工业以太网与现场总线

本书是在作者教学与科研实践经验的基础上，结合20年现场总线与工业以太网技术的发展编写而成的。本书秉承“新工科”理念，从科研、教学和工程实际应用出发，理论联系实际，全面系统地讲述了现场总线、工业以太网及其应用系统设计，同时介绍了工业互联网技术。 全书共9章，主要内容包括绪论、CAN FD现场总线、CAN FD应用系统设计、CC-Link现场总线与开发应用、PROFIBUS-DP现场总线、PROFINET与工业无线以太网、EtherCAT工业以太网、EtherCAT主站与从站应用系统设计和工业互联网技术。本书内容丰富、体系先进、结构合理、理论与实践相结合，尤其注重工程应用技术。 本书可作为高等院校自动化、机器人、机电一体化、电气工程等专业的教材，也可供从事现场总线与工业以太网控制系统设计的工程技术人员参考。 本书配有电子课件、习题答案等配套教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载，或发邮件至jinacmp@163.com索取。

前言 第1章绪论 1.1现场总线概述 1.1.1现场总线的产生 1.1.2现场总线的本质 1.1.3现场总线的特点和优点 1.1.4现场总线标准的制定 1.1.5现场总线的现状 1.1.6现场总线网络的实现 1.2工业以太网概述 1.2.1以太网技术 1.2.2工业以太网技术 1.2.3工业以太网通信模型 1.2.4工业以太网的优势 1.2.5实时以太网 1.2.6实时工业以太网模型分析 1.2.7几种实时工业以太网的比较 1.3现场总线简介 1.3.1FF 1.3.2CAN和CAN FD 1.3.3DeviceNet 1.3.4PROFIBUS 1.3.5CC-Link 1.3.6ControlNet 1.4工业以太网简介 1.4.1EtherCAT 1.4.2Ethernet/IP 1.4.3POWERLINK 1.4.4PROFINET 1.4.5EPA 习题 第2章CAN FD现场总线 2.1CAN的特点 2.2CAN的技术规范 2.2.1CAN的基本概念 2.2.2CAN的分层结构 2.2.3报文传送和帧结构 2.3CAN FD通信协议 2.3.1CAN FD概述 2.3.2CAN和CAN FD报文结构 2.3.3从传统的 CAN升级到 CAN FD 2.4内嵌CAN FD的微控制器 LPC546xx 2.4.1LPC546xx概述 2.4.2LPC546xx的特点和优势 2.4.3LPC546xx的功能描述 2.4.4LPC546xx的应用领域 2.5具有集成收发器的CAN FD 控制器TCAN4550 2.5.1TCAN4550概述 2.5.2TCAN4550的特性 2.5.3TCAN4550引脚分配和功能 2.5.4TCAN4550的功能模式 2.5.5TCAN4550的编程 2.5.6微控制器与TCAN4550的 接口电路 习题 第3章CAN FD应用系统设计 3.1CAN FD高速收发器 3.1.1TJA1057高速CAN收发器 3.1.2MCP2561/2FD高速CAN灵活数据速率收发器 3.2CAN FD收发器隔离器件 3.2.1HCPL-772X和HCPL-072X高速光耦合器 3.2.2ACPL-K71T/K72T/K74T/K75T高速低功耗数字光耦合器 3.2.3CTM3MFD/CTM5MFD隔离CAN FD 收发器 3.3TCAN4550的应用程序设计 3.3.1TCAN4550初始化程序 3.3.2TCAN4550配置程序 3.3.3TCAN4550发送程序 3.3.4TCAN4550接收程序 3.4USB转CAN FD接口卡 3.4.1USBCANFD-200U/100U概述 3.4.2USBCANFD-200U/100U的功能特点 3.4.3典型应用 3.4.4设备硬件接口 习题 第4章CC-Link现场总线与开发应用 4.1CC-Link现场总线概述 4.1.1CC-Link现场总线的组成与特点 4.1.2CC-Link Safety通信协议 4.1.3CC-Link Safety系统构成与特点 4.2CC-Link和CC-Link/LT通信规范 4.3CC-Link通信协议 4.3.1CC-Link通信协议概述 4.3.2CC-Link物理层 4.3.3CC-Link数据链路层 4.3.4CC-Link应用层 4.4CC-Link IE网络 4.4.1CC-Link IE Field Basic现场网络 4.4.2CC-Link IE Control控制网络 4.4.3CC-Link IE Field现场网络 4.4.4CC-Link IE TSN网络 4.5CC-Link产品的开发流程 4.5.1选择CC-Link的网络类型 4.5.2选择CC-Link站的类型 4.5.3选择CC-Link的开发方法 4.5.4选择CC-Link的开发对象 4.5.5CC-Link系列系统配置文件CSP+ 4.5.6SLMP通用协议 4.5.7CC-Link一致性测试 4.6CC-Link产品的开发方案 4.6.1三菱电机开发方案 4.6.2赫优讯的netX开发方案 4.6.3HMS的Anybus开发方案 4.6.4瑞萨电子的LSI开发方案 4.7CC-Link现场总线的应用 4.7.1CC-Link应用领域 4.7.2CC-Link 应用案例 习题 第5章PROFIBUS-DP现场总线 5.1PROFIBUS概述 5.2PROFIBUS的协议结构 5.2.1PROFIBUS-DP的协议结构 5.2.2PROFIBUS-FMS的协议结构 5.2.3PROFIBUS-PA的协议结构 5.3PROFIBUS-DP现场总线系统 5.3.1PROFIBUS-DP的3个版本 5.3.2PROFIBUS-DP系统组成和总线访问控制 5.3.3PROFIBUS-DP系统工作过程 5.4PROFIBUS-DP的通信模型 5.4.1PROFIBUS-DP的物理层 5.4.2PROFIBUS-DP的数据链路层 5.4.3PROFIBUS-DP的用户层 5.4.4PROFIBUS-DP的用户接口 5.5PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信 5.5.1概述 5.5.2DP设备类型 5.5.3DP设备之间的数据通信 5.5.4PROFIBUS-DP循环 5.5.5采用交叉通信的数据交换 5.5.6设备数据库文件 5.6PROFIBUS通信用ASICs 5.6.1DPC31从站通信控制器 5.6.2SPC3从站通信控制器 5.6.3ASPC2主站通信控制器 5.6.4ASICs应用设计概述 5.7PROFIBUS-DP从站通信控制器SPC3 5.7.1SPC3功能简介 5.7.2SPC3引脚说明 5.7.3SPC3存储器分配 5.7.4PROFIBUS-DP接口 5.7.5SPC3输入/输出缓冲区的状态 5.7.6通用处理器总线接口 5.7.7SPC3的UART接口 5.7.8PROFIBUS-DP接口 5.8主站通信控制器ASPC2与网络接口卡 5.8.1ASPC2介绍 5.8.2CP5611网络接口卡 5.9PROFIBUS-DP从站的设计 5.9.1PROFIBUS-DP从站的硬件设计 5.9.2PROFIBUS-DP从站的软件设计 习题 第6章PROFINET与工业无线以太网 6.1PROFINET概述 6.1.1PROFINET功能与通信 6.1.2PROFINET网络 6.2PROFINET通信基础 6.2.1PROFINET现场设备连接 6.2.2设备模型与PROFINET通信服务 6.2.3PROFINET实时通信原理 6.2.4PROFINET实时类别 6.2.5应用关系和通信关系 6.3PROFINET运行模式 6.3.1从系统工程到地址解析 6.3.2PROFINET系统工程 6.4PROFINET端口的MAC地址 6.5PROFINET数据交换 6.5.1循环数据交换 6.5.2非循环数据交换的序列 6.5.3多播通信关系 6.6PROFINET诊断 6.7PROFINET IRT通信 6.7.1IRT通信介绍 6.7.2IRT通信的时钟同步 6.7.3IRT数据交换 6.7.4等时同步模式下的报警报文 6.7.5在IRT通信模式下的设备替换 6.8PROFINET控制器 6.9PROFINET设备描述与应用行规 6.9.1PROFINET设备描述 6.9.2PROFINET应用行规 6.10PROFINET的系统结构 6.11工业无线以太网 6.11.1工业无线以太网概述 6.11.2移动通信标准 6.11.3工业移动通信的特点 6.12SCALANCE X工业以太网交换机 6.13SIEMENS工业无线通信 6.13.1SIEMENS工业无线通信概述 6.13.2工业无线通信网络产品 SCALANCE W 6.13.3SCALANCE W的特点 习题 第7章EtherCAT工业以太网 7.1EtherCAT通信协议 7.1.1EtherCAT物理拓扑结构 7.1.2EtherCAT数据链路层 7.1.3EtherCAT应用层 7.1.4EtherCAT系统组成 7.1.5EtherCAT系统主站设计 7.2EtherCAT从站控制器概述 7.2.1EtherCAT从站控制器功能块 7.2.2EtherCAT协议 7.2.3帧处理 7.2.4FMMU 7.2.5同步管理器 7.2.6EtherCAT从站控制器存储空间 7.2.7EtherCAT从站控制器特征信息 7.3EtherCAT从站控制器的数据链路控制 7.3.1EtherCAT从站控制器的数据帧处理 7.3.2EtherCAT从站控制器的通信端口控制 7.3.3EtherCAT从站控制器的数据链路错误检测 7.3.4EtherCAT从站控制器的数据链路地址 7.3.5EtherCAT从站控制器的逻辑寻址控制 7.4EtherCAT从站控制器的应用层控制 7.4.1EtherCAT从站控制器的状态机控制和状态 7.4.2EtherCAT从站控制器的中断控制 7.4.3EtherCAT从站控制器的WDT控制 7.5EtherCAT从站控制器的存储同步管理 7.5.1EtherCAT从站控制器存储同步管理器 7.5.2SM通道缓存区的数据交换 7.5.3SM通道邮箱数据通信模式 7.6EtherCAT从站信息接口 7.6.1EEPROM中的信息 7.6.2EEPROM的操作 7.6.3EEPROM操作的错误处理 7.7EtherCAT从站控制器LAN9252 7.7.1LAN9252概述 7.7.2LAN9252的典型应用和内部结构 7.7.3LAN9252工作模式 7.7.4LAN9252引脚 7.7.5LAN9252寄存器映射 7.7.6LAN9252系统中断 7.7.7LAN9252中断寄存器 7.7.8LAN9252主机总线接口 7.7.9LAN9252的以太网PHY 7.7.10LAN9252的EtherCAT功能 习题 第8章EtherCAT主站与从站应用系统设计 8.1EtherCAT主站分类 8.1.1概述 8.1.2主站分类 8.2TwinCAT3 EtherCAT主站 8.2.1TwinCAT3概述 8.2.2TwinCAT3编程 8.3基于LAN9252的EtherCAT从站硬件电路系统设计 8.4基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序代码包架构 8.4.1EtherCAT从站驱动和应用程序代码包的组成 8.4.2EtherCAT通信协议和应用层控制相关的文件 8.5基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序的设计实例 8.5.1EtherCAT从站代码包解析 8.5.2从站驱动和应用程序的入口 8.5.3EtherCAT从站周期性过程数据处理 8.5.4EtherCAT从站状态机转换 8.6EtherCAT通信中的数据传输过程 8.6.1EtherCAT从站到主站的数据传输过程 8.6.2EtherCAT主站到从站的数据传输过程 8.7EtherCAT主站软件的安装与从站的开发调试 8.7.1主站TwinCAT的安装 8.7.2TwinCAT安装主站网卡驱动 8.7.3EtherCAT从站的开发调试 习题 第9章工业互联网技术 9.1工业互联网概述 9.1.1工业互联网的诞生 9.1.2工业互联网的发展 9.2工业互联网的内涵与特征 9.2.1工业互联网的内涵 9.2.2工业互联网的特征 9.3工业互联网发展现状 9.3.1美国工业互联网联盟 9.3.2德国“工业4.0”平台 9.3.3中国工业互联网产业联盟 9.4工业互联网技术体系 9.5工业互联网体系架构 9.6工业互联网标准体系 9.6.1工业互联网总体标准体系 9.6.2工业互联网基础共性标准体系 9.6.3工业互联网应用标准体系 9.7无源光纤网络（PON）技术与工业PON技术 9.8工业互联网与信息物理系统的关系 9.8.1信息物理系统的概念内涵 9.8.2信息物理系统的技术特点 9.8.3信息物理系统的相关技术 9.9国内外主流工业互联网平台 习题 参考文献