息高速公路的需求日漸高漲。而處于企業(yè)生產(chǎn)過程底層的測控自動化系統(tǒng)，由于控制設(shè)備之間采用傳統(tǒng)的一對一連線，利用電壓、電流等模擬信號在設(shè)備之間傳輸信息，難以實現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動化系統(tǒng)成為信息孤島。為實現(xiàn)企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，就要構(gòu)建運行在生產(chǎn)現(xiàn)場、性能可靠、造價低廉的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間的信息交換，實現(xiàn)現(xiàn)場控制層與生產(chǎn)管理、調(diào)度、經(jīng)營層的信息交換?，F(xiàn)場總線技術(shù)正是在這種實際需求的驅(qū)動下應(yīng)運而生的，它為徹底打破自動化系統(tǒng)信息孤島的處境創(chuàng)造了條件。今天這種以數(shù)字通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)在離散制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、國防、環(huán)境保護(hù)以及農(nóng)林牧等行業(yè)的自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

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