第1篇理論篇



第1章現場總線技術概論1



1.1現場總線簡介1



1.1.1什麼是現場總線2



1.1.2什麼是現場總線控制繫統2



1.2現場總線的發展背景與趨勢3



1.2.1現場總線的產生背景3



1.2.2現場總線控制繫統的發展過程3



1.2.3智能傳感器為現場總線控制繫統的出現奠定了基礎4



1.2.4現場總線的發展方向5



1.3現場總線的特點與分類7



1.3.1現場總線繫統的結構特點7



1.3.2現場總線繫統的技術特點8



1.3.3現場總線的優點8



1.3.4現場總線的分類9



1.4應用現場總線應注意的若干問題9



1.5現場總線的現狀10



1.5.1基金會總線10



1.5.2Lonworks總線10



1.5.3Profibus總線11



1.5.4Interbus總線11



1.5.5CAN總線12



1.5.6HART總線12



1.5.7WorldFIP總線13



1.5.8P-Net總線13



1.5.9ControlNet總線13



1.5.10SwiftNet總線14



1.5.11CC-Link14



1.5.12DeviceNet15



1.5.13AS-i總線15



1.6現場總線的標準16



1.6.1IEC的現場總線標準16



1.6.2ISO的現場總線標準18



1.6.3現場總線中國標準19



習題119







第2章網絡通信基礎20



2.1總線的基本概念與操作20



2.1.1總線的基本術語20



2.1.2總線操作的基本內容21



2.2計算機數據通信基礎23



2.2.1數據通信的基本概念23



2.2.2數據的調制與編碼24



2.2.3數據編碼技術25



2.2.4數據傳輸方式27



2.2.5通信方式27



2.2.6數字信號同步方式28



2.3計算機網絡拓撲結構28



2.3.1計算機網絡拓撲的定義28



2.3.2計算機網絡拓撲的分類29



2.3.3計算機網絡拓撲結構的選擇32



2.4介質訪問控制方式32



2.5數據交換技術33



2.6差錯控制技術36



2.6.1差錯產生的原因36



2.6.2差錯控制編碼36



2.6.3差錯控制方法37



2.7網絡互聯37



習題238







第3章開放繫統互連（OSI）參考模型39



3.1OSI參考模型39



3.1.1OSI參考模型的結構39



3.1.2OSI參考模型中的數據傳輸過程40



3.1.3OSI參考模型各層的功能簡介41



3.2物理層協議42



3.2.1物理層的功能概述42



3.2.2物理層標準舉例42



3.2.3常見物理層設備與組件44



3.2.4物理層傳輸介質45



3.3數據鏈路層47



3.3.1數據鏈路層的功能47



3.3.2數據鏈路層協議分類及高級數據鏈路控制協議（HDLC）格式49



3.3.3數據鏈路層的網絡連接設備50



3.4網絡層51



3.4.1網絡層功能51



3.4.2路由選擇算法52



3.4.3網絡層的網絡連接設備52



3.5傳輸層53



3.5.1傳輸層的功能53



3.5.2傳輸層的服務類型與協議等級54



3.6會話層以上高層協議55



3.6.1會話層55



3.6.2表示層56



3.6.3應用層56



3.7現場總線通信模型57



習題358







第4章Interbus現場總線技術59



4.1Interbus現場總線技術基礎59



4.1.1Interbus總線繫統的結構與組成59



4.1.2Interbus總線模塊63



4.1.3Interbus總線網絡配置72



4.2Interbus現場總線的自動控制繫統72



4.2.1自動化繫統73



4.2.2控制技術73



4.2.3軟件介紹77



4.2.4Interbus控制繫統實例80



4.3Interbus傳輸協議81



4.3.1協議結構82



4.3.2Interbus傳輸方法的構成和原理86



4.4Interbus組態與編程96



4.4.1PC WORX控制板的組態與編程96



4.4.2Interbus繫統規劃與設計101



4.4.3安裝與接線102



4.4.4Interbus診斷與維護105



習題4107







第5章Profibus現場總線108



5.1Profibus現場總線概述108



5.1.1Profibus的基本特性109



5.1.2Profibus總線存取協議109



5.1.3Profibus協議模型及結構110



5.1.4Profibus傳輸技術112



5.1.5Profibus-FMS116



5.1.6Profibus-PA117



5.1.7Profibus-DP118



5.1.8Profibus-DP通信設置122



5.1.9Profibus在工廠自動化繫統中的應用122



5.2Profibus-DP控制繫統的組建123



5.2.1Profibus控制繫統的組成123



5.2.2Profibus控制繫統配置的幾種形式124



5.2.3Profibus-DP控制繫統的組成125



5.2.4Profibus模板128



5.2.5SIMATIC S7繫統中的Profibus-DP128



5.2.6EM277模塊135



5.2.7使用Profibus-DP進行數據通信的實例138



5.2.8Profibus-DP的診斷功能141



5.2.9安裝和調試一個Profibus-DP繫統145



5.3Profibus-DP控制繫統的軟件設置148



5.3.1Profibus的安裝及參數設置149



5.3.2硬件組態149



5.3.3軟件編程160



5.3.4計算機與PLC 300的通信162



5.3.5下位機設置163



5.3.6計算機與PLC 200的通信163



5.3.7主站與從站間數據交換165



習題5168







第2篇實訓篇



第6章現場總線技術實訓169



6.1現場總線繫統控制169



6.1.1變頻器的設置169



6.1.2STEP7繫列軟件編程（見5.3.2節）171



6.1.3硬件組態（見5.3.2節）171



6.1.4建立計算機與PLC 300的通信（見5.3.4節）171



6.1.5下位機設置（見5.3.5節）171



6.1.6建立計算機與PLC 200的通信（見5.3.6節）171



6.1.7Siemens公司的WinCC實時監控繫統171



6.2自動機自動線應用技術繫統172



6.2.1控制繫統的組成173



6.2.2總控電氣部分173



6.3自動機自動線自動循環部分175



6.3.1175



6.3.2177



6.3.3180



6.3.4穿183



6.3.5模擬、電控換向、伸縮185



6.3.6188



6.3.7液壓190



6.3.8氣動機械手195



6.3.9升降梯與高架疊層立體198







參考文獻207

進入21世紀，走向實用化的現場總線控制繫統正以迅猛的勢頭快速發展。現場總線控制繫統是目前型的控制繫統。它是一種全計算機、全數字、雙向通信的新型控制繫統，在某些領域，尤其是在制造業與石化工業自動化領域已成功應用。它在大量控制電纜，縮短設計、安裝和調試工期，優化管理，預測檢修和預防維修等方面有明顯的優越性。它是信息化在工業自動化領域的體現，代表了工業自動化的發展方向，是現場級設備通信的一場數字化革命，是信息化帶動工業化的重點方向。



本教材按照知識內容劃分為兩大篇。第1篇是理論篇，主要介紹現場總線技術，使學生對總線結構有較深刻的理解，對自動監測技術、PLC控制技術、現場總線技術、傳感器技術、液壓與氣動技術、電氣設備技術等多種技術有一定的理解和掌握，對各種現場設備有一定的感性認識，掌握現場總線控制繫統的設計、硬件選用、安裝、檢修和編程調試等內容。本篇主要由天津輕工職業技術學院張益、於玲、瀋潔編寫。第2篇是實訓篇，主要由天津輕工職業技術學院於玲和恩智浦半導體公司杜向軍編寫。這樣安排，旨在使學生在學習崗位技能的同時，可以根據實際情況選學知識，提高理論知識水平（結合了高職學生的特點）和技術改革能力，為培養具有一定創新能力和工藝技術改進能力的高端技術技能型人纔奠定基礎。



本書以現場總線控制繫統的設計、安裝、運行、調試、維護和監控為主線，重點介紹Profibus和Interbus總線的使用方法，以培養學生的動手能力為主要目標，原理性內容描述盡量簡化，解決生產實際問題。



本書可作為兩年制或三年制高職高專、成人教育等電氣自動化技術、機電一體化技術、工業機器人技術及機電類相關專業的教材，也可供相關技術人員參考。



由於素材收集還欠詳盡，加之我們本身的水平所限，不盡如人意之處在所難免，懇請指正。







編者



2018年6月