在數字化和智能化逐漸成為工業發展主流的背景下，《工業控制網絡》一書為讀者提供了一個全面而系統的指南，涵蓋了現場總線、工業以太網、Modbus控制網絡及無線通信技術等關鍵領域。全書共分為12章，從基礎理論到實際應用案例，深入探討了工業控制網絡的核心技術及其廣泛應用，旨在幫助讀者掌握如何提高生產效率、降低成本和實現靈活管理。
書中詳細講解了CAN現場總線、PROFIBUS、LonWorks、DeviceNet、PROFINET、EtherCAT等技術，結合實際案例，使讀者能夠更好地理解其設計原理和應用方法。同時，書中還涉及物聯網、5G網絡和工業互聯網等前沿技術，揭示了未來發展的趨勢。
作者基于近30年的科研實踐和教學經驗，精心策劃了本書，力求以深入淺出的方式為從業人員、學者和學生提供實用的參考資料。通過本書的學習，讀者將為未來在工業自動化和智能制造領域的研究和工作奠定堅實的基礎。
在數字化和智能化日漸成為工業發展主流的時代背景下，工業通信網絡技術顯得尤為關鍵。本書旨在為讀者提供一個全面而系統的指南，覆蓋了從基礎理論、關鍵技術到實際應用案例的各個方面。內容囊括了現場總線、工業以太網、無線通信技術等眾多關鍵領域，目的是幫助讀者深入理解工業控制網絡的核心技術及其廣泛的應用。
現場總線、工業以太網、Modbus控制網絡、無線網絡(包括工業無線以太網、物聯網、無線傳感器網絡、5G網絡)以及工業互聯網，這些技術構成了現代工業自動化和智能制造的核心。它們在提高生產效率、降低成本、增強系統靈活性和實現遠程監控等方面發揮著至關重要的作用。
本書共分為12章，涵蓋了從基礎概念到高級應用的廣泛內容，旨在為讀者提供一個關于工業控制網絡的全景視角。本書以全面、系統的視角講述了工業控制網絡的理論基礎、關鍵技術、應用實踐及未來發展趨勢，旨在為從業人員、學者和學生提供一本深入淺出的參考書。
第1章緒論： 介紹了工業控制網絡、現場總線和工業以太網的基本概念和技術。
第2章CAN現場總線： 講述了CAN總線的技術規范、通信控制器、總線收發器和節點設計。
第3章Modbus控制網絡： 講述了Modbus網絡的物理層、鏈路層標準和Modbus TCP。
第4章LonWorks嵌入式智能控制網絡： 講述了LonWorks技術平臺、智能收發器和處理器以及相關開發工具。
第5章PROFIBUSDP現場總線： 詳細講述PROFIBUS總線的協議結構、通信模型、設備類型和通信控制器。
第6章DeviceNet現場總線： 講述了DeviceNet的通信模型、連接方式、報文協議和節點開發。
第7章FF現場總線： 講述了FF現場總線的功能塊參數、功能庫和串級控制設計中的應用。
第8章PROFINET與工業無線以太網： 講述了PROFINET的基礎、運行模式、系統結構和工業無線以太網技術。
第9章EtherCAT工業以太網： 講述了EtherCAT的物理結構、數據鏈路層、應用層和系統組成。
第10章物聯網與無線傳感器網絡： 講述了物聯網和無線傳感器網絡的基本概念、技術和應用。
第11章5G網絡： 對5G網絡進行了概述，講述了5G網絡的關鍵技術和工業互聯網行業應用。
第12章工業互聯網： 講述了工業互聯網的誕生、特征、核心技術和與智能制造的關系。
通過本書的學習，讀者將能夠全面掌握工業控制網絡的關鍵技術和應用實踐，為未來在工業自動化和智能制造領域的研究和工作奠定堅實的基礎。
本書是作者基于近30年的科研實踐和教學經驗而精心策劃和編寫的。例如，在討論CAN現場總線時，不僅介紹了其技術規范和通信控制器，還通過實際案例幫助讀者理解其設計原理和應用方法。在講述EtherCAT工業以太網時，詳細講述了其物理拓撲結構、數據鏈路層和應用層的設計，以及在KUKA機器人上的應用案例，幫助讀者全面理解這一技術的實用性和高效性。
本書是作者科研實踐和教學的總結，書中實例取自作者近30年的現場總線、工業以太網等工業控制網絡的科研攻關課題。對本書中所引用的參考文獻的作者，在此一并表示真誠的感謝。
由于編者水平有限，加上時間倉促，書中錯誤和不妥之處在所難免，敬請廣大讀者不吝指正。
編者2024年12月
李正軍 山東大學教授，碩士研究生導師，知名的嵌入式系統、現場總線與工業以太網、自動控制、現場總線與工業以太網專家。1984年畢業于山東大學數學系、同年留山東大學數學系任教。先后擔任211工程重點建設項目現場總線技術實驗室負責人、控制科學與工程學院微機原理課程負責人，碩士研究生導師，并獲山東大學優秀教師榮譽稱號。中國電氣工業協會設備網現場總線分會理事、中華人民共和國機械行業標準《低壓電氣通信規約》審稿人，全國電器設備網絡通信接口標準化委員會委員。發表科研與教學論文50余篇，從1996年開始，從事現場總線與工業以太網的教學和科研工作，出版現場總線及其應用技術（第3版）、現場總線與工業以太網及其應用技術（第2版）、現場總線與工業以太網、現場總線與工業以太網應用教程等著作32部，并獲機械工業出版社百佳作者和金牌作者榮譽稱號。承擔省部級與企業科研課題30余項。主要研究方向包括嵌入式系統、RISC-V開源技術、計算機控制、現場總線與工業以太網應用技術、高端醫療器械、電力網絡監測儀表等。
第1章緒論
1.1工業控制網絡
1.1.1工業控制網絡概述
1.1.2現場總線
1.1.3工業以太網
1.1.4工業無線網絡
1.1.5工業控制網絡的應用
1.1.6工業控制網絡的發展趨勢
1.2現場總線概述
1.2.1現場總線的產生
1.2.2現場總線的本質
1.2.3現場總線的特點和優點
1.2.4現場總線標準的制定
1.2.5現場總線的現狀
1.2.6現場總線網絡的實現
1.3工業以太網概述
1.3.1工業以太網技術
1.3.2工業以太網通信模型
1.3.3工業以太網的優勢
1.3.4實時以太網
1.3.5實時工業以太網模型分析
1.3.6幾種實時工業以太網的比較
1.4現場總線簡介
1.4.1FF
1.4.2CAN和CAN FD
1.4.3LonWorks
1.4.4PROFIBUS
1.4.5DeviceNet
1.5工業以太網簡介
1.5.1EtherCAT
1.5.2Ethernet POWERLINK
1.5.3PROFINET
1.5.4EPA
習題
第2章CAN現場總線
2.1CAN的技術規范
2.1.1CAN的基本概念
2.1.2CAN的分層結構
2.1.3報文傳送和幀結構
2.1.4位定時與同步的基本概念
2.1.5CAN總線的位數值表示與通信距離
2.2CAN獨立通信控制器SJA1000
2.2.1SJA1000內部結構
2.2.2SJA1000引腳功能
2.2.3SJA1000的工作模式
2.2.4BasicCAN功能介紹
2.2.5PeliCAN功能介紹
2.2.6BasicCAN和PeliCAN的公用寄存器
2.3CAN總線收發器
2.3.1PCA82C250/251CAN總線收發器
2.3.2TJA1051 CAN總線收發器
2.4CAN總線節點設計實例
2.4.1CAN總線硬件設計
2.4.2CAN總線軟件設計
習題
第3章Modbus控制網絡
3.1概述
3.1.1Modbus的特點
3.1.2Modbus的通信模型
3.1.3通用Modbus幀
3.1.4Modbus通信原理
3.2Modbus物理層
3.2.1RS232接口標準
3.2.2RS485接口標準
3.3Modbus 串行鏈路層標準
3.3.1Modbus的傳輸模式
3.3.2Modbus的差錯檢驗
3.3.3Modbus的功能碼
3.3.4Modbus的編程方法
3.4Modbus TCP
3.4.1Modbus TCP概述
3.4.2Modbus TCP應用數據單元
3.4.3ModbusRTPS
習題
第4章LonWorks嵌入式智能控制網絡
4.1LonWorks概述
4.2LonWorks技術平臺
4.2.1LonWorks網絡
4.2.2實現控制網絡
4.2.3LonWorks技術平臺組件
4.2.4可互操作的自安裝(ISI)
4.2.5網絡工具
4.2.6LonMaker集成工具
4.2.7LonScanner協議分析器
4.2.8控制網絡協議
4.36000系列智能收發器和處理器
4.3.16000系列產品概述
4.3.2FT 6000智能收發器引腳分配
4.3.36000系列芯片硬件功能
4.3.46000系列的I/O接口
4.4神經元現場編譯器
4.4.1神經元現場編譯器概述
4.4.2使用神經元現場編譯器
4.5FT 6000 EVK評估板和開發工具包
4.5.1FT 6000 EVK的主要特點
4.5.2用于IzoT控制平臺的開發套件
4.5.3IzoT NodeBuilder軟件
習題
第5章PROFIBUSDP現場總線
5.1PROFIBUS概述
5.2PROFIBUS的協議結構
5.2.1PROFIBUSDP的協議結構
5.2.2PROFIBUSFMS的協議結構
5.2.3PROFIBUSPA的協議結構
5.3PROFIBUSDP現場總線系統
5.3.1PROFIBUSDP的三個版本
5.3.2PROFIBUSDP系統組成和總線訪問控制
5.3.3PROFIBUSDP系統工作過程
5.4PROFIBUSDP的通信模型
5.4.1PROFIBUSDP的物理層
5.4.2PROFIBUSDP的數據鏈路層
5.4.3PROFIBUSDP的用戶層
5.4.4PROFIBUSDP用戶接口
5.5PROFIBUSDP的總線設備類型和數據通信
5.5.1概述
5.5.2DP設備類型
5.5.3DP設備之間的數據通信
5.5.4設備描述(GSD)文件
5.6PROFIBUS通信用ASIC
5.6.1SPC3從站通信控制器
5.6.2ASPC2主站通信控制器
5.7PROFIBUSDP從站通信控制器SPC3
5.7.1SPC3功能簡介
5.7.2SPC3引腳說明
5.7.3SPC3存儲器分配
5.7.4PROFIBUSDP接口
5.7.5SPC3輸入/輸出緩沖區的狀態
5.7.6通用處理器總線接口
5.7.7SP3的UART接口
5.7.8PROFIBUSDP接口
5.8主站通信控制器ASPC2與網絡接口卡
5.8.1ASPC2介紹
5.8.2CP5611網絡接口卡
5.9PROFIBUSDP從站的設計
5.9.1PROFIBUSDP從站的硬件設計
5.9.2PROFIBUSDP從站的軟件設計
習題
第6章DeviceNet現場總線
6.1DeviceNet概述
6.1.1DeviceNet的特性
6.1.2對象模型
6.1.3DeviceNet網絡及對象模型
6.2DeviceNet通信模型
6.2.1物理層
6.2.2數據鏈路層
6.2.3應用層
6.3DeviceNet連接
6.3.1DeviceNet關于CAN標識符的使用
6.3.2建立連接
6.4DeviceNet報文協議
6.4.1顯式報文
6.4.2輸入/輸出報文
6.4.3分段/重組
6.4.4重復MAC ID檢測協議
6.5DeviceNet通信對象分類
6.6網絡訪問狀態機制
6.6.1網絡訪問事件矩陣
6.6.2重復MAC ID檢測
6.6.3預定義主從連接組
6.7指示器和配置開關
6.7.1指示器
6.7.2配置開關
6.7.3指示器和配置開關的物理標準
6.7.4DeviceNet連接器圖標
6.8設備描述
6.8.1對象模型
6.8.2I/O數據格式
6.8.3設備配置
6.8.4擴展的設備描述
6.8.5設備描述編碼機制
6.9DeviceNet節點的開發
6.9.1DeviceNet節點的開發步驟
6.9.2設備描述的規劃
6.9.3設備配置和電子數據文檔
習題
第7章 FF現場總線
7.1FF現場總線概述
7.1.1FF現場總線的主要技術
7.1.2通信系統的組成及其相互關系
7.1.3FF現場總線的通信模型
7.1.4網絡管理
7.1.5系統管理
7.1.6FF現場總線的通信控制器
7.2FF現場總線功能塊參數
7.2.1FF現場綜述的功能塊及參數概述
7.2.2控制變量的計算
7.2.3塊模式參數
7.2.4量程標定參數
7.3FF現場總線的功能塊庫
7.3.1轉換器塊和資源塊
7.3.2FF現場總線的功能塊
7.4FF現場總線的典型功能塊
7.4.1模擬輸入功能塊（AI）
7.4.2模擬輸出功能塊（AO）
7.4.3開關量輸入功能塊（DI）
7.4.4開關量輸出功能塊（DO）
7.4.5PID控制算法功能塊
7.5功能塊在串級控制設計中的應用
7.5.1爐溫控制系統
7.5.2串級控制功能塊連接
習題
第8章PROFINET與工業無線以太網
8.1PROFINET概述
8.1.1PROFINET功能與通信
8.1.2PROFINET網絡
8.2PROFINET通信基礎
8.2.1PROFINET現場設備連接
8.2.2設備模型與PROFINET通信服務
8.2.3PROFINET實時通信原理
8.2.4PROFINET實時類別
8.3PROFINET運行模式
8.3.1從系統工程到地址解析
8.3.2PROFINET系統工程
8.4PROFINET端口的MAC地址
8.5PROFINET數據交換
8.5.1循環數據交換
8.5.2非循環數據交換的序列
8.5.3多播通信關系
8.6PROFINET診斷
8.7PROFINET IRT通信
8.7.1IRT通信介紹
8.7.2IRT通信的時鐘同步
8.7.3IRT數據交換
8.8PROFINET控制器
8.9PROFINET 設備描述與應用行規
8.9.1PROFINET設備描述
8.9.2PROFINET應用行規
8.10PROFINET的系統結構
8.11工業無線以太網
8.11.1工業無線以太網概述
8.11.2移動通信標準
8.11.3工業移動通信的特點
8.12SCALANCE X工業以太網交換機
8.13SIEMENS工業無線通信
8.13.1SIEMENS工業無線通信概述
8.13.2工業無線通信網絡產品SCALANCE W
8.13.3SCALANCE W的特點
習題
第9章EtherCAT工業以太網
9.1EtherCAT概述
9.2EtherCAT物理拓撲結構
9.3EtherCAT數據鏈路層
9.3.1EtherCAT數據幀
9.3.2尋址方式
9.3.3通信模式
9.3.4存儲同步管理器SM
9.4EtherCAT應用層
9.4.1通信模型
9.4.2從站
9.4.3主站
9.4.4EtherCAT設備行規
9.5EtherCAT系統組成
9.5.1EtherCAT網絡架構
9.5.2EtherCAT主站組成
9.5.3EtherCAT從站組成
9.6KUKA機器人應用案例
9.7EtherCAT從站控制器概述
9.7.1EtherCAT從站控制器功能塊
9.7.2EtherCAT協議
9.7.3幀處理
9.7.4FMMU
9.7.5同步管理器
9.8EtherCAT從站控制器ET1100
9.8.1ET1100概述
9.8.2ET1100引腳介紹
9.8.3ET1100的PDI信號
9.8.4ET1100的物理端口和PDI引腳信號
9.8.5ET1100的MII接口
9.8.6ET1100的異步8/16位微控制器接口
9.9基于ET1100的EtherCAT從站總體結構
9.10微控制器與ET1100 的接口電路設計
9.10.1ET1100與STM32F4的FSMC接口電路設計
9.10.2ET1100應用電路設計
9.11ET1100的配置電路設計
9.12EtherCAT從站以太網物理層PHY器件
9.1310/100BASETX/FX的物理層收發器KS8721
9.13.1KS8721概述
9.13.2KS8721結構和引腳說明
9.14ET1100與KS8721BL的接口電路
9.15EtherCAT主站軟件的安裝
9.15.1主站TwinCAT的安裝
9.15.2TwinCAT安裝主站網卡驅動
9.16EtherCAT從站的開發調試
9.16.1燒寫STM32微控制器程序
9.16.2TwinCAT軟件目錄下放置XML文件
9.16.3建立一個工程
習題
第10章物聯網與無線傳感器網絡
10.1物聯網
10.1.1物聯網的定義
10.1.2物聯網的特點
10.1.3物聯網的基本架構
10.1.4物聯網的技術架構
10.1.5物聯網的應用模式
10.1.6物聯網的應用
10.1.7工業物聯網
10.2無線傳感器網絡
10.2.1無線傳感器網絡的特點
10.2.2無線傳感器網絡體系結構
10.2.3無線傳感器網絡的關鍵技術
10.2.4IEEE 802.15.4無線傳感器網絡通信標準
10.2.5無線傳感器網絡的應用
10.3藍牙通信技術
10.3.1藍牙通信技術概述
10.3.2無線多協議SoC芯片
10.3.3nRF5340芯片及其主要特性
10.3.4nRF5340的開發工具
10.3.5低功耗藍牙芯片nRF51822及其應用電路
10.4ZigBee無線傳感器網絡
10.4.1ZigBee無線傳感器網絡通信標準
10.4.2ZigBee開發技術
10.4.3CC2530的開發環境
10.5W601 WiFi MCU芯片及其應用實例
10.5.1W601/W800/W801/W861概述
10.5.2ALIENTEK W601開發板
習題
第11章5G網絡
11.15G網絡概述
11.1.15G網絡的發展歷程
11.1.25G網絡的技術原理
11.1.35G網絡的特點
11.1.45G網絡的應用領域
11.1.55G網絡和邊緣計算
11.1.65G網絡和工業物聯網
11.1.75G網絡和自動駕駛
11.1.85G網絡和工業控制
11.1.95G網絡和智慧工廠
11.25G移動通信核心網關鍵技術
11.2.1概述
11.2.25G網絡整體架構
11.2.35G核心網的關鍵技術
11.35G 工業互聯網行業應用
11.3.15G 工業互聯網行業發展狀況
11.3.25G 工業互聯網典型行業應用
11.45G 工業互聯網融合驅動新一輪工業數字化轉型
11.4.1概述
11.4.25G 工業互聯網關鍵技術
11.4.35G 工業互聯網的技術融合方案
11.4.4網絡架構與安全體系
11.4.55G網絡的典型應用場景
11.5基于5G多接入邊緣計算的云化PLC系統架構設計與應用
11.5.1概述
11.5.2基于5G多接入邊緣計算的云化PLC技術
11.5.3基于5G MEC的云化PLC系統架構
11.5.4系統運行機制與關鍵技術
習題
第12章工業互聯網
12.1工業互聯網概述
12.1.1工業互聯網的誕生
12.1.2工業互聯網的發展歷程
12.1.3工業互聯網概念
12.1.4工業互聯網整體架構
12.1.5工業互聯網與互聯網的關系
12.1.6發展工業互聯網的意義
12.2工業互聯網的內涵與特征
12.2.1工業互聯網的內涵
12.2.2工業互聯網的特征
12.3工業互聯網核心技術
12.3.1數據集成與邊緣處理技術
12.3.2IaaS關鍵技術
12.3.3云計算
12.3.4工業大數據
12.3.5工業數據建模與分析
12.3.6工業App
12.3.7安全技術
12.4工業互聯網與智能制造
12.5國內外主流工業互聯網平臺
12.5.1國內主流工業互聯網平臺
12.5.2國外主流工業互聯網平臺
習題
參考文獻
新書資訊