了得網工業技術_工業控制網絡(王海)

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《工業控制網絡》理論與實際有機結合，注重實際應用，易教易學。

內容簡介

《工業控制網絡》著眼於控制網絡技術在自動化工程方面的實際應用,並兼顧通信產品開發的初步知識,內容涉及了主流現場總線原理、具體的工業控制網絡應用實例、控制網絡的規劃設計等。全書共分6章,包括數字通信及網絡技術基礎、Modbus網絡及應用、PROFIBUS-DP總線及應用。基於CIP的AB總線技術(DeviceNet、ControlNet)、基於以太網的控制網絡介紹、OPC技術介紹、工業控制網絡的設計與應用。為方便教學，配套電子課件。《工業控制網絡》可作為普通高等院校自動化、機電一體化等專業的教材,並可供相關工程技術人員使用。

作者簡介

王海，工學博士，多年來主要講授《機電傳動控制》、《工業控制網絡》、《PLC高級應用技術》課程。研究方向：以PLC為核心，以（制造）設備為現場對像，以Web環境下的管控綜合自動化、智能決策為目標，沿著這條主線，進行理論和工程方面的研究。主要包括：智能制造、自適應加工、生產過程遠程監控與故障診斷、綜合自動化等。

第1章數字通信及網絡技術基礎1

1.1數字通信基本原理1

1.1.1控制網絡中常用術語1

1.1.2通信繫統基本概念2

1.1.3數字編碼技術4

1.1.4數據同步方式6

1.1.5差錯控制7

第1章數字通信及網絡技術基礎1

1.1數字通信基本原理1

1.1.1控制網絡中常用術語1

1.1.2通信繫統基本概念2

1.1.3數字編碼技術4

1.1.4數據同步方式6

1.1.5差錯控制7

1.1.6RS-485串行通信接口10

1.2介質訪問控制MAC13

1.2.1網絡拓撲結構13

1.2.2傳輸介質14

1.2.3介質訪問控制15

1.3網絡協議模型17

1.3.1OSI網絡協議模型17

1.3.2數據鏈路層與數據封裝19

1.3.3各種控制網絡與OSI對照20

1.4現場總線與信息化集成技術21

1.4.1現場總線21

1.4.2制造企業信息集成技術24

思考題25

第2章Modbus網絡及應用27

2.1Modbus工作過程27

2.2Modbus報文格式29

2.3Modbus測試軟件34

2.4Modbus Plus網絡35

2.5Modbus網絡應用實例37

2.5.1S7-200的Modbus功能37

2.5.2S7-200 Modbus無線網絡實例41

2.5.3Quantum PLC Modbus無線網絡44

2.5.4基於3G/GPRS的控制網絡49

思考題54

第3章PROFIBUS-DP總線及應用55

3.1PROFIBUS協議55

3.2DP的傳輸技術58

3.2.1傳輸編碼58

3.2.2總線段結構58

3.2.3電纜與連接器59

3.2.4RS-485中繼器59

3.2.5光纖網絡61

3.3DP總線存取控制63

3.3.1DP中的設備類型64

3.3.2令牌總線機制65

3.3.3DP設備間的通信關繫66

3.3.4主-從通信機制67

3.3.5DP循環71

3.4DP的三個版本73

3.4.1DP-V074

3.4.2DP-V175

3.4.3DP-V276

3.4.4GSD文件77

3.5DP數據鏈路層79

3.5.1SAP功能80

3.5.2DP報文格式80

3.5.3FC的含義82

3.5.4報文分析83

3.6DP應用層行規PROFIdrive85

3.6.1應用層行規85

3.6.2PROFIdrive86

3.7S7-300 PLC及STEP7軟件89

3.8S7-300/400常用的組網方式93

3.8.1DP方式94

3.8.2MPI方式/PPI方式96

3.8.3以太網方式99

3.9故障診斷實例101

思考題105

第4章CIP網絡106

4.1控制和信息協議CIP106

4.1.1CIP網絡模型106

4.1.2CIP的特點108

4.1.3CIP對像模型110

4.1.4CIP設備描述112

4.2DeviceNet概述112

4.3DeviceNet的物理層和傳輸介質114

4.4DeviceNet的數據鏈路層 117

4.4.1數據幀的格式118

4.4.2總線仲裁機制120

4.4.3錯誤診斷和故障界定機制 121

4.5DeviceNet應用層122

4.5.1連接122

4.5.2報文組123

4.5.3I/O報文和顯式報文125

4.5.4未連接報文管理(UCMM)127

4.5.5預定義主/從連接組128

4.6DeviceNet對像模型及設備描述128

4.6.1對像模型128

4.6.2設備描述129

4.7ControlNet130

4.7.1物理層130

4.7.2CTDMA131

4.7.3網絡更新時間131

4.7.4虛擬令牌及Keeper134

4.7.5MAC幀格式134

4.7.6ControlNet中的連接135

思考題136

第5章工業以太網及OPC技術137

5.1工業以太網137

5.1.1工業以太網現狀及趨勢137

5.1.2以太網幀格式138

5.1.3交換式以太網139

5.1.4端口/MAC地址映射表140

5.1.5其他140

5.2常用工業以太網141

5.2.1EtherNet/IP141

5.2.2Modbus TCP/IP144

5.2.3ProfiNet145

5.3OPC149

5.3.1OPC與COM149

5.3.2OPC的數據訪問方法149

5.3.3OPC工作過程及對像層次模型151

5.3.4OPC客戶端訪問152

思考題154

第6章工業控制網絡的設計與應用155

6.1NC與PLC的信息交換156

6.2M代碼的解碼157

6.3PLC信息的直接讀入和通道等待158

6.4柔性參數化生產模式159

6.5刀具磨損的自動檢測及產品合格自動檢測162

6.6產品合格檢測163

參考文獻167

前言

以各類現場總線、工業以太網、工業無線網絡為基礎的工業控制網絡，其觸角延伸到社會生產各個領域，發展速度驚人，越來越被重視。在PLC、CNC、機器人控制技術相對成熟之後，控制領域正在由單一的獨立式結構向工業控制網絡化、管控一體化、綜合自動化方向發展，這種集成也成為現代企業信息化建設的典型實現模式。在工業自動化領域占有主要份額的各大生產商都力推自己的現場控制總線，包括西門子公司的PROFIBUS、ProfiNet，AB公司的DeviceNet、ControlNet、EtherNetIP，施耐德公司的Modbus、MB 、Modbus TCP/IP等。PLC的控制網絡無處不在，大到組成幾萬點的龐大控制繫統，小到一個簡單的PLC與變頻器、儀表之間的通信。從控制應用領域看，包括電機驅動與控制，電器/變電/配電/繼電保護裝置、制造裝備、航空航天設備、艦船、裝甲車輛均使用各種工業控制網絡繫統。在機械制造行業中，各種CNC、PLC、機器人加工設備，自動化生產線，采用各種工業控制網絡技術進行集成。工業控制網絡發展的特點還包括：將現有的通用技術應用於控制領域，基於光纖、各種GPRS、3G、無線數傳技術的控制網絡，打破控制繫統敷線限制，極大地拓展了控制繫統的應用範圍。控制網絡協議的開放，使得眾多的廠家進入第三方開發市場，湧現出很多能夠接入現場總線的智能從站產品。控制繫統網絡化，使得繫統配置靈活、擴展方便、造價低、性能好，更具開放性。導致自動化領域發生了深刻變革，成為自控技術的熱點。工業自動化領域正在經歷從傳統的控制繫統到以網絡化為特征的控制繫統的轉變，掌握好工業控制的網絡技術，是適應當前科技發展的必然選擇，各高校近年都相繼開設“工業控制網絡”課程以及控制網絡向管理網絡融合的各種軟件技術課程。本書著眼於控制網絡技術在（機械）自動化工程方面的實際應用，並兼顧通信產品開發的初步知識，內容涉及主流現場總線原理，具體的工業控制網絡應用實例，控制網絡的規劃設計等。本書需要有PLC的基礎及對計算機網絡的初步了解，適用於自動化、機電一體化等專業的本科生學習，也可供相關工程技術人員參考。全書共分6章：第1章數字通信及網絡技術基礎；第2章Modbus網絡及應用；第3章PROFIBUS-DP總線及應用；第4章CIP網絡；第5章工業以太網及OPC技術;第6章工業控制網絡的設計與應用。本書中的工程實例來自作者的科研項目實踐。第1～2章由王海、王芳編寫，第3章由王海、李艷娟編寫，第4～6章由王海、梁海成編寫，全書由王海統稿。本書配套電子課件，可免費贈送給用書的院校和老師，如果需要，可登錄化學工業出版社教學資源網www.cipedu.com.cn下載。盡管編者已經力求做得更好，但由於編者水平、視野所限，而且工業控制網絡技術還在不斷發展和完善之中，書中難免有以偏概全、有失偏頗之處，懇請讀者批評指正。編者

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