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內容簡介: |
本书着眼于帮助读者理解工业控制网络的基本概念、典型技术及应用场景。通过给出大量操作性较强的应用案例,读者能够根据自己的实际需要选择相应的网络技术。本书首先以工业控制网络技术发展历程为线索,详细讲解了典型的现场总线技术,如CAN总线技术和 PROFIBUS总线技术;工业以太网技术,如PROFINET、EtherCAT;工业无线通信技术,如WirelessHART、ISA 100、WIAPA通信协议;然后介绍了工业网络的集成技术,以实现各种工业通信网络与企业信息网络之间的无缝连接;*后介绍了工业控制系统随着网络技术的大量使用所面临的信息安全威胁以及相应的安全防护技术。
本书可作为普通高等院校自动化类专业、仪器类专业、计算机类专业等的教材,也可作为从事网络控制工程工作的技术人员的参考书。
本书配有教学课件,请选用本书作教材的老师登录www.cmpedu.com注册下载,或发邮件至jinacmp@163.com索取(注明学校名 姓名)。
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目錄:
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序
前言
第1章工业控制网络技术概述
1.1工业控制系统的发展历程和趋势
1.1.1传统标准信号控制系统
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
1.1.5工业以太网控制系统
1.2工业控制网络的基本概念、简单分类与
技术特点
1.2.1工业控制网络的基本概念
1.2.2工业控制网络的简单分类
1.2.3工业控制网络的特点
1.3现场总线概述
1.3.1现场总线的产生与发展
1.3.2现场总线的基本概念与特点
1.3.3现场总线的发展现状
1.3.4主流现场总线介绍
1.4工业以太网概述
1.4.1工业以太网的产生和发展
1.4.2工业以太网的定义与特点
1.4.3实时以太网技术
1.4.4主流工业以太网介绍
1.5工业控制系统的信息安全
本章小结
习题
第2章CAN总线技术及其应用
2.1CAN总线发展与特点
2.2CAN技术规范
2.2.1CAN技术规范中的基本概念
2.2.2报文传输
2.2.3报文滤波
2.2.4报文校验
2.2.5编码
2.2.6错误处理
2.2.7故障界定
2.2.8振荡器容差
2.2.9位定时要求
2.3CAN控制器及收发器
2.3.1独立CAN控制器SJA1000
2.3.2带SPI接口的独立CAN控制器
MCP2515
2.3.3CAN总线收发器PCA82C250
2.3.4CAN总线收发器TJA1050
2.4CAN总线技术应用实例
2.4.1CAN总线技术应用综述
2.4.2CAN总线节点硬件设计
2.4.3CAN总线节点的软件设计
2.4.4嵌入式PLC的CAN网络通信
实例
2.5基于CAN网络的高层协议
2.5.1CAN网络高层协议概述
2.5.2CANopen
本章小结
习题
第3章PROFIBUS总线技术及其
应用
3.1PROFIBUS概述
3.2PROFIBUSDP通信协议
3.2.1PROFIBUSDP的物理层
3.2.2PROFIBUSDP的数据链路层
3.2.3PROFIBUSDP的用户层
3.3PROFIBUSDP设备简介
3.3.1西门子S7300 PLC
3.3.2远程I/O
3.3.3西门子触摸屏TP 177B
3.4PROFIBUSDP系统
3.4.1STEP7软件介绍
3.4.2PROFIBUSDP系统组态
3.5PROFIBUSPA
3.5.1PROFIBUSPA简介
3.5.2PROFIBUSPA总线的优势
3.5.3PROFIBUSPA在工程设计中的
应用
3.6PROFIBUSFMS应用案例
3.6.1PROFIBUSFMS简介
3.6.2系统分析
3.6.3系统组态
本章小结
习题
第4章PROFINET技术及其应用
4.1PROFINET基础
4.1.1PROFINET概述
4.1.2PROFINET和PROFIBUS的
主要区别
4.1.3PROFINET的组成
4.1.4PROFINET的通信协议模型
4.2PROFINET实时通信技术
4.2.1通信等级
4.2.2通信通道
4.2.3等时同步实时通信
4.3PROFINET I/O
4.3.1PROFINET I/O设备模型
4.3.2数据元素
4.3.3应用关系
4.3.4通信关系
4.3.5通信路径及使用的协议
4.3.6主要报文的帧结构
4.3.7网络诊断和管理
4.4PROFINET CBA
4.4.1PROFINET CBA概述
4.4.2工艺技术模块和组件模型
4.4.3现场设备结构
4.4.4PROFINET CBA的通信
4.4.5PROFINET CBA的使用过程
4.5组态一个简单的PROFINET
4.5.1系统组成及架构
4.5.2组态过程
4.5.3系统运行
本章小结
习题
第5章EtherCAT技术及其应用
5.1EtherCAT概述
5.2EtherCAT协议
5.2.1EtherCAT系统组成
5.2.2EtherCAT数据帧结构
5.2.3EtherCAT报文寻址和通信服务
5.2.4分布时钟
5.2.5通信模式
5.2.6状态机和通信初始化
5.2.7应用层协议
5.3EtherCAT从站硬件设计
5.3.1EtherCAT从站控制芯片
5.3.2微处理器操作的EtherCAT从站
硬件设计实例
5.3.3直接I/O控制EtherCAT从站
硬件设计实例
5.4EtherCAT软件设计
5.4.1EtherCAT主站软件设计
5.4.2EtherCAT从站软件设计
5.5EtherCAT伺服驱动器控制应用协议
5.5.1CoE(CANopen over
EtherCAT)
5.5.2SoE(SERCOS over
EtherCAT)
本章小结
习题
第6章工业无线通信标准及典型
应用
6.1短距离无线通信标准
6.1.1IEEE 802.11
6.1.2IEEE 802.15.1
6.1.3IEEE 802.15.4
6.1.4ISO/IEC有关射频识别(RFID)
技术的标准
6.2WirelessHART标准及典型应用
6.2.1WirelessHART标准简介
6.2.2典型应用案例
6.3ISA 100.11a标准及典型应用
6.3.1ISA 100.11a标准简介
6.3.2典型应用案例
6.4面向工业过程自动化的WIAPA标准及
应用
6.4.1WIAPA标准简介
6.4.2典型应用案例
6.5面向工厂自动化的WIAFA标准及
应用
6.5.1WIAFA标准简介
6.5.2典型应用案例
6.6基于WIAPA的隧道施工安全监控
系统研发实例
本章小结
习题
第7章工业网络集成技术
7.1工业控制系统网络集成需求分析
7.2现场设备与控制网络集成——
EPON技术
7.2.1EPON技术简介
7.2.2协议转换器设计及实现
7.3控制网络与信息网络的集成——
OPC技术
7.3.1OPC技术简介
7.3.2OPC DA技术应用
7.3.3基于OPC UA的数字化车间
互联网络架构
7.4工业网络发展趋势及典型技术
7.4.1工业网络发展趋势
7.4
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內容試閱:
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20世纪90年代以来,随着工业控制系统的数字化、网络化,工业控制网络技术快速发展起来,从初的RS 232/RS 422点对点通信,到现场总线网络,再到将以太网技术引入控制网络,形成工业以太网标准,目前已发展到工业无线通信网络阶段,逐步形成多种工业控制网络技术竞争并存的局面,为工业企业各生产要素的互连、互操作提供了丰富的选择。
本书以工业控制系统对通信的可靠性、实时性、确定性和适应性需求为引导,结合编者及团队近20年的教学实践经验,系统介绍了工业控制网络的基本概念、典型的现场总线技术、工业以太网技术、工业无线通信技术,以及融合各类工业通信技术的工业网络集成技术。本书后一章讨论了工业控制系统网络化所面临的信息安全威胁和相应的安全防护技术。全书紧跟工业通信技术发展前沿,内容鲜活;规避冗长的协议规范介绍,注重应用实践,力争使读者能够在较短的时间内对工业控制网络技术及其实际应用有一个全面深入的认识。
本书的章节安排如下:
第1章工业控制网络技术概述,从信号与通信角度对工业自动化技术及控制系统的发展历程进行总结和回顾,引出工业控制网络的基本概念和特点,并简单介绍现场总线和工业以太网的基本概念、发展历程以及主流技术。
第2章CAN总线技术及其应用,包括CAN技术规范、CAN控制器及收发器、CAN总线技术应用实例以及基于CAN网络的高层协议等内容。
第3章PROFIBUS总线技术及其应用,包括PROFIBUSDP/PA/FSM协议简介及相应的工程应用安全。
第4章PROFINET技术及其应用,详细介绍了PROFINET实时通信技术、PROFINET I/O和PROFINET CBA的通信模型以及PROFINET组态案例。
第5章EtherCAT技术及其应用,详细介绍了EtherCAT协议、EtherCAT从站硬件设计以及EtherCAT软件设计,并介绍了伺服驱动器控制应用协议CoE和SoE。
第6章工业无线通信标准及典型应用,介绍了典型的短距离无线通信标准,讲解了3种主流的工业无线通信协议WirelessHART、ISA 10011a以及我国主导制定的工业无线通信协议标准WIAPA/FA,并分别给出了WIAPA和WIAFA的典型应用案例。
第7章工业网络集成技术,首先介绍了典型工业控制系统层次化网络体系结构,引出了工厂内部网络的集成需求;然后分别介绍了现场设备与控制网络以及控制网络与信息网络集成所采用的典型技术;后介绍了工业网络发展趋势及典型技术。
第8章工业控制系统信息安全防护技术,首先对工业控制系统信息安全问题进行了概述,包括工业控制系统信息安全问题的由来、工业控制系统信息安全问题的特殊性,列举了近年来工业控制系统典型信息安全事件及造成的严重破坏;其次介绍了工业控制系统信息安全防护标准;后介绍了工业控制系统信息安全防护技术。
本书第1章和第8章由周纯杰编写,第2~5章由秦元庆编写,第6章和第7章由王芳编写,研究生刘蕴韬、费力、宋子文、赵梦蝶参与了部分章节的素材整理、绘图以及文字校对工作。全书由周纯杰统稿。
在本书的撰写过程中,力求体系合理,文理清楚,概念准确,用词规范,但由于编者水平有限,书中疏漏之处在所难免,欢迎广大读者予以批评指正。
编者
于华中科技大学
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