Fieldbus and industrial control networks

This book takes fieldbus and control network technology as the baseline, expounds the basic knowledge of fieldbus, computer network and control network, and highlights the characteristics and advantages of control network technology. On the basis of tracking the development of theories and technologies in this field at home and abroad, it expounds the relevant theoretical knowledge of several typical fieldbuses, and deeply describes their respective technical characteristics, communication control chips, interface circuits, and the design and application of control networks. It focuses on serial communication, LonWorks, FF, PROFIBUS, CAN, AS-i, and industrial Ethernet control network and fieldbus system technology, and introduces the integration technology of control network system and OPC technology in industrial data exchange. Preface Chapter 1 Overview 1 1. 1 Introduction to Fieldbus and Control Network 1 1. 1. 1 Fieldbus 1 1. 1. 2 Control Network 4 1. 2 The Role of Control Network in Enterprise Network System 10 1. 2. 1 Enterprise Network System 10 1. 2. 2 The Status and Role of Control Network 12 1. 3 Application Status and Standardization of Control Network 12 1. 3. 1 Application Status 12 1. 3. 2 Standardization of Control Network 13 Chapter 1 Exercises 14 Chapter 2 Data Communication and Control Network Basics 15 2. 1 Data Communication 15 2. 1. 1 Communication System Model 15 2. 1. 2 Performance Indicators of Communication System 16 2. 1. 3 Data Coding 17 2. 1. 4 Working Mode of Communication Line 20 2. 1. 5 Error Control 21 2. 2 Communication Reference Model 24 2. 2. 1 OSI Reference Model 24 2. 2. 2 TCP/IP Reference Model 26 2. 2. 3 Fieldbus Communication Model 28 2. 3 Transmission Media and Media Access Control Methods 29 2. 3. 1 Transmission Media 29 2. 3. 2 Media Access Control Methods 32 2. 4 Characteristics of Control Networks 34 2. 4. 1 Nodes of Control Networks 35 2. 4. 2 Tasks and Working Environment of Control Networks 35 2. 4. 3 Real-time Requirements of Control Networks 36 Chapter 2 Exercises 37 Chapter 3 Data Communication of Universal Serial Ports 38 3. 1 Basics of Serial Communication Technology 38 Ⅴ 3. 1. 1 Basic Concepts of Serial Communication 38 3. 1. 2 Serial Asynchronous Communication Data Format 40 3. 2 EIA￣232￣D Serial Communication Interface Technology 40 3. 2. 1 EIA￣232￣D Interface 40 3. 2. 2 Interconnection of EIA￣232￣D Communication Interface 42 3. 2. 3 EIA￣232￣D Driver/Receiver 42 3. 2. 4 Application of EIA￣232￣D Serial Communication in Temperature Acquisition System 43 3. 3 EIA￣485 Serial Communication Interface Technology 49 3. 3. 1 EIA￣485 Interface 49 3. 3. 2 EIA￣485 Transceiver 50 3. 3. 3 Typical Application of EIA￣485 Interface 51 3. 3. 4 EIA￣485 Network Interconnection 52 Chapter 3 Exercises 54 Chapter 4 LonWorks Control Network 55 4. 1 LonWorks Technical Features 55 4. 2 LonTalk Protocol 56 4. 2. 1 Introduction to LonTalk Protocol 56 4. 2. 2 LonTalk Layer Protocols and Functions 58 4. 2. 3 Other Aspects of LonTalk Protocol 62 4. 3 LonWorks Communication Controller - Neuron Chip 62 4. 3. 1 Overview 62 4. 3. 2 Neuron Chip Structure 63 4. 3. 3 Neuron Chip Application I/O 68 4. 4 Communication Transceiver 70 4. 4. 1 Twisted Pair Transceiver 70 4. 4. 2 Power Line Transceiver 71 4. 4. 3 Intelligent Transceiver 72 4. 4. 4 Other Transceivers 74 4. 5 Routers and Network Interfaces 75 4. 5. 1 Routers 75 4. 5. 2 Network Interfaces 78 4. 6 LNS 4.6.1 Introduction 82 4.6.2 LNS Programming Mode and LNS Architecture 82 4.6.3 Network Services and LCA Database 83 4.7 LonWorks Development Tools 85 4.7.1 Node Development Tools 85 4.7.2 Network Tools 86 [1] 4.8 LonWorks Subway Vehicle Monitoring Application Example 95 4.8.1 System Overview and Overall Framework 95 4.8.2 Processor STC 89C52 and Peripheral Circuit Design 97 4.8.3 Selection of Neuron Chip and Transceiver 98 Chapter 4 Exercises 99 Chapter 5 FF Technology 100 5.1 Overview of FF Main Technologies 100 5.1.1 Communication Model 102 5.1.2 Network Management and System Management 116 5.1. 3 Device Information File 124 5. 2 FF Application 127 5. 2. 1 FF Network Design 127 5. 2. 2 Application of FF in Urban Heating Network Measurement System 132 5. 2. 3 Application of FF in Fly Ash Transportation 138 Chapter 5 Exercises 140 Chapter 6 PROFIBUS Bus Technology 141 6. 1 PROFIBUS Control System Composition 141 6. 2 PROFIBUS Basic Characteristics 142 6. 3 PROFIBUS￣FMS 145 6. 4 PROFIBUS￣DP 147 6. 5 PROFIBUS￣PA 150 6. 6 PROFIBUS Application 153 6. 6. 1 Implementation of Bus Communication between S7￣200 PLC and S7￣300 PLC 153 6. 6. 2 PROFIBUS 7. 1 Introduction to CAN Bus 161 7. 1. 1 Development History of CAN Bus 161 7. 1. 2 Characteristics of CAN Bus 163 7. 1. 3 Bit Value Representation and Communication Distance of CAN Bus 163 7. 2 CAN Technical Specifications 164 7. 2. 1 CAN Technical Basics 164 7. 2. 2 Message Transmission 167 7. 2. 3 Message Filtering and Message Check 173 7. 2. 4 Coding and Error Handling 174 7. 2. 5 Fault Confinement and Oscillator Tolerance 174 7. 2. 6 Bit Timing Requirements 176 7. 3 CAN Device and Node Design 177 7. 3. 1 Independent CAN Controller 177 VII 7. 3. 2 CAN bus transceiver—PCA82C250 186 7. 3. 3 I/O device—P82C150 and node development 188 7. 4 Application of CAN bus control system 190 7. 4. 1 CAN bus solution inside the car 190 7. 4. 2 CAN bus three-dimensional parking garage control system 191 7. 4. 3 Interface design and message design of CAN communication 192 Chapter 7 Exercises 195 Chapter 8 AS￣i bus technology 196 8. 1 Overview of AS￣i bus 196 8. 1. 1 Technical characteristics of AS￣i bus 196 8. 1. 2 AS￣i bus architecture 197 8. 1. 3 AS￣i bus transmission system 199 8. 2 AS￣i 8.2.1 AS￣i slave 200 8.2.2 AS￣i master 203 8.3 AS￣i technology application 204 8.3.1 AS￣i bus system industrial modules and components 204 8.3.2 Application of AS￣i bus in refrigeration station auxiliary control system 210 Chapter 8 Exercises 212 Chapter 9 Industrial Ethernet Technology 213 9.1 Overview of Industrial Ethernet Technology 213 9.2 Industrial Ethernet Protocol 215 9. 3 Industrial Ethernet Application 218 9. 3. 1 PROFINET CBA Technology 218 9. 3. 2 Meter Reading System Based on Industrial Ethernet 221 Chapter 9 Exercises 226 Chapter 10 Control Network Integration and OPC Technology 227 10. 1 Control Network Integration 227 10. 1. 1 Integration Method of FCS and DCS 227 10. 1. 2 Integration Method of FCS and Intranet 230 10. 2 OPC Technology 231 10. 2. 1 Basics of OPC Technology 231 10. 2. 2 System-level Integration Method Based on OPC Technology 240 10. 3 OPC Application Examples 240 Chapter 10 Exercises 246 References 247