本书主要介绍在工业自动化系统中广泛使用的计算机控制网络理论与技术，主要内容包括： 计算机控制网络的基础—通信理论基础、RS485通信标准、OSI参考模型、现场总线体系结构； 计算机控制网络的延伸—网络交换技术、路由技术、递阶分布式控制系统、工业以太网技术； 计算机控制网络的共存技术—网络互联、因特网、总线通信协议转换器等具有代表性的网络新技术。重点分析了应用不同网络媒体访问技术的计算机控制网络，包括CAN现场总线、CCLink现场总线、ControlNet现场总线的工作原理；同时给出了大量工业生产实践中计算机网络控制系统的应用实例。

    本书内容精练，概括了计算机控制网络的主要内容与基本概念、基本理论和基本方法，既对出版的同类教材有一定的继承性，又能适应控制理论、控制技术新的发展和专业培养的要求。

    本书适合作为高等院校自动化及其相关专业的教材，也可作为相关科研和工程技术工作者的参考书。

    基于现场总线技术发展起来的计算机控制网络，不但扩大了控制的区间和物理半径，而且提供了新的控制理论的实践平台，为控制系统的结构变化、控制理论的变革和控制方法及手段的创新开辟了新的领域，为控制理论的发展起到了积极的推动作用，同时也提出了新的要求。掌握网络控制理论与技术，设计并熟练操作控制网络设备，已成为自动化及其相关专业人才培养的急切需求。本书正是为了适应计算机控制网络理论与技术的不断发展，满足自动化等专业教学及相关领域科学研究的需要，在东北大学《现场总线控制技术》讲义及作者多年科研和教学实践的基础上，按照自动化及其相关专业学生培养目标及教学改革的要求而编写的。

    计算机控制网络是一门应用科学，只有深入学习、积极应用才能理解其精髓。本书介绍了OSI参考模型与现场总线体系结构，RS485通信，并以CAN现场总线、CCLink现场总线、ControlNet现场总线为例，详细分析了数据链路层媒体访问技术和不同现场总线之间的本质区别，同时以“工业以太网”为核心，阐述了不同网络互联和总线通信转换协议。此外，还给出了大量生产实践中网络控制系统的应用实例。读者通过学习本书，不仅能打下比较扎实的计算机控制网络知识的基础，建立系统的计算机控制网络知识体系结构，而且能达到举一反三、融会贯通，针对新出现的不同网络模式无师自通。

    本书对课程相关内容进行了必要的整合和梳理，尽量避免讲授内容的重复。考虑学生后续选学知识模块的不同，对涉及专业模块的基本知识，也从应用的角度做了论述，对于培养学生的实践能力和培训工程技术人员具有特别重要的意义。

    本书在编写过程中，笔者所在单位东北大学自动化研究所的领导及同仁给予了热情的关怀和指导，同时，曲睿、王源、李林一和沈洪洋等同学为书稿做了大量的录入、编辑工作，他们为此书的出版付出了辛勤的劳动。在此，对给予我们大力支持的老师、同学以及所引用参考文献的各位作者表示诚挚的谢意。

    由于编著者水平有限，经验不足，对教材内容的取舍把握可能不够准确，书中缺点和错误在所难免，恳请广大读者批评指正。

第1章控制网络概述

1.1信息网络与控制网络

1.2控制网络的应用背景

1.3IEC 61158现场总线标准简介

1.4典型现场总线简介

1.4.1IEC 61158技术规范

1.4.2ControlNet现场总线

1.4.3Profibus现场总线

1.4.4PNET现场总线

1.4.5H2HSE现场总线

1.4.6Swiftnet现场总线

1.4.7WorldFIP现场总线

1.4.8Interbus现场总线

1.4.9IEC 62026现场总线标准简介

1.5工业生产过程对现场总线的要求

1.5.1现场总线的基本功能

1.5.2现场总线的实时性能

1.5.3现场总线的结构

1.6递阶分布式控制系统

第2章数据通信理论基础

2.1数据的同步与异步传输

2.1.1同步传输

2.1.2异步传输

2.1.3通信方式举例

2.2数据的编码与传输方式

2.2.1数据的编码

2.2.2数据的传输

2.3网络拓扑结构与传输介质

2.3.1拓扑结构

2.3.2传输介质 

2.4点对点通信与广播式通信

2.4.1点对点通信

2.4.2点对点式网络

2.4.3广播式网络

2.5数据帧的同步方式

2.5.1字节计数法

2.5.2使用字符填充的首尾定界符法

2.5.3使用比特填充的首尾定界符法

2.5.4违法编码法

2.6数据检错方法

2.6.1奇偶校验码

2.6.2循环冗余码

2.7数据纠错方法

2.7.1汉明码的概念

2.7.2汉明码的生成与接收求解举例

2.8差错控制

2.8.1差错产生的原因

2.8.2差错控制概念

2.8.3差错控制方法

2.9流量的控制与滑动窗口协议

2.9.1滑动窗口机制

2.9.2流量控制

2.10网络交换技术与路由技术

2.10.1网络交换技术

2.10.2路由技术

2.11通带传输与多路复用技术

2.11.1通带传输

2.11.2多路复用技术

第3章OSI参考模型与现场总线体系结构

3.1网络协议与层次

3.1.1网络协议

3.1.2网络体系结构及其划分所遵循的原则

3.2OSI/RM层次模型

3.2.1OSI的历史

3.2.2OSI层次模型

3.3服务类型与服务原语

3.3.1传输层在OSI中的地位和作用

3.3.2传输服务

3.3.3服务质量

3.3.4传输层协议等级

3.3.5传输服务原语

3.4OSI模型中的传输过程

3.4.1OSI模型中数据的实际传递过程

3.4.2数据链路控制协议

3.4.3关于网络安全和保密

3.5现场总线体系结构

3.5.1现场总线的结构特点

3.5.2现场总线的体系结构

3.5.3现场总线的技术特点

第4章RS232和RS485通信

4.1串行通信基础

4.1.1传输位率与通信线长度之间的关系曲线

4.1.2单端线路驱动器与接收器

4.1.3差分线路接收器

4.1.4平衡驱动与差分接收

4.2通用异步串行通信接口

4.2.1RS232C的技术条件

4.2.2RS232C的端口定义及连接

4.2.3硬件接口电路设计

4.3RS485通信标准

4.3.1RS485网络结构及通信控制

4.3.2RS485网络的电压偏置

4.3.3RS485网络的终端匹配

4.3.4RS485网络抗干扰与保护

4.3.5RS485接口芯片与微控制器的连接

4.4嵌入式控制系统通信软件设计

4.4.1RS232通信软件设计

4.4.2RS485通信软件设计

4.4.3通信“软件狗”监测定时器设计

第5章典型现场总线解析

5.1常用现场总线媒体访问控制技术

5.1.1载波监听、多路存取/冲突检测

5.1.2令牌总线

5.1.3主从媒体访问控制

5.1.4总线竞争的仲裁规则

5.2CAN总线的工作原理  

5.2.1CAN总线数据链路控制

5.2.2CAN总线的基本性能

5.2.3CAN总线的基本概念

5.2.4CAN总线的位同步与帧同步

5.2.5CAN总线的仲裁规则

5.3CAN总线的结构特点

5.3.1CAN的分层结构

5.3.2LLC子层功能

5.3.3MAC子层功能

5.3.4MAC子层结构

5.3.5网络间LLC层和MAC层之间的相互关系

5.3.6CAN总线的管理机制

5.4CAN总线的应用实例

5.4.1CAN结点构造

5.4.2SJA1000

5.4.3TJA1050

5.5CCLink总线的工作原理

5.5.1CCLink现场总线MAC层协议

5.5.2CCLink现场总线支持的传输类型

5.6CCLink总线的结构特点

5.6.1CCLink现场总线帧的基本格式

5.6.2CCLink现场总线系统的优化

5.7CCLink总线的应用实例

5.7.1平台的组成 

5.7.2站的设定（以X轴为例）

5.7.3运动过程

5.8ControlNet总线的工作原理

5.8.1通信模式与MAC帧的结构

5.8.2并存时间多路存取(CTDMA)技术

5.9ControlNet总线的结构特点

第6章现场总线应用层的研究与设计

6.1现场总线应用层的功能

6.2基于CAN总线的CANOpen协议解析

6.2.1CANOpen的通信对象

6.2.2标识符的地址分配 

6.2.3CANOpen的通信模式

6.3CANOpen最小系统

6.3.1CANOpen的网络管理——初始化和具体操作

6.3.2CANOpen的网络管理——执行

6.3.3CANOpen的结点保护

6.4CANOpen中的数据通信对象的比较

6.4.1过程数据实体转换方式

6.4.2CANOpen的过程数据实体举例

6.4.3PDO的重新配置

6.4.4PDO的传送方式

6.4.5PDO的禁止时间

6.5基于CAN总线的DeviceNet应用

6.5.1通信适配器硬件系统设计

6.5.2通信适配器软件系统设计 

第7章网络控制系统和工业以太网

7.1网络控制系统

7.1.1网络控制系统的局限性

7.1.2网络控制系统的评价标准

7.1.3网络控制系统中的数据特性

7.1.4网络控制系统中信息的延迟

7.1.5网络控制系统中的数据特征

7.2基于网络控制的多Agent

7.2.1网络控制系统理论概述

7.2.2Agent概念的发展

7.2.3Agent、智能Agent和多Agent的关系

7.2.4基于“黑板”结构的网络数据共享

7.3网络控制技术解析

7.3.1主导技术

7.3.2辅助技术

7.3.3几种常用协议的技术构成

7.4工业以太网与TCP/IP协议

7.4.1工业以太网

7.4.2TCP/IP协议

7.5网络互联与因特网

7.5.1网络互联的概念

7.5.2网络互联的任务

7.5.3网络互联中的路由选择与分段

7.5.4网络互联设备

7.5.5从网络互联到因特网

第8章网络控制系统实例剖析

8.1基于扩频技术的无线网络应用

8.1.1问题的提出

8.1.2扩频通信原理及组建无线专网系统的优势

8.1.3海岛间无线网络工程建设

8.2基于CAN总线的网络电子天平

8.2.1双向加力式电子天平的基本原理

8.2.2模拟电路闭环调节系统分析

8.2.3双向加力式电子天平的工作原理

8.2.4双向加力式电子天平的总体设计

8.2.5网络电子天平

8.3卡机联动加油机通信模式解析

8.3.1IC卡加油计算机网络系统

8.3.2加油站管理控制子系统

8.3.3卡机联动加油机 

8.3.4卡机联动加油机通信协议举例

8.3.5卡机联动加油机通信模式的选择

8.3.6需要加强的问题

8.4RS232接口通信协议转换器设计

8.4.1RS232/RS485通信协议转换器

8.4.2RS232/CAN总线协议转换器

8.5选矿厂监控系统设计

8.5.1计算机监控系统硬件设计方案选择

8.5.2系统总体硬件组成

8.5.3主要监控任务简介

8.5.4下位机电路的设计

8.5.5通信接口设计

8.5.6系统采用的硬件抗干扰技术

8.5.7通信协议设计

8.5.8下位机软件设计    

8.5.9智能诊断程序设计

8.5.10开关量数字滤波程序设计

8.5.11软件抗干扰技术

8.6基于CAN总线的楼宇设备控制系统设计

8.6.1系统结构及硬件设计

8.6.2通信结点软件设计

8.6.3上位机基本操作界面介绍

8.7异步路由在工业城域网中的应用

8.7.1网络城域化的需求

8.7.2异步路由的应用

8.7.3通信服务器用作异步路由

8.7.4异步路由应用举例

8.8基于多Agent的多机械手协调工作控制

8.8.1问题的提出

8.8.2各Agent的控制要求

8.8.3多Agent间的互联结构

8.8.4多机械手的协调工作控制

第9章本钢冷轧网络系统

9.1本钢冷轧系统概述

9.2JISNET以太网下的过程/管理自动化

9.2.1Ethernet的几个概念

9.2.2JISNET网络简介

9.2.3以太网/JISNET网络结构

9.2.4以太网/JISNET网在冷轧系统中的应用

9.3Optobus光纤网下的基础自动化

9.3.1Optobus网络结构

9.3.2Optobus网络主要设备

9.4CAN总线下的设备层网络

9.4.1CAN总线与MV900变频器的数据交换

9.4.2HPCi80 CAN232通信卡

9.4.3CAN总线接口及接线

9.4.4CAN总线在检查台控制中的应用

9.4.5HPCi80工控机与CAN总线的数据交换

9.4.6检查台GE9070与HPCi80之间的数据交换

参考文献