現(xiàn)場總線控制技術(shù)開發(fā)入門與應(yīng)用實例

前言

本書以工業(yè)自動化領(lǐng)域最流行的工業(yè)總線Hart、Modbus、Profibus、CAN、L.on-Works、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等多種已被列入ISO國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線技術(shù)為主線，首先講解了現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展歷史、基本概念。接著，闡述各類現(xiàn)場總線設(shè)計開發(fā)平臺搭建，工作原理為實際開發(fā)應(yīng)用打下基礎(chǔ)，最后結(jié)合工程應(yīng)用實例全面完整地講解現(xiàn)場總線的應(yīng)用技術(shù)。全書的重點內(nèi)容是講解Hart、Modbus、Profibus、CAN、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)總線的基本原理和具體應(yīng)用實例，詳細(xì)解析了Hart、Modbus、Profi-bus、CAN、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的報文結(jié)構(gòu)和含義，在重點章節(jié)中都給出了每類現(xiàn)場總線多個具體的應(yīng)用實例，對這幾類工業(yè)最流行的現(xiàn)場總線密切相關(guān)的技術(shù)也進(jìn)行了深入淺出的講解。為方便高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)作為教材使用，全書各章都配有大量的程序代碼和原理設(shè)計圖紙。以作者對工業(yè)現(xiàn)場總線多年的專業(yè)技術(shù)知識積累和實際應(yīng)用經(jīng)驗，相信這本書是一本很好的教材和參考資料。無論是對于初識現(xiàn)場總線的學(xué)生還是已經(jīng)具備一定開發(fā)經(jīng)驗的工程師，通過閱讀本書全面掌握流行的現(xiàn)場總線技術(shù)，提高自己的學(xué)習(xí)和工程案例開發(fā)效率，能給廣大的讀者帶來較大的收獲是此書的最大目的。  本書共4章內(nèi)容：  第1章介紹現(xiàn)場總線特點和發(fā)展歷史，以及現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。  第2章以高度概括的方法總結(jié)現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和現(xiàn)場總線技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)。第3章圍繞著Hart、Modbus、Profibus、CAN、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)來講解現(xiàn)場總線的原理及其應(yīng)用技術(shù)，詳細(xì)闡述了各種總線的具體開發(fā)設(shè)計方法和實際設(shè)計原理圖、源代碼等。特別地，作為目前廣泛使用的基于現(xiàn)場總線的智能照明，由于其使用協(xié)議較多，近年來在國內(nèi)發(fā)展比較迅速，因此將其作為一個特別的專題，詳細(xì)闡述其控制協(xié)議和應(yīng)用設(shè)計。第4章主要是通過現(xiàn)在比較熱門的工程實際應(yīng)用案例講述現(xiàn)場總線的具體應(yīng)用。包括工業(yè)儀器儀表、工控組網(wǎng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、煤礦安全、停車場管理、數(shù)字化變電站、智能門禁系統(tǒng)等各種具體案例。通過這些工程應(yīng)用案例來強(qiáng)化對前3章的基礎(chǔ)知識的理解。

內(nèi)容概要

本書的主要內(nèi)容包括：現(xiàn)場總線技術(shù)概述、現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)、流行現(xiàn)場總線控制技術(shù)開發(fā)設(shè)計、現(xiàn)場總線控制技術(shù)應(yīng)用實例。全書的重點內(nèi)容是講解Hart、Modbus、Profibus、CAN、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)總線的基本原理和具體應(yīng)用實例，詳細(xì)解析了Hart、Modbus、Profibus、CAN、LonWorks、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的報文結(jié)構(gòu)和含義。    本書的使用對象主要是自動化控制領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，可供現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用技術(shù)人員，高等院校自動化、儀表等相關(guān)專業(yè)師生閱讀和參考。

書籍目錄

前  言第1章  現(xiàn)場總線技術(shù)概述  1．1 現(xiàn)場總線簡介    1．1．1 現(xiàn)場總線的概念    1．1．2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點    1．1．3 現(xiàn)場總線給用戶帶來的好處    1．1．4 主流現(xiàn)場總線簡介  1．2 現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．1 HART技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．2 Profibus技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．3 Modbus總線技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．4 CAN總線技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．5 LonWorks總線技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．6 Internet總線技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．7 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化    1．2．8 中國現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作的現(xiàn)狀第2章  現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)  2．1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)    2．1．1 數(shù)據(jù)編碼    2．1．2 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式    2．1．3 通信系統(tǒng)傳輸差錯控制及其檢測    2．1．4 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)    2．1．5 信息及其度量  2．2 現(xiàn)場總線技術(shù)組網(wǎng)    2．2．1 控制網(wǎng)絡(luò)的特點    2．2．2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?   2．2．3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備    2．2．4 網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)第3章  流行現(xiàn)場總線控制技術(shù)開發(fā)設(shè)計  3．1 基于Hart的控制網(wǎng)絡(luò)    3．1．1 Hart協(xié)議命令概述    3．1．2 開發(fā)環(huán)境介紹    3．1．3 HART通信模塊的硬件設(shè)計    3．1．4 HART通信模塊的軟件設(shè)計    3．1．5  Hart協(xié)議與其他現(xiàn)場總線技術(shù)的異同  3．2 基于Modbus的控制網(wǎng)絡(luò)    3．2．1 Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議分析    3．2．2 Modbus協(xié)議實現(xiàn)    3．2．3 Modbus協(xié)議通信測試    3．2．4 開發(fā)環(huán)境介紹    3．2．5 項目硬件設(shè)計    3．2．6 項目軟件編碼    3．2．7 Modbus的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計  3．3 基于CAN總線的控制網(wǎng)絡(luò)    3．3．1  CAN總線協(xié)議    3．3．2 CANopen現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)    3．3．3 Freescale開發(fā)平臺    3．3．4 項目硬件設(shè)計    3．3．5 項目軟件編碼  3．4 基于Internet的控制網(wǎng)絡(luò)    3．4．1 Internet現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)    3．4．2 開發(fā)環(huán)境介紹    3．4．3 項目硬件設(shè)計    3．4．4 項目軟件編碼  3．5 基于LonWorks的控制網(wǎng)絡(luò)    3．5．1 LonWorks現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)    3．5．2 LonWorks開發(fā)環(huán)境介紹    3．5．3 LonWorks雙絞線節(jié)點參考設(shè)計項目硬件設(shè)計    3．5．4 LonWork雙絞線節(jié)點參考設(shè)計項目軟件編碼    3．5．5 LonWorks電力節(jié)點參考設(shè)計項目硬件設(shè)計    3．5．6 LonWorks電力節(jié)點參考設(shè)計項目軟件編碼  3．6 基于ZigBee控制網(wǎng)絡(luò)    3．6．1 ZigBee現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)    3．6．2 開發(fā)環(huán)境介紹    3．6．3 項目硬件設(shè)計    3．6．4 項目軟件編碼  3．7 基于Profibus控制網(wǎng)絡(luò)    3．7．1 Profibus現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)    3．7．2 Profibus產(chǎn)品的實現(xiàn)    3．7．3 西門子MM440變頻器通過Profibus-DP與PLC通信的實現(xiàn)    3．7．4 Profibus DP總線、Profibus PA總線、Modbus總線的區(qū)別  3．8 基于現(xiàn)場總線的智能照明控制協(xié)議與應(yīng)用設(shè)計    3．8．1 基于現(xiàn)場總線的智能照明控制概述    3．8．2 DMX512信號格式及其應(yīng)用    3．8．3 基于DMX512的彩屏墻控制系統(tǒng)設(shè)計    3．8．4 DMX512與CAN總線混合通信網(wǎng)的實現(xiàn)方法    3．8．5 基于DMX512協(xié)議的燈光控制信號無線傳輸設(shè)計第4章  現(xiàn)場總線控制技術(shù)應(yīng)用實例  4．1 基于Hart的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．1．1 基于Hart的智能溫度變送器設(shè)計    4．1．2 基于Hart的智能電磁流量計的設(shè)計    4．1．3 基于Hart的智能壓差流量變送器設(shè)計  4．2 基于Modbus的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．2．1 VC下實現(xiàn)基于Modbus協(xié)議的DCS與遠(yuǎn)程I／O系統(tǒng)通信    4．2．2 基于Modbus協(xié)議的電火花控制系統(tǒng)    4．2．3 基于Modbus的音樂噴泉的設(shè)計    4．2．4 基于Modbus的質(zhì)量流量測量計的設(shè)計    4．2．5 基于Modbus協(xié)議的開關(guān)量控制模塊設(shè)計  4．3 基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．3．1 基于CAN協(xié)議的智能傳感器在柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用    4．3．2 基于CAN總線的智能停車場通信系統(tǒng)    4．3．3 基于CAN bus的智能儀表組網(wǎng)技術(shù)    4．3．4 基于CAN總線技術(shù)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計    4．3．5 基于CAN總線的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)  4．4 基于Internet的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．4．1 基于以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)    4．4．2 工業(yè)以太網(wǎng)通信在低壓電器設(shè)計中的應(yīng)用    4．4．3 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線在二代身份證RFID系統(tǒng)中的設(shè)計    4．4．4 以太網(wǎng)現(xiàn)場總線在指紋門禁控制器中的應(yīng)用    4．4．5 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字化變電站  4．5 基于LonWorks的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．5．1 LonWorks技術(shù)在工業(yè)鍋爐自控系統(tǒng)中的應(yīng)用    4．5．2 基于LonWorks的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)溫度串級控制與PID控制的比較    4．5．3 基于LonWorks總線技術(shù)的溫室智能控制器設(shè)計    4．5．4 LonWorks技術(shù)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用    4．5．5 基于LonWorks技術(shù)的智能節(jié)點設(shè)計  4．6 基于無線數(shù)據(jù)通信的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．6．1 基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及應(yīng)用    4．6．2 低功耗ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計    4．6．3 基于ZigBee技術(shù)的礦井移動式瓦斯監(jiān)測    4．6．4 一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)    4．6．5 基于精簡協(xié)議棧的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分析  4．7 基于Profibus的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例    4．7．1 基于Profibus—PA接口壓力變送器    4．7．2 Profibus—DP總線溫度采集    4．7．3 用Profibus—DP現(xiàn)場總線控制ACS800系列變頻器的方法    4．7．4 基于SPC3的Profibus現(xiàn)場總線智能從站的設(shè)計  4．8 多現(xiàn)場總線技術(shù)在污水處理控制中的應(yīng)用實例    4．8．1 多現(xiàn)場總線技術(shù)在污水處理控制中的應(yīng)用    4．8．2 利用多總線技術(shù)實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（2）現(xiàn)場總線可以進(jìn)行雙向通信，且一條現(xiàn)場總線信道可以連接多臺智能儀表，因此可大大簡化系統(tǒng)布線，可使工程周期縮短，安裝費(fèi)用降低，且維護(hù)容易。（3）現(xiàn)場總線上所連接的各種智能設(shè)備不存在主從關(guān)系，它們在網(wǎng)絡(luò)上的地位是等同的，因此與DCS相比使網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性得到了提高。（4）現(xiàn)場總線通信方式可以傳遞現(xiàn)場儀表所測量的多種參數(shù)，且現(xiàn)場儀表之間還可以進(jìn)行多對多的通信。（5）現(xiàn)場總線正推進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以保證系統(tǒng)的互操作性，不同廠家的設(shè)備之間可以交換信息，因此在構(gòu)造控制系統(tǒng)時，不必局限于購買一個廠家的產(chǎn)品，使控制系統(tǒng)構(gòu)成的自由度增加，用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表，系統(tǒng)和儀表的供應(yīng)商將提供“即插即用”的產(chǎn)品。（6）現(xiàn)場總線將功能分散地分配給現(xiàn)場儀表，許多變送器不僅具有信號變換、補(bǔ)償功能，而且還帶有PID控制和運(yùn)算功能，這樣可以將傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)變送器一控制器一執(zhí)行器的三層結(jié)構(gòu)簡化為變送控制器一執(zhí)行器的兩層結(jié)構(gòu)，從而可大大減少設(shè)備數(shù)量，而且使控制徹底分散，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。（7）現(xiàn)場總線技術(shù)具有自診斷和糾錯功能，因此可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)通信的可靠性，并可發(fā)現(xiàn)和排除一部分現(xiàn)場儀表故障。

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《現(xiàn)場總線控制技術(shù)開發(fā)入門與應(yīng)用實例》是自動化技術(shù)入門與應(yīng)用實例系列書。

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