工业控制网络技术

随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展，工业自动化水平迅速提高。人们对工业自动化系统的要求越来越高，各种各样种类繁多的自动控制装置、远程或特种场所的监控设备在工业控制领域的大量使用，使得现代的自动控制系统越来越庞大、复杂。为了让各种各样的自动控制装置协调工作，管理人员随时能准确的掌握生产现场的实时数据。“工业控制网络技术”的广泛应用有效的解决了自动控制系统的分布控制和远程监控。本书重点放在对工业控制网络技术基本概念、原理，以及对“现场总线”、“工业以太网”、“DCS集散控制系统”和“工业控制仪表”的典型应用的介绍上；注重对学生技术应用能力及分析问题、解决问题能力的培养，有利于学生对技术知识的灵活应用及毕业后的自学。本书以三年制高职高专学生为主要阅读对象。适用的专业包括：“电气自动化技术”、“电力系统自动化技术”、“仪表控制技术”、“机电一体化技术”、“应用电子技术”、“数控技术”。对于不同的专业选用本书作为教材使用时，可对书中的内容作适当删减。建议教学时数为60学时，其中，理论教学为40学时，上机实验、实训20学时。

前言
第1章导论
1.1计算机网络的发展概况
1.1.1第一阶段：面向终端分布的计算机通信网
1.1.2第二阶段：分组交换数据网（PSDN）
1.1.3第三阶段：局域网（LAN）、互联网（Internet）和综合业务数字网（ISDN）
1.1.4第四阶段：第四代计算机网络
1.2计算机网络的基本概念
1.2.1计算机网络的定义和分类
1.2.2计算机网络的结构与功能
1.2.3计算机网络的作用
1.3工业控制网络的特点与趋势
1.3.1工业控制网络的回顾
1.3.2现场总线控制系统
1.3.3工业以太网
1.3.4工业控制网络的发展趋势
本章小结
思考与练习
第2章计算机网络基础
2.1网络数据通信基础
2.1.1基本概念
2.1.2数据编码技术
2.1.3数据传输技术
2.1.4数据交换技术
2.1.5传输介质
2.1.6媒体访问控制
2.1.7差错控制技术
2.2计算机网络体系结构
2.2.1基本概念
2.2.2OSI参考模型
2.2.3TCP／IP参考模型
2.2.4OSI与TCP／IP参考模型的比较
本章小结
思考与练习
第3章工业控制网络的基本构成
3.1工业控制网络概述
3.1.1工业控制网络的产生和发展
3.1.2工业控制网络与工业企业网
3.2典型的工业企业网
3.2.1工业企业网的体系结构
3.2.2建立工业企业网的策略
3.2.3工业企业网的应用
3.3工业控制网络
3.3.1集散控制系统
3.3.2现场总线
3.3.3工业以太网
本章小结
思考与练习
第4章现场总线及其应用
4.1现场总线概述
4.1.1现场总线的发展历程
4.1.2现场总线的特点
4.2PROFIBUS介绍
4.2.1PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置
4.2.2PROFIBUS控制系统的组成
4.2.3PROFIBUS网络协议
4.3S7系列PLC的PROFIBUS-DP应用
4.3.1PROFIBUS基础
4.3.2PLC作为主站连接ET200的PROFIBUS-DP通信
4.4通过PROFIBUS与第三方设备通信
4.5PROFIBUS自由第二层通信
4.6特殊环境下的PROFIBUS网络
4.6.1H系统中的PROFIBUS-DP
4.6.2工艺控制中的PROFIBUS-DP
4.7其他类型的现场总线
4.7.1基金会现场总线简介
4.7.2LonWorks简介
本章小结
思考与练习
第5章工业以太网及其应用
5.1工业以太网概述
5.2S7-300的以太网应用
5.3PROFINET-IO与CBA
5.4PROFINET-IO的应用实例
5.5基于TIAPORTAL（博途）的网络视图
5.5.1TIAPORTAL（博途）简介
5.5.2在TIAPORTAL（博途）中进行PROFINET-IO的组态
5.6西门子通信总结
本章小结
思考与练习
第6章过程控制中的网络技术
6.1过程控制系统概述
6.1.1过程控制系统的基本概念
6.1.2过程控制系统的组成及分类
6.1.3过程控制系统的过渡过程及性能指标
6.1.4过程控制系统的发展概况
6.2过程控制系统的数学模型
6.2.1被控过程的数学模型
6.2.2解析法建立过程的数学模型
6.3过程控制系统的基本控制规律
6.3.1基本控制规律
6.3.2控制器参数对过渡过程的影响
本章小结
思考与练习
第7章工业控制网络的设计与组建
7.1工业控制网络的集成设计
7.1.1工业控制网络系统集成方法
7.1.2工业控制网络系统集成的原则
7.2工业控制网络的组建
7.2.1确定系统任务
7.2.2基于现场总线的工业控制网络构建
7.3应用实例
7.3.1工业控制网络在烟草行业的应用
7.3.2工业控制网络在汽车制造行业的应用
7.3.3工业控制网络在钢铁行业连铸机控制中的应用
本章小结
思考与练习
参考文献

前言高等职业教育是我国高等教育的一个重要组成部分。近年来，随着国民经济的飞速发展，高等职业教育的发展也非常迅猛，其宏观的办学规模发生了历史性的变化。为适应我国社会经济发展对高技能应用型人才的需求，高等职业教育的教学模式、培养方案、课程设置和教学手段等都必须做出相应的调整。
    随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展，工业自动化水平迅速提高。人们对工业自动化系统的要求也越来越高，各种各样的自动控制装置、远程或特种场所的监控设备在工业控制领域的大量使用，使得自动控制系统越来越庞大、复杂。为了让各种各样的自动控制装置协调工作，管理人员要能随时准确地掌握生产现场的实时数据。工业控制网络技术的广泛应用有效地解决了自动控制系统的分布控制和远程监控。
    本书也正是基于上述背景编写的，书中内容注重能力培养，突出了实际、实用和实践原则，并在保证体系完整的基础上适当降低了理论深度，尽可能避免繁琐的数学推导，力求深入浅出、循序渐进地介绍工业控制网络技术的基本概念、原理和应用。本书重点介绍了工业控制网络技术的基本概念、原理，以及现场总线、工业以太网、集散控制系统（DCS）和工业控制网络的典型应用，并注重培养学生的技术应用能力以及分析和解决问题的能力，这有利于学生对技术知识的灵活应用以及毕业后的自学。为此，编者力求保证书中所列举的元器件及系统应用方案能反映工业控制网络技术的发展趋势，并且尽量介绍代表当前最新应用水平的实例。
    在本次修订过程中，对第4章及第5章内容进行了大幅修订，删除了部分过时内容，同时新增了S7400冗余通信、TCPU通信、基于TIAPORTAL的网络通信组态及西门子工业通信总结等内容，紧跟当前工业网络应用的最新技术。
    本书可作为高职高专学生的教材，适用专业包括电气自动化技术、电力系统自动化技术、计算机控制技术、仪表控制技术、机电一体化技术、应用电子技术、数控技术。当不同的专业选用本书作为教材时，可根据实际需要对书中内容做适当删减。建议教学时数为60学时，其中理论教学为40学时，上机实验和实训为20学时。
    本书由张帆担任主编，王旭、陶敏担任副主编。张帆编写第5章，并对全书进行统稿校对；王旭编写第4章41~44；陶敏编写第4章45~47；杨卫华编写第1章；段有艳编写第2章；王海云编写第3章；谢瑚和黄玮编写第6章；李之昂编写第7章。
    昆明理工大学张云生任本书主审，并对本书的编写原则、重点及内容提出了许多宝贵的意见和建议；田甜为本书的汇总、校对及编排做了大量工作。在此，一并表示衷心的感谢。
    由于编者水平所限，书中的错误、疏漏之处在所难免，望广大读者批评指正。
    编者