网络化监控技术_王黎明，闫晓玲，黄海，黄磊明著_9787562548485

　　随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展，工业自动化水平不断提高。人们对工业自动化系统的要求也越来越高，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得到了大量应用，使得监控网络越来越庞大和复杂。为了让不同类型的自动控制装置协调工作，管理人员必须对相应的监控方式有一个准确的认识。本书重点放在对网络化监控系统的基本概念、工作原理以及对“串口”“现场总线”“工业以太网”“异构网络”等典型监控技术的介绍上；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。

　　本书主要阅读对象为教学研究/应用型大学及大专(高职高专)院校学生。适用的专业包括电气自动化技术、电力系统自动化技术、机电一体化技术、应用电子技术、数控技术等。不同的专业选用本书作为教材使用时，可对本书中的内容做适当删减。建议教学时数为50学时，其中理论教学35学时，上机实验、实训15学时。

　　前言

　　随着通信技术的不断发展，利用工业控制网络实现工业控制的自动化，成为当今控制领域的热点之一，对该领域产生了前所未有的冲击和影响。目前，监控系统采用的网络主要有串行通信(如RS232C、RS422以及RS485)、现场总线以及工业以太网。本书着重介绍了这几种通信方式，希望能帮助读者对网络化监控技术有一定的认识。

　　全书共分为7章。第1章主要对数据通信中涉及的性能指标、编码方式、传输方式、传输介质、网络结构、访问控制、差错校验、参考模型等进行概述。第2章介绍了工业控制网络的发展概况和基础技术，包括分布式控制器系统、现场总线控制系统、工业控制网络架构、输入输出接口、抗干扰技术等。第3章重点围绕同步和异步串行通信方式展开了详细的讲解。第4章介绍了现场总线中的CAN总线的通信方式、协议规范和硬件产品。第5章分层介绍了工业以太网的结构模型及相关技术，包括VLAN技术、冗余技术和时间同步技术，并重点讲解了Modbus这一应用层协议规范。第6章分别介绍了CAN与RS232、以太网与异步串口、CAN与以太网三组异构网络之间的协议转换。第7章从船舶监控系统的角度，介绍了相关的硬件及软件。

　　本书第1、6章由王黎明编写，第2、3章由闫晓玲编写，第4、5章由黄磊明编写，第7章由黄海编写。全书由王黎明统稿。在编写过程中，参考了大量的中英文资料，包括协议、手册等。本书作者都属于海军工程大学智能工程系的一个课题组，书中内容是课题组多年在网络化监控技术的开发、应用方面工作的积累和总结。除本书作者外，同一教研室的王新枝、左文等也对本书的编写工作做出了许多贡献，在此深表谢意。

　　由于编者水平有限、时间仓促，计算机控制技术、网络技术发展也很迅速，不断推陈出新，网络化监控技术不断更新，因此书中难免存在疏漏和不足，恳请读者批评指正。

　　作者2016年12月

第1章网络技术基础
1.1网络通信的基本概念
1.2数据通信系统的性能指标
1.2.1信息及其度量
1.2.2数据传输速率
1.2.3信道容量
1.2.4误码率
1.3数据编码
1.3.1模拟数据编码
1.3.2数字数据编码
1.4数据传输方式
1.4.1并行通信与串行通信
1.4.2单工、半双工和全双工通信
1.4.3同步传输和异步传输
1.4.4多路复用技术
1.4.5基带传输和频带传输
1.5数据传输介质
1.5.1双绞线
1.5.2同轴电缆
1.5.3光缆
1.5.4无线与卫星通信信道
1.6局域网络拓扑结构
1.6.1星状结构
1.6.2环状结构
1.6.3总线型结构
1.6.4树状结构
1.7媒体访问控制技术
1.7.1载波侦听多路访问/冲突检测
1.7.2令牌环访问控制
1.7.3令牌总线访问控制法
1.7.4时槽环
1.8数据交换技术
1.8.1线路交换
1.8.2报文交换
1.8.3分组交换
1.9差错控制技术
1.9.1海明码
1.9.2奇偶校验码
1.9.3循环冗余码
1.10网络互连技术
1.10.1网络互连基本概念
1.10.2网络互连和操作系统
1.10.3网络互连设备
1.11网络参考模型
1.11.1ISO/OSI/RM参考模型
1.11.2TCP/IP参考模型
1.11.3几种常用现场总线的通信模型
思考题
第2章工业控制技术
2.1工业控制网络
2.1.1概述
2.1.2分布式控制系统
2.1.3现场总线控制系统
2.1.4工业控制网络架构
2.2计算机控制技术
2.2.1概述
2.2.2工业控制机
2.2.3输入输出接口与过程通道
2.2.4常见抗干扰技术
2.2.5测量数据预处理技术
思考题
第3章串行通信
3.1串行通信的分类
3.1.1同步串行通信
3.1.2异步串行通信
3.2串行通信的基本传送方式
3.2.1全双工方式
3.2.2半双工方式
3.3同步串行通信方式
3.3.1同步串行通信协议
3.3.2同步通信的相关技术
3.3.3异步通信和同步通信的比较
3.4异步通信帧信息格式
3.4.1异步通信的特点及信息帧格式
3.4.2异步串行通信波特率
3.4.3发送／接收时钟
3.4.4波特率因子
3.4.5传输距离
3.4.6奇偶校验
3.4.7起始／停止位
3.5异步通信接收发送
3.5.1异步通信的接收过程
3.5.2异步通信的发送过程
3.6常用串行数据接口标准
3.6.1RS232串行接口标准
3.6.2RS422与RS485串行接口标准
3.7提高RS485总线可靠性
3.7.1RS485接口电路的硬件设计
3.7.2RS485网络配置
3.7.3提高RS485通信效率
3.7.4RS485接口电路的电源
3.7.5光电隔离
3.7.6常见故障及处理方法
思考题
第4章现场总线通信
4.1控制系统
4.2现场总线技术
4.2.1现场总线控制系统
4.2.2现场总线的特点
4.2.3现场总线的本质
4.2.4现场总线的作用
4.3CAN总线概念
4.3.1CAN总线简介
4.3.2CAN节点的层结构
4.3.3CAN总线的网络拓扑结构
4.3.4CAN的标准接口
4.4CAN总线通信
4.4.1相关概念
4.4.2通信方式
4.4.3报文传输
4.4.4帧类型
4.4.5错误处理
4.4.6位定时要求
4.5现场总线协议规范
4.5.1CAN2.0B协议
4.5.2自定通信协议
4.5.3HiLon协议
4.5.4ICAN协议
4.5.5CANOpen协议
4.5.6DeviceNet协议
4.5.7标准硬件协议
4.6CAN总线硬件产品
4.6.1SJA1000控制器
4.6.2TJA1050收发器
4.6.3CTM1050T收发器
思考题
第5章工业以太网
5.1以太网概述
5.1.1IEEE 802标准
5.1.2以太网物理层和数据链路层
5.1.3以太网网络层
5.1.4以太网传输层
5.1.5以太网应用层
5.2Modbus通信协议
5.2.1范围
5.2.2协议描述
5.2.3数据编码
5.2.4响应机制
5.2.5功能码
5.3串行链路上的Modbus
5.3.1Modbus数据链路层
5.3.2两种串行传输模式
5.3.3Modbus物理层
5.4TCP/IP上的Modbus
5.4.1协议描述
5.4.2Modbus组件结构模型
5.4.3TCP/IP栈的使用
5.4.4通信应用层
5.5工业以太网相关技术
5.5.1工业以太网交换机
5.5.2虚拟局域网技术
5.5.3工业以太网冗余技术
5.5.4工业以太网时间同步技术
思考题
第6章异构网络通信
6.1CAN与RS232异步通信协议转换
6.1.1性能指标及工作原理
6.1.2硬件描述
6.1.3配置说明
6.1.4透明转换
6.1.5透明带标识转换
6.1.6Modbus转换
6.1.7应用注意
6.1.8转化器测试
6.2以太网与异步串口协议转换
6.2.1通信拓扑的种类
6.2.2常规应用详解
6.2.3工程应用示例
6.2.4模块介绍
6.2.5ZNE模块接口电路设计
6.3CAN与以太网协议转换
6.3.1概述
6.3.2产品硬件接口说明
6.3.3快速使用说明
6.3.4工作模式
6.3.5ZNetCom软件配置
6.3.6冗余功能介绍
6.3.7CANET数据转换格式
思考题
第7章船舶网络化监控系统
7.1船舶网络化监控的硬件体系
7.1.1船舶监控系统硬件体系
7.1.2船舶监控系统以太网络架构及设备
7.1.3船舶监控系统CAN网络架构及设备
7.2船舶网络化监控的软件体系
7.2.1软件总体架构与标准
7.2.2人机接口技术
7.2.3数据交换技术
7.2.4监控组态软件
7.2.5实时数据库
参考文献

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