本书主要内容包括:现场总线的概念、发展状况及工业网络通信基础;Profibus总线技术的特点、系统构建方法及应用实例;CC-Link总线技术的特点、系统构建方法及应用实例;Modbus总线技术的特点、系统构建方法及应用实例;工业以太网技术的特点、系统构建方法及应用实例;后介绍了总线控制系统的集成方法及应用实例。
适读人群 :高职高专学生
紧密跟踪现场总线发展和应用动态,具有代表性和先进性
注重与专业课程衔接和综合应用,具有可操作性和实践性
以案例驱动知识点教学,符合读者的学习特点和认知规律
由于现场总线满足工业控制系统向网络化、智能化、分散化发展的需求. 得到了普遍关注和广泛应用. 成为工业自动化技术发展的热点. 特别是在我国智能制造背景下.其应用和进一步发展需求尤为突出. 系统的互联互通和信息集成是智能制造的核心和基础. 例如生产现场各种智能设备之间的互联互通. 过程控制系统(PCS) 与制造执行系统(MES) 之间、MES 与企业资源计划(ERP) 之间的信息交换以及企业与供应方、外协方之间的信息集成等. 因此智能制造是在现有的系统上实现更高水平的整合和系统集成. 目前生产系统网络标准相对封闭. 主要包括现场总线、工业以太网两大体系. 仅在现场总线标准IEC61158 中就有20 种不同的现场总线技术标准. 体现了工业领域多种总线并存、各自为战的局面.目前企业对现场总线及系统集成技术的人才需求迫切. 这就要求高职高专院校积极培养熟悉现场总线及系统集成技术并能熟练使用该类技术的高技能应用型人才. 从而满足企业转型升级、新技术新设备使用及生产组织方式和商业模式的创新与变革. 现场总线及系统集成技术强调实际应用. 在工业现场. 其发展与相关的应用层出不穷. 选取合适的教学内容和采用恰当的教学方法是提高教学质量的关键.本书在内容选取上遵循代表性、普遍性和发展性的原则.1) 西门子、三菱等品牌PLC 在我国的应用较为普遍. 也是高职院校相关课程中选用最多的PLC 类型. 不失一般性. 在本书中以这两种主流PLC 为学习载体. 引进其相关的现场总线Profibus、CC Link 作为学习内容.2) Modbus 协议开放、应用广泛. 常作为各种智能设备、智能仪表之间的通信标准. 因此将其通信内容也作为教学的重点.3) 以太网作为一项比较成熟的技术正向自动化领域逐步渗透. 从企业决策层、生产管理调度层向现场控制层延伸并成为一种新的现场总线标准. 将主流的Profinet、Modbus TCP 及EtherCat 技术纳入学习内容.4) 在以上总线技术及载体的基础上. 将主流集成技术融入系统开发、系统集成应用案例.本书在编写时考虑到相关课程所涉及的知识点多、内容广以及作为高职高专学生的知识结构和定位. 结合应用实际. 以案例带动知识点开展学习. 引导学生了解现场总线技术在分布式系统中的应用.本书内容选择合理、层次分明、结构清楚、图文并茂、面向应用. 适合作为高职高专院校电气自动化、工业过程自动化、机电一体化、工业机器人技术等专业的教学用书. 也可作为工程技术人员的培训教材或相关科研人员的参考书.Ⅲ本书由无锡职业技术学院郭琼教授主编. 无锡职业技术学院姚晓宁、钱晓忠、单正娅、石炳存参编. 在本书编写过程中. 无锡米洛智能工业科技有限公司吕中亮工程师就本书的编写提出了许多宝贵的意见和建议. 在此深表谢意.本书在编写过程中参考了大量书籍、文献、手册及会议资料. 在此向相关作者深表感谢. 同时由于编者水平有限. 且现场总线及其在智能制造中的应用在不断发展. 所以难免有以偏概全或不恰当之处. 敬请广大读者批评指正.编 者
前言
第1 章 概述 1
1. 1 控制系统的发展 1
1. 2 现场总线及其发展 4
1. 3 几种有影响的现场总线 7
1. 4 以太网与控制网络的结合 9
1. 5 思考与练习 10
第2 章 现场总线通信基础 11
2. 1 现场总线的一些概念 11
2. 1. 1 基本术语 11
2. 1. 2 总线操作的基本内容 12
2. 2 通信系统的组成 14
2. 3 数据通信基础 14
2. 3. 1 数据通信的基本概念 14
2. 3. 2 数据编码 15
2. 3. 3 数据传输技术 16
2. 3. 4 网络拓扑结构与网络控制方法 21
2. 3. 5 数据交换技术 23
2. 3. 6 差错控制 24
2. 4 通信模型 26
2. 4. 1 ISO/ OSI 参考模型 26
2. 4. 2 现场总线通信模型 28
2. 5 网络互联设备 29
2. 6 现场总线控制网络 30
2. 6. 1 现场总线网络节点 30
2. 6. 2 现场总线控制网络的任务 31
2. 6. 3 控制网络的安全问题 31
2. 7 思考与练习 32
第3 章 Profibus 总线及其应用 33
3. 1 Profibus 总线基础 33
3. 1. 1 Profibus 总线的分类 34
3. 1. 2 Profibus 的通信协议 35
3. 2 Profibus 的传输技术 38
Ⅴ
3. 2. 1 DP/ FMS 的RS 485 传输技术 39
3. 2. 2 DP/ FMS 的光纤传输技术 41
3. 2. 3 PA 的IEC1158 2 传输技术 41
3. 3 Profibus 控制系统的配置 42
3. 4 Profibus DP 控制系统 44
3. 4. 1 Profibus DP 的基本性能 44
3. 4. 2 GSD 文件 46
3. 4. 3 Profibus DP 系统工作过程 47
3. 5 S7 300 与S7 200 PLC 之间的Profibus DP 通信 48
3. 6 S7 300 与S7 300 PLC 之间的Profibus DP 通信 53
3. 7 实训项目 基于S7 300 PLC 的现场总线系统构建与运行 61
3. 8 思考与练习 61
第4 章 CC Link 总线及其应用 62
4. 1 概述 62
4. 2 FX2N系列CC Link 总线系统的构建 64
4. 2. 1 系统网络配置 64
4. 2. 2 主站模块FX2N 16CCL M 65
4. 2. 3 从站模块FX2N 32CCL 81
4. 2. 4 基于FX2N系列PLC 的CC Link 现场总线应用 90
4. 3 Q 系列CC Link 总线系统的构建 97
4. 3. 1 Q 系列PLC 介绍 97
4. 3. 2 Q 系列QJ61BT11 模块 97
4. 3. 3 QJ61BT11 模块的应用 100
4. 3. 4 基于Q 系列PLC 的CC Link 现场总线应用 104
4. 4 实训项目 CC Link 总线控制系统的构建与运行 108
4. 5 思考与练习 109
第5 章 Modbus 总线及其应用 110
5. 1 Modbus 协议 110
5. 2 Modbus RTU 通信 111
5. 3 实现Twido 系列PLC 与Modbus RTU 通信 113
5. 3. 1 Twido PLC 简介 113
5. 3. 2 功能码03 的应用 118
5. 4 实现S7 200 PLC 之间的Modbus RTU 通信 123
5. 4. 1 Modbus 协议的安装 123
5. 4. 2 Modbus 地址 124
5. 4. 3 Modbus 通信的建立 125
5. 4. 4 应用示例 128
5. 5 实现S7 1200 PLC 与智能仪表之间的Modbus RTU 通信 131
5. 5. 1 控制要求及硬件配置 131
5. 5. 2 智能仪表介绍 132
Ⅵ
5. 5. 3 通信功能的实现 133
5. 6 实训项目 基于S7 200 PLC 的Modbus RTU 通信系统构建与运行 138
5. 7 思考与练习 138
第6 章 工业以太网及其应用 140
6. 1 工业以太网基础知识 140
6. 2 工业以太网的现状与发展前景 143
6. 2. 1 工业以太网的现状 143
6. 2. 2 工业以太网的发展前景 143
6. 3 Profinet 技术及其应用 144
6. 3. 1 Profinet 技术介绍 144
6. 3. 2 S7 300 PLC 与ET200S 的以太网通信 145
6. 4 Modbus TCP 技术及其应用 154
6. 4. 1 Modbus TCP 技术介绍 154
6. 4. 2 S7 1200 PLC 之间的Modbus TCP 通信功能的实现 155
6. 5 EtherCAT 技术及其应用 163
6. 5. 1 EtherCAT 技术介绍 163
6. 5. 2 Omron PLC 与伺服驱动器的EtherCAT 通信功能实现 163
6. 6 实训项目 基于Modbus TCP 通信系统的构建与运行 175
6. 7 思考与练习 175
第7 章 系统集成及应用 176
7. 1 系统集成内涵 176
7. 2 系统集成方法 177
7. 3 基于FX 系列PLC 之间的无协议通信 179
7. 3. 1 硬件系统及通信设置 179
7. 3. 2 RS 通信指令 180
7. 3. 3 通信功能实现 181
7. 4 基于组态软件的异构网络系统集成 182
7. 4. 1 WinCC 软件介绍 182
7. 4. 2 S7 200 PLC 与S7 300 PLC 的系统集成 184
7. 4. 3 三菱Q 系列PLC 与S7 300 PLC 的系统集成 189
7. 5 基于OPC 技术的异构网络系统集成 193
7. 5. 1 Kepware 软件介绍 193
7. 5. 2 控制要求及硬件配置 194
7. 5. 3 PLC 与OPC 服务器的连接 194
7. 5. 4 S7 300 PLC 与FX2N PLC 之间信息交互的实现 199
7. 6 基于工业网络的自动生产线控制系统集成 202
7. 6. 1 系统介绍 202
7. 6. 2 系统硬件配置及组态 203
7. 6. 3 RFID 信息识别功能的实现 206
7. 6. 4 MES 系统与PLC 系统的集成 207
Ⅶ
7. 6. 5 项目小结 208
7. 7 思考与练习 209
附录 210
附录A STEP 7 编程软件的安装与使用 210
附录B GX Developer 编程软件的安装与使用 212
附录C TIA Portal V13 编程软件的安装与使用 216
参考文献 224