【现货速发】现场总线技术及实训

进入21世纪，走向实用化的现场总线控制系统正以迅猛的势头快速发展。现场总线控制系统是目前型的控制系统。它是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统，在某些领域，尤其是在制造业与石化工业自动化领域已成功应用。它在节省大量控制电缆，缩短设计、安装和调试工期，优化管理，预测检修和预防维修等方面有明显的优越性。它是信息化在工业自动化领域的体现，代表了工业自动化的发展方向，是现场级设备通信的一场数字化革命，是信息化带动工业化的重点方向。

本教材按照知识内容划分为两大篇。第1篇是理论篇，主要介绍现场总线技术，使学生对总线结构有较深刻的理解，对自动监测技术、PLC控制技术、现场总线技术、传感器技术、液压与气动技术、电气设备技术等多种技术有一定的理解和掌握，对各种现场设备有一定的感性认识，掌握现场总线控制系统的设计、硬件选用、安装、检修和编程调试等内容。本篇主要由天津轻工职业技术学院张益、于玲、沈洁编写。第2篇是实训篇，主要由天津轻工职业技术学院于玲和恩智浦半导体公司杜向军编写。这样安排，旨在使学生在学习岗位技能的同时，可以根据实际情况选学知识，提高理论知识水平（结合了高职学生的特点）和技术改革能力，为培养具有一定创新能力和工艺技术改进能力的高端技术技能型人才奠定基础。

本书以现场总线控制系统的设计、安装、运行、调试、维护和监控为主线，重点介绍Profibus和Interbus总线的使用方法，以培养学生的动手能力为主要目标，原理性内容描述尽量简化，解决生产实际问题。

本书可作为两年制或三年制高职高专、成人教育等电气自动化技术、机电一体化技术、工业机器人技术及机电类相关专业的教材，也可供相关技术人员参考。

由于素材收集还欠详尽，加之我们本身的水平所限，不尽如人意之处在所难免，恳请指正。

编者

2018年6月

第1篇理论篇

第1章现场总线技术概论1

1.1现场总线简介1

1.1.1什么是现场总线2

1.1.2什么是现场总线控制系统2

1.2现场总线的发展背景与趋势3

1.2.1现场总线的产生背景3

1.2.2现场总线控制系统的发展过程3

1.2.3智能传感器为现场总线控制系统的出现奠定了基础4

1.2.4现场总线的发展方向5

1.3现场总线的特点与分类7

1.3.1现场总线系统的结构特点7

1.3.2现场总线系统的技术特点8

1.3.3现场总线的优点8

1.3.4现场总线的分类9

1.4应用现场总线应注意的若干问题9

1.5现场总线的现状10

1.5.1基金会总线10

1.5.2Lonworks总线10

1.5.3Profibus总线11

1.5.4Interbus总线11

1.5.5CAN总线12

1.5.6HART总线12

1.5.7WorldFIP总线13

1.5.8P-Net总线13

1.5.9ControlNet总线13

1.5.10SwiftNet总线14

1.5.11CC-Link14

1.5.12DeviceNet15

1.5.13AS-i总线15

1.6现场总线的标准16

1.6.1IEC的现场总线标准16

1.6.2ISO的现场总线标准18

1.6.3现场总线中国标准19

习题119

第2章网络通信基础20

2.1总线的基本概念与操作20

2.1.1总线的基本术语20

2.1.2总线操作的基本内容21

2.2计算机数据通信基础23

2.2.1数据通信的基本概念23

2.2.2数据的调制与编码24

2.2.3数据编码技术25

2.2.4数据传输方式27

2.2.5通信方式27

2.2.6数字信号同步方式28

2.3计算机网络拓扑结构28

2.3.1计算机网络拓扑的定义28

2.3.2计算机网络拓扑的分类29

2.3.3计算机网络拓扑结构的选择32

2.4介质访问控制方式32

2.5数据交换技术33

2.6差错控制技术36

2.6.1差错产生的原因36

2.6.2差错控制编码36

2.6.3差错控制方法37

2.7网络互联37

习题238

第3章开放系统互连（OSI）参考模型39

3.1OSI参考模型39

3.1.1OSI参考模型的结构39

3.1.2OSI参考模型中的数据传输过程40

3.1.3OSI参考模型各层的功能简介41

3.2物理层协议42

3.2.1物理层的功能概述42

3.2.2物理层标准举例42

3.2.3常见物理层设备与组件44

3.2.4物理层传输介质45

3.3数据链路层47

3.3.1数据链路层的功能47

3.3.2数据链路层协议分类及高级数据链路控制协议（HDLC）格式49

3.3.3数据链路层的网络连接设备50

3.4网络层51

3.4.1网络层功能51

3.4.2路由选择算法52

3.4.3网络层的网络连接设备52

3.5传输层53

3.5.1传输层的功能53

3.5.2传输层的服务类型与协议等级54

3.6会话层以上高层协议55

3.6.1会话层55

3.6.2表示层56

3.6.3应用层56

3.7现场总线通信模型57

习题358

第4章Interbus现场总线技术59

4.1Interbus现场总线技术基础59

4.1.1Interbus总线系统的结构与组成59

4.1.2Interbus总线模块63

4.1.3Interbus总线网络配置72

4.2Interbus现场总线的自动控制系统72

4.2.1自动化系统73

4.2.2控制技术73

4.2.3软件介绍77

4.2.4Interbus控制系统实例80

4.3Interbus传输协议81

4.3.1协议结构82

4.3.2Interbus传输方法的构成和原理86

4.4Interbus组态与编程96

4.4.1PC WORX控制板的组态与编程96

4.4.2Interbus系统规划与设计101

4.4.3安装与接线102

4.4.4Interbus诊断与维护105

习题4107

第5章Profibus现场总线108

5.1Profibus现场总线概述108

5.1.1Profibus的基本特性109

5.1.2Profibus总线存取协议109

5.1.3Profibus协议模型及结构110

5.1.4Profibus传输技术112

5.1.5Profibus-FMS116

5.1.6Profibus-PA117

5.1.7Profibus-DP118

5.1.8Profibus-DP通信设置122

5.1.9Profibus在工厂自动化系统中的应用122

5.2Profibus-DP控制系统的组建123

5.2.1Profibus控制系统的组成123

5.2.2Profibus控制系统配置的几种形式124

5.2.3Profibus-DP控制系统的组成125

5.2.4Profibus模板128

5.2.5SIMATIC S7系统中的Profibus-DP128

5.2.6EM277模块135

5.2.7使用Profibus-DP进行数据通信的实例138

5.2.8Profibus-DP的诊断功能141

5.2.9安装和调试一个Profibus-DP系统145

5.3Profibus-DP控制系统的软件设置148

5.3.1Profibus的安装及参数设置149

5.3.2硬件组态149

5.3.3软件编程160

5.3.4计算机与PLC 300的通信162

5.3.5下位机设置163

5.3.6计算机与PLC 200的通信163

5.3.7主站与从站间数据交换165

习题5168

第2篇实训篇

第6章现场总线技术实训169

6.1现场总线系统控制169

6.1.1变频器的设置169

6.1.2STEP7系列软件编程（见5.3.2节）171

6.1.3硬件组态（见5.3.2节）171

6.1.4建立计算机与PLC 300的通信（见5.3.4节）171

6.1.5下位机设置（见5.3.5节）171

6.1.6建立计算机与PLC 200的通信（见5.3.6节）171

6.1.7Siemens公司的WinCC实时监控系统171

6.2自动机自动线应用技术系统172

6.2.1控制系统的组成173

6.2.2总控电气部分173

6.3自动机自动线自动循环部分175

6.3.1上料单元175

6.3.2下料单元177

6.3.3加盖单元180

6.3.4穿销钉单元183

6.3.5模拟、电控换向、伸缩转向单元185

6.3.6检测单元188

6.3.7液压换向单元190

6.3.8气动机械手分拣单元195

6.3.9升降梯与高架叠层立体仓库单元198

参考文献207