第1章 绪论　1
1.1 工业自动控制系统的发展历程　1
1.1.1 模拟仪表控制系统　1
1.1.2 直接数字控制系统　2
1.1.3 集散控制系统　2
1.1.4 现场总线控制系统　3
1.1.5 工业以太网控制系统　3
1.2 工业控制网络的特点　4
1.3 传统控制网络——现场总线　4
1.3.1 现场总线的定义　4
1.3.2 现场总线的发展历程　5
1.3.3 工业控制网络的国际标准　5
1.4 现代控制网络——工业以太网　7
1.4.1 工业以太网的定义　7
1.4.2 工业以太网的发展历程　7
1.4.3 工业以太网的特点　7
1.4.4 工业以太网的标准　8
1.4.5 工业以太网的发展前景　9
1.5 常用工业控制网络介绍　10
1.5.1 基金会现场总线　10
1.5.2 PROFIBUS　10
1.5.3 CIP　11
1.5.4 Modbus　12
1.5.5 CAN总线　13
1.5.6 EtherCAT　14
1.5.7　EPA　14
1.5.8 LonWorks　16
1.6 工业控制网络的发展趋势　17
习题　18
第2章 数据通信与计算机网络基础　20
2.1 数据通信系统概述　20
2.1.1 数据通信系统的组成　20
2.1.2 数据通信系统的性能指标　21
2.1.3 数据传输方向　21
2.2 数据编码技术　22
2.2.1 数字数据的模拟信号编码　22
2.2.2 数字数据的数字信号编码　22
2.2.3 数据的同步方式　23
2.3 传输差错及其检测　26
2.3.1 奇偶校验码　26
2.3.2 校验和　27
2.3.3 循环冗余校验码　28
2.4 工业控制网络的节点　29
2.4.1 可编程控制器　30
2.4.2 传感器与变送器　30
2.4.3 执行器与驱动器　30
2.4.4 人机界面　31
2.4.5 网络互联设备　31
2.5 通信传输介质　32
2.5.1 双绞线　32
2.5.2 同轴电缆　33
2.5.3 光纤　33
2.5.4 无线传输介质　34
2.6 网络拓扑结构　34
2.6.1 星形拓扑　35
2.6.2 总线型拓扑　35
2.6.3 环形拓扑　35
2.6.4 树形拓扑　36
2.7 网络传输介质的访问控制方式　36
2.7.1 载波监听多路访问/冲突检测　37
2.7.2 令牌访问控制方式　37
2.7.3 时分复用　38
2.7.4 轮询　38
2.7.5 集总帧方式　38
2.8 OSI参考模型　39
2.8.1 OSI参考模型简介　39
2.8.2 OSI参考模型的功能划分　39
2.8.3 几种典型控制网络的通信模型　41
2.9　TCP/IP　43
2.9.1　TCP/IP特性　43
2.9.2 TCP/IP工作方式　44
习题　44
第3章 Modbus控制网络　46
3.1 概述　46
3.1.1 Modbus的特点　46
3.1.2 Modbus的通信模型　46
3.1.3 通用Modbus帧　47
3.1.4 Modbus通信原理　47
3.2 Modbus物理层　48
3.2.1 RS-232接口标准　48
3.2.2 RS-485接口标准　50
3.2.3 串口通信参数　52
3.3 Modbus串行链路层标准　53
3.3.1 Modbus的传输模式　53
3.3.2 Modbus的差错检验　55
3.3.3 Modbus的功能码　57
3.3.4 Modbus协议的编程实现　65
3.4 Modbus TCP　66
3.4.1 Modbus TCP概述　67
3.4.2 Modbus TCP应用数据单元　68
3.4.3 Modbus-RTPS　69
3.5 台达工业自动化设备　69
3.5.1 台达PLC简介　70
3.5.2 台达触摸屏　73
3.5.3 台达变频器　74
3.5.4 台达机器人　76
3.6 Modbus系统组态　77
3.6.1 台达PLC编程软件介绍　77
3.6.2 DOPSoft介绍　81
3.6.3 PLC与变频器基于Modbus通信　82
3.7 Modbus TCP系统组态　86
3.7.1 台达工业以太网通信模块　86
3.7.2 台达工业以太网远程I/O模块　88
3.7.3 台达工业以太网交换机　89
3.7.4 DCISoft介绍　90
3.7.5 Modbus TCP应用案例　91
实验1 Modbus网络系统设计　96
习题　97
第4章 PROFIBUS现场总线　99
4.1 PROFIBUS概述　99
4.1.1 PROFIBUS简介　99
4.1.2 PROFIBUS的通信模型　100
4.1.3 PROFIBUS的家族成员　100
4.2 PROFIBUS-DP的通信模型　102
4.2.1 PROFIBUS-DP的物理层　102
4.2.2 PROFIBUS-DP的数据链路层　105
4.2.3 PROFIBUS-DP的用户层　110
4.3 PROFINET　112
4.3.1 PROFINET技术的起源　112
4.3.2 PROFINET的主要技术特点　112
4.3.3 PROFINET通信　114
4.3.4 PROFINET与其他现场总线系统的集成　116
4.4 西门子工业自动化设备简介　116
4.4.1 西门子PLC简介　116
4.4.2 ET 200SP远程I/O　118
4.4.3 西门子触摸屏　119
4.4.4 西门子变频器　119
4.4.5　西门子伺服驱动器　120
4.5 西门子工业自动化软件　121
4.5.1 博途软件　121
4.5.2 博途软件基本组态　122
4.6 PROFIBUS-DP控制网络系统组态　126
4.6.1 PLC与远程I/O PROFIBUS-DP通信　126
4.6.2　PLC与变频器PROFIBUS-DP通信　127
4.7 PROFINET控制网络系统组态　130
实验2 PROFIBUS控制网络系统设计　135
实验3 PROFINET控制网络系统设计　135
习题　136
第5章 CAN总线　137
5.1 CAN总线的特点　137
5.2 CAN总线的通信模型　138
5.2.1 CAN总线的物理层　138
5.2.2 CAN总线的数据链路层　142
5.3 CAN总线的帧结构　143
5.3.1 数据帧　143
5.3.2 远程帧　145
5.3.3 出错帧　145
5.3.4 超载帧　146
5.3.5 帧间空间　146
5.4 CAN总线的错误处理机制　147
5.4.1 错误类型　147
5.4.2 错误界定规则　147
5.5 SJA1000 CAN控制器　148
5.5.1 SJA1000引脚功能　149
5.5.2 SJA1000内部功能结构　150
5.5.3 SJA1000内部存储区分配　151
5.5.4 SJA1000寄存器功能　152
5.6 CAN总线收发器PCA82C250　160
5.6.1 PCA82C250引脚功能　160
5.6.2 PCA82C250内部功能结构　161
5.6.3 PCA82C250的工作模式　162
5.7 CAN总线节点设计　162
5.7.1 CAN总线节点的硬件设计　163
5.7.2 CAN总线节点的软件设计　166
实验4 CAN总线节点一对一通信　167
习题　168
第6章 DeviceNet现场总线　171
6.1 DeviceNet概述　171
6.1.1 设备级的网络　171
6.1.2 DeviceNet的特性　171
6.1.3 DeviceNet的通信模式　172
6.2 DeviceNet通信模型　172
6.2.1 DeviceNet的物理层　173
6.2.2 DeviceNet的数据链路层　176
6.2.3 DeviceNet的应用层　176
6.3 DeviceNet设备描述　178
6.3.1 DeviceNet设备的对象模型　179
6.3.2 DeviceNet设备的对象描述　179
6.3.3 DeviceNet设备组态的数据源　180
6.4 DeviceNet连接　180
6.4.1 重复MAC ID检测　181
6.4.2 建立连接　182
6.4.3 DeviceNet预定义主从连接组　187
6.4.4 预定义主从连接的工作过程　188
6.5 预定义主从连接实例　189
6.5.1 显式信息连接　189
6.5.2 轮询连接　190
6.5.3 位选通连接　192
6.5.4 状态变化连接/循环连接　193
6.5.5 多点轮询连接　195
6.6 台达DeviceNet设备简介　197
6.6.1 台达DNET扫描模块　197
6.6.2 台达DeviceNet远程I/O适配模块　198
6.6.3 DeviceNet通信转换模块　199
6.7　DeviceNet系统组态　201
6.7.1 DeviceNetBuilder介绍　201
6.7.2 变频器控制DeviceNet应用案例　203
6.7.3 机器人控制DeviceNet应用案例　206
6.8 Ethernet/IP　210
6.8.1 Ethernet/IP概述　210
6.8.2 Ethernet/IP的报文种类　211
6.8.3 基于Ethernet/IP的工业以太网组网　212
实验5 DeviceNet系统设计　215
习题　215
第7章 CANopen现场总线　218
7.1 CANopen概述　218
7.1.1 CANopen提供的功能及发展历程　218
7.1.2 CANopen的特性　220
7.2 CANopen的通信模型　220
7.2.1 CANopen的物理层　221
7.2.2 CANopen的数据链路层　222
7.2.3 CANopen的应用层　222
7.3 台达CANopen设备简介　240
7.3.1 台达CANopen扫描模块　240
7.3.2 台达CANopen从站通信转换模块　241
7.3.3 台达伺服驱动器介绍　243
7.4 台达CANopen系统组态　243
7.4.1 CANopen模块设置　243
7.4.2 CANopen应用案例　244
实验6 CANopen系统设计　248
习题　249
第8章 EtherCAT　250
8.1 EtherCAT概述　252
8.2 EtherCAT协议模型　254
8.2.1　EtherCAT主站组成　254
8.2.2 EtherCAT从站组成　255
8.2.3　EtherCAT数据帧结构　256
8.3　EtherCAT伺服驱动器控制协议　257
8.3.1　CoE（CANopen over EtherCAT）　257
8.3.2 EtherCAT伺服驱动设备行规SoE（SERCOS over EtherCAT）　261
8.4 EtherCAT设备简介　262
8.4.1 EtherCAT主站设备　262
8.4.2 EtherCAT远程I/O模块　264
8.4.3　EtherCAT伺服驱动器　268
8.5　EtherCAT控制网络系统组态　270
8.5.1　CODESYS介绍　270
8.5.2　EtherCAT控制网络应用案例　274
实验7 EtherCAT控制网络系统设计　277
习题　278
附录A ASCII表　279
附录B CAN总线节点一对一通信参考程序　280
参考文献　283