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第一章　工业控制网络的发展1

1.1　工业控制网络的特点1

1.1.1　工业控制网络与信息网络的区别1

1.1.2　工业控制网络的技术特征2

1.2　传统控制网络——现场总线的发展5

1.2.1　现场总线的定义5

1.2.2　现场总线技术的发展历程5

1.2.3　现场总线技术的发展趋势6

1.3　工业以太网技术的发展现状8

1.3.1　工业以太网标准化进程8

1.3.2　EPA的国际标准化进程10

1.3.3　工业以太网正在成为工业控制网络的主流技术11

1.3.4　以太网用于工业控制需要解决的问题13

1.3.5　以太网用于工业控制的技术问题正在逐渐解决14

1.4　现代信息技术推动工业控制网络的全方位技术发展16

1.4.1　现代计算机技术对控制技术的影响16

1.4.2　工业控制网络的发展趋势18

1.4.3　控制网络技术的发展推动了综合自动化系统的广泛应用22

第二章　工业控制网络技术基础24

2.1　数据通信技术基础24

2.1.1　数据通信的基本概念24

2.1.2　通信系统的结构26

2.1.3　数据的编码技术28

2.1.4　数据的传输模式32

2.1.5　数据的通信方式35

2.2　控制网络的拓扑结构40

2.3　传输介质42

2.4　介质访问控制方式44

2.5　差错控制技术46

第三章　工业以太网的技术标准51

3.1　工业以太网与实时以太网51

3.2　IEC61784-2标准52

3.2.1 IEC61784-2标准体系结构52

3.2.2 IEC61784-2中主要标准简介53

3.3 IEC61784-1/2与IEC6115860

3.4 EPA标准体系简介61

3.4.1 EPA网络拓扑结构61

3.4.2 EPA通信协议63

3.4.3 EPA系列标准66

3.5 ProfiNet标准体系简介68

3.5.1 ProfiNet系统结构68

3.5.2 ProfiNet实时通信71

3.5.3 ProfiNet IO72

3.5.4 ProfiNet系统集成73

3.6 HSE标准简介73

3.6.1 HSE的体系结构74

3.6.2 HSE网络拓扑结构75

3.6.3　现场设备访问FDA76

3.6.4　SNTP81

第四章　EPA控制网络关键技术84

4.1　EPA应用层通信协议栈的设计与实现84

4.1.1 EPA应用层通信协议栈模型84

4.1.2 EPA通信协议栈整体设计85

4.1.3 EPA管理信息库87

4.1.4 EPA应用访问实体90

4.1.5 EPA系统管理实体94

4.1.6 EPA套接字映射实体99

4.1.7 EPA通信协议栈的程序实现105

4.2 EPA时间同步技术108

4.2.1　精确时间同步协议技术背景108

4.2.2　PTP系统模型108

4.2.3　PTP同步原理112

4.2.4 PTP报文格式115

4.2.5 PTP系统设计119

4.3 EPA确定性调度技术123

4.3.1 EPA数据链路层模型123

4.3.2 EPA确定性调度原理124

4.3.3　确定性调度的实现126

4.4　面向工业以太网的总线供电技术130

4.4.1　IEEE802.3af标准简介131

4.4.2　基于LTC4259A的中跨式PSE设计与实现132

4.4.3　基于LTC4257的PD设计与实现135

4.4.4　面向工业以太网的高功率24VDC以太网供电技术138

4.5　EPA设备描述技术141

4.5.1　设备描述文件在EPA中的作用141

4.5.2　设备描述文件的逻辑结构142

4.5.3　设备描述文件的解析146

4.5.4　设备描述文件在组态软件中的应用158

4.6　EPA功能块规范160

4.6.1　功能块的定义161

4.6.2　EPA控制系统模型161

4.6.3　现场设备模型162

4.6.4　EPA功能块模型162

4.6.5　功能块类型165

4.6.6　EPA功能块基本数据结构166

4.6.7　功能块参数状态和模态切换167

4.6.8　功能块应用进程169

4.6.9　功能块间的信息交互170

4.6.10　功能块的调度172

4.6.11　EPA功能块的设计与开发173

4.7　EPA控制网络安全技术177

4.7.1 EPA控制网络的安全目标177

4.7.2 EPA控制网络的安全威胁分析178

4.7.3 EPA控制网络分层安全结构178

4.7.4 EPA控制网络安全等级划分180

4.7.5 EPA网络安全管理实体结构180

4.7.6　EPA密钥管理181

4.7.7　EPA设备鉴别服务182

4.7.8　EPA访问控制183

4.7.9　EPA报文校验方法184

4.7.10　EPA报文加密方法185

第五章　EPA网络产品开发技术188

5.1 EPA通信卡188

5.2 EPA网桥194

5.2.1 EPA网桥的分类194

5.2.2 EPA网桥硬件设计197

5.2.3 EPA网桥软件设计200

5.2.4 EPA安全网桥软件设计202

5.3 EPA总线供电集线器206

5.3.1　总体设计207

5.3.2　集线器部分电路设计208

5.3.3　以太网供电部分电路设计211

5.4　EPA蓝牙接入点的开发213

5.4.1　蓝牙技术概述213

5.4.2　EPA网络中的蓝牙接入规范214

5.4.3　EPA蓝牙接入点硬件设计215

5.4.4　EPA蓝牙接入点软件设计218

5.5　EPA无线局域网接入点220

5.5.1　无线局域网技术概述220

5.5.2　EPA网络中的无线局域网接入规范221

5.5.3　EPA网络中IEEE802.11b接入点的数据处理流程222

5.5.4　IEEE802.11b接入点的硬件设计223

5.5.5　IEEE802.11b接入点的软件设计232

第六章　EPA现场仪表开发技术236

6.1 EPA I/O模块的设计236

6.1.1 EPA I/O模块的结构设计236

6.1.2　数字量输入输出通道硬件设计236

6.1.3　模拟量输入输出通道硬件设计239

6.1.4　定时计数通道硬件设计242

6.1.5　EPA I/O模块软件设计242

6.2 EPA控制器设计244

6.2.1 EPA控制器结构设计244

6.2.2 EPA控制器硬件设计245

6.2.3 EPA控制器软件设计250

6.3 EPA超声波物位计253

6.3.1 EPA超声波物位计的工作原理253

6.3.2 US-500系列超声波物位计254

6.3.3 EPA超声波物位计的设计255

6.4 EPA电磁流量计257

6.4.1 EPA电磁流量计工作原理257

6.4.2　电磁流量计的特点258

6.4.3　EPA电磁流量计设计259

第七章　基于功能块的组态技术262

7.1　系统组态与启动263

7.1.1　制造商对设备的初始化组态263

7.1.2　设备基本信息组态263

7.1.3　EPA分布式控制系统应用组态264

7.1.4　设备启动265

7.2　组态软件功能需求266

7.2.1　系统组态平台267

7.2.2　运行监控平台270

7.2.3　设备执行平台271

7.3　组态软件系统设计272

7.3.1　开发环境272

7.3.2　面向对象的设计273

7.3.3　组态软件用例设计273

7.3.4　组态软件的类设计274

7.3.5　组态软件的界面设计275

7.4　控制链路组态276

7.4.1　EPA链接对象276

7.4.2　功能描述277

7.4.3　EPA链路组态模块设计281

7.4.4　运行流程285

7.5　编译下载293

7.5.1　功能描述293

7.5.2　编译下载模块设计294

7.5.3　编译下载运行流程296

7.6　组态实例303

第八章　EPA协议测试技术308

8.1　EPA协议一致性测试技术309

8.1.1　协议一致性测试原理309

8.1.2　协议一致性测试方法及测试过程310

8.1.3　EPA协议一致性测试系统结构设计313

8.1.4　EPA协议一致性测试硬件平台318

8.1.5　EPA协议一致性测试软件设计319

8.1.6　服务测试325

8.1.7　对象属性测试327

8.1.8　状态机测试327

8.1.9　时间同步测试328

8.1.10　确定性调度测试331

8.2　互操作性测试技术334

8.2.1 EPA互操作测试系统结构335

8.2.2 EPA互操作测试平台335

8.2.3 EPA互操作测试流程338

8.2.4　互操作测试案例339

8.3　通信性能测试技术344

8.3.1　EPA实时性能指标集测试345

8.3.2　递交时间测试347

8.3.3　网络吞吐量测试350

8.3.4　非实时通信带宽测试351

8.3.5　冗余恢复时间352

参考文献353