網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計與應用

目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)概述 1
1.1.1 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)的概念 1
1.1.2 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)的組成 2
1.1.3 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)的特點 4
1.2 典型的網(wǎng)絡化測控系統(tǒng) . 5
1.2.1 基于現(xiàn)場總線的測控系統(tǒng) . 5
1.2.2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的測控系統(tǒng) 7
1.2.3 基于無線通信的測控系統(tǒng) . 8
1.2.4 基于Internet 的測控系統(tǒng) 10
1.3 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計 11
1.3.1 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計原則 12
1.3.2 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計流程 13
1.3.3 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計方法 15
第2章 計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu) 22
2.1 計算機網(wǎng)絡的組成和分類 . 22
2.1.1 計算機的組成 . 22
2.1.2 計算機網(wǎng)絡的分類 23
2.2 網(wǎng)絡協(xié)議與體系結(jié)構(gòu) 24
2.2.1 網(wǎng)絡協(xié)議 24
2.2.2 層次結(jié)構(gòu) 25
2.2.3 OSI 參考模型 . 25
2.3 數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)傳輸 26
2.3.1 數(shù)據(jù)通信 26
2.3.2 數(shù)據(jù)傳輸 28
2.3.3 傳輸介質(zhì) 32
2.4 數(shù)據(jù)交換與控制技術(shù) 34
2.4.1 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 34
2.4.2 差錯控制技術(shù) 36
2.5 局域網(wǎng)與企業(yè)信息網(wǎng)絡 . 37
2.5.1 局域網(wǎng) 37
2.5.2 企業(yè)信息網(wǎng)絡 41
第3章 有線測控網(wǎng)絡 . 45
3.1 CAN 總線 45
3.1.1 CAN 總線簡介 45
3.1.2 CAN 總線協(xié)議 48
3.1.3 CAN 系統(tǒng)組成 57
3.2 PROFIBUS . 59
3.2.1 PROFIBUS 簡介 60
3.2.2 PROFIBUS 協(xié)議 60
3.2.3 PROFIBUS 系統(tǒng)組成 63
3.3 LonWorks 網(wǎng)絡 65
3.3.1 LonWorks 網(wǎng)絡簡介 65
3.3.2 LonTalk 通信協(xié)議 66
3.3.3 LonWorks 系統(tǒng)組成 68
3.4 工業(yè)以太網(wǎng) 70
3.4.1 工業(yè)以太網(wǎng)簡介 70
3.4.2 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 76
3.4.3 工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)組成 77
第4章 無線測控網(wǎng)絡 . 82
4.1 近距離無線通信技術(shù) 82
4.1.1 RFID 技術(shù) 82
4.1.2 NFC 技術(shù) . 83
4.1.3 Bluetooth 技術(shù) 83
4.1.4 ZigBee 技術(shù) 85
4.1.5 Wi-Fi 技術(shù) 90
4.2 遠距離無線通信技術(shù) 95
4.2.1 LoRa 技術(shù) 95
4.2.2 移動通信技術(shù) . 97
4.2.3 NB-IoT 技術(shù) 99
第5章 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)硬件開發(fā) . 101
5.1 測控系統(tǒng)硬件的電路基礎 101
5.1.1 測控電路的主要特點 101
5.1.2 信號調(diào)理電路的構(gòu)成 102
5.1.3 線性運算放大電路 102
5.1.4 儀表運算放大電路 104
5.1.5 隔離運算放大電路 104
5.1.6 程控運算放大電路 106
5.1.7 電橋運算放大電路 107
5.1.8 高輸入阻抗運算放大電路 108
5.1.9 低漂移運算放大電路 109
5.2 常用傳感器及其測量電路 110
5.2.1 位移和位置傳感器 110
5.2.2 應變傳感器 111
5.2.3 速度和加速度傳感器 113
5.2.4 流量傳感器 115
5.2.5 溫濕度傳感器 117
5.3 常用外部通信協(xié)議及接口電路 118
5.3.1 RS-232C 總線及接口電路 118
5.3.2 RS-422A/RS-485 總線 120
5.3.3 USB 總線及接口電路 . 123
5.3.4 GPIB 總線及接口電路 124
5.4 微型板卡與工業(yè)控制主板硬件開發(fā) . 126
5.4.1 基于Arduino 的測控硬件開發(fā) 126
5.4.2 基于RaspberryPi 的測控硬件開發(fā) . 128
5.4.3 基于NI CompactRIO 和LabVIEW 的測控硬件開發(fā) 129
第6章 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)軟件開發(fā) . 135
6.1 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)常用編程技術(shù) 135
6.1.1 基于Visual Studio 的編程技術(shù) . 135
6.1.2 基于組態(tài)的編程技術(shù) 139
6.2 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 148
6.2.1 DDE 技術(shù) 149
6.2.2 OPC 技術(shù) 151
6.2.3 DLL 技術(shù) 154
6.3 網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)軟件開發(fā)流程與設計實現(xiàn) 154
6.3.1 軟件開發(fā)流程 . 155
6.3.2 軟件設計方法 . 156
6.3.3 軟件測試與運行 158
第7章 工業(yè)以太網(wǎng)測控系統(tǒng)開發(fā)實例 160
7.1 工業(yè)以太網(wǎng)測控系統(tǒng)的總體設計 . 160
7.1.1 實例廠區(qū)布局和系統(tǒng)網(wǎng)絡功能需求分析 160
7.1.2 通信設備型號的確定 . 161
7.1.3 系統(tǒng)應用流程分析圖設計 161
7.2 工業(yè)通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)設計 161
7.2.1 分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)分析 . 161
7.2.2 網(wǎng)絡通信基本鏈路設計 163
7.2.3 網(wǎng)絡冗余拓撲結(jié)構(gòu)設計 170
7.2.4 網(wǎng)絡穩(wěn)定安全性拓撲結(jié)構(gòu)設計 175
7.3 工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)功能驗證與調(diào)試實例 182
7.3.1 基本鏈路通信驗證 182
7.3.2 冗余網(wǎng)絡驗證 . 186
7.3.3 VLAN 網(wǎng)絡驗證 188
第8章 現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)開發(fā)實例 189
8.1 基于LonWorks 網(wǎng)絡的智能樓宇控制系統(tǒng)設計 189
8.1.1 控制系統(tǒng)簡介 . 189
8.1.2 系統(tǒng)硬件組態(tài) . 190
8.1.3 系統(tǒng)軟件組態(tài) . 192
8.2 基于CAN 總線的電動汽車充電裝置智能測試系統(tǒng)設計 200
8.2.1 工作原理 200
8.2.2 系統(tǒng)功能和硬件結(jié)構(gòu)設計 201
8.2.3 系統(tǒng)軟件設計 . 202
8.3 基于iCAN 網(wǎng)絡的分布式測控系統(tǒng)設計 207
8.3.1 iCAN 協(xié)議簡介 207
8.3.2 系統(tǒng)整體組成 . 208
8.3.3 系統(tǒng)硬件設計 208
8.3.4 系統(tǒng)軟件設計 219
8.4 基于PROFIBUS-DP 總線的流程自動化測控系統(tǒng)設計 230
8.4.1 PCS7 過程控制系統(tǒng)簡介 230
8.4.2 SMPT-1000 過程控制實訓系統(tǒng)簡介 233
8.4.3 新建項目、硬件組態(tài)與網(wǎng)絡組態(tài) 238
8.4.4 SMPT-1000 作為從站與PCS7 通信 248
第9章 無線測控系統(tǒng)開發(fā)實例 253
9.1 無線測控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 253
9.1.1 PC 上位機開發(fā)環(huán)境 . 253
9.1.2 Android 上位機開發(fā)環(huán)境 254
9.1.3 iOS 上位機開發(fā)環(huán)境 256
9.1.4 鴻蒙上位機開發(fā)環(huán)境 257
9.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的無線測控系統(tǒng)開發(fā)平臺 259
9.2.1 國內(nèi)主要的物聯(lián)網(wǎng)云平臺 259
9.2.2 OneNET 平臺搭建及實例創(chuàng)建 . 259
9.3 基于OneNET 平臺的無線測控系統(tǒng)開發(fā)實例 262
9.3.1 硬件系統(tǒng)設計 262
9.3.2 硬件電路設計 263
9.3.3 軟件系統(tǒng)設計 265
9.3.4 軟硬件聯(lián)調(diào) 269
參考文獻 272