控制网络技术概论

1、2421:53:371工控网络与组态技术工控网络与组态技术教材：教材：控制网络与组态技术控制网络与组态技术 刘解生刘解生参考教材：参考教材：网络控制技术及应用网络控制技术及应用周洪周洪现场总线技术及应用现场总线技术及应用甘永梅甘永梅 教师：余群威教师：余群威 2421:53:372第一章第一章 控制网络技术概论控制网络技术概论 主要内容：主要内容： 一一、计算机控制网络概述、计算机控制网络概述二、控制网络与信息网络的区别（重点）二、控制网络与信息网络的区别（重点）三、控制网络的类型及特点三、控制网络的类型及特点四、现场总线概述四、现场总线概述五、控制网络与信息网络的集

2、成五、控制网络与信息网络的集成 2421:53:373一、计算机控制网络概述计算机网络技术的迅速发展和广泛应用正在改变人们的工作方式与生活方式 。推动计算机网络迅速发展的因素有：计算机技术的高度发展和计算机的广泛应用。通信技术的迅猛发展，各种话路通信系统、光纤通信系统、无线通信系统、卫星移动通信系统计算机网络开放体系结构的建立与发展，国际标准化组织ISO制定的开放系统互联（OSI）体系结构，为计算机网络发展奠定了基础 。2421:53:374控制网络正向体系结构的开放性方向发展。开放系统应具备如下特征：标准化：与国际有关的程序设计、通信、网络管理、界面表示、系统接口等标准兼容，符合开放系统互联

3、协议。可移植性：各种平台的应用程序可以移植。可伸缩性：系统规模、功能具有伸缩性。可互操作性：系统的设计和实现不依赖特定供应商的设备、计算机硬件与软件平台。2421:53:375企业信息化与自动化的层次模型设备层中的设备种类繁多，有传感器、启动器、驱动器、lO部件、变送器、变换器、阀门等。 要求：标准化、可互换性、可互操作性2421:53:376企业信息化与自动化的层次模型自动化层自动化层实现控制系统的网络化，控制网络遵循开放的体系结构与协议。对设备层的开放性，允许符合开放标准的设备方便地接人。对信息化层的开放性，允许与信息化层互联、互通、互操作。2421:53:377企业信息化与自动化的层次模

4、型信息化层信息化层已较好实现开放性策略，各类局域网满足 IEEE 802标准，信息网络的互联遵循TCPIP协议。2421:53:378 二、控制网络与信息网络的区别控制网络是计算机网络技术在工业控制领域的具体应用。控制网络强调系统的可靠性和实时性。1、控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是控制系统最基本的要求。 过程控制系统的响应时间要求为0.010.5S 制造自动化系统的响应时间要求为0.52.0S 信息网络的响应时间要求为2.06.0S。 在信息网络的大部分使用中实时性是可以忽略的。 2421:53:3792、控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性。 具有在高温、潮湿、振

5、动、腐蚀，特别是电磁干扰等工业环境中长时间、连续、可靠、完整地传送数据的能力。 控制网络还需要有本质安全性能，以在易燃易爆场合使用。2421:53:37103、在企业自动化系统中，通信方式多使用广播或组播方式； 在信息网络中某个自主系统与另一个自主系统一般都建立一对一通信方式。 4、控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互兼容，即互操作性的问题 2421:53:3711三、控制网络的类型及特点从工业自动化与信息化层次模型来划分：控制网络可分为面向设备的现场总线控制网络与面向自动化的主干控制网络。在主干控制网络中，现场总线作为主干控制网络的一个接入节点。2421:53:3712 从组网

6、技术角度分类，可分为两类： 共享式控制网络和交换式控制网络。 控制网络类型及相互关系2421:53:3713利用集线器连接的局域网叫共享式局域网，利用交换机连接的局域网叫交换式局域网。 以太网中采用的工作方式是CSMACD（载波监听多路访问冲突检测），对于发送端来说，它每发送一个数据信息时，首先对网络进行监听，当它检测到线路正好有空，便立即发送数据，否则继续检测，直到线路空闲时再发送 。2421:53:3714 集线器上是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行整形再生放大，使被衰减的信号再生（恢复）到发送时的状态，以扩大网络的传输距离，而不具备信号的定向传送能力。 当采用集线器的共

7、享式网络的用户较多时，网络的效率降低。2421:53:3715 交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不发生冲突。 2421:53:3716控制网络的特点：要求有高实时性与良好的时间确定性。传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁。容错能力强，可靠性、安全性好。控制网络协议简单实用，工作效率高。控制网络结构具有高度分散性。控制设备的智能化与控制功能的自治性。与信息网络之间有高效率的通信，易于实现与信息网络的集成。2421:53:3717四、现场总线概述 现场总线（Fieldbus）是应用在生

8、产现场的，在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通 信的数字通信系统。现场总线把微处理器嵌入传统的测量控制仪表，使之具有数字计算和数字通信能力，采用一定的媒体作为通信总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成适应实际需要的自动化控制系统。2421:53:3718现场总线技术可概括如下：1. 制订出国际现场总线通信及技术标准。2自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品，包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。3. 实际应用中，使用一根通信电缆，将所有现场设备连接到控制器，形成设备及车间级的数字化通信网络。2421

9、:53:3719五、控制网络与信息网络的集成企业网络一般包含处理企业管理与决策信息的信息网络和处理企业现场实时测控信息的控制网络两部分。信息网络一般处于企业中上层，处理大量的、变化的、多样的信息，具有高速、综合的特征。控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。2421:53:37201、控制网络与信息网络集成的必要性实现控制网络与信息网络的信息集成，建立综合实时信息库，为企业优化控制、生产调度、计划决策提供依据。建立分布式数据库管理功能，保证数据一致性、完整性和可操作性。实现对控制网络工作的远程监控、优化调度及控制网络的远程诊断等。实现控制网络的远程软件维护与更新。21:52:44212、控制网络与信息网络集成技术采用网关、路由器实现控制网络与信息网络集成的互联。利用调制解调器、基于TCP/IP的远程通信，实现控制网络与信息网络集成的远程通信。利用动态数据交换，实现控制网络实时数据与信息网络中数据库数据的动态交换。信息网络的浏览器可动态地介入控制网络。2421:53:37223、控制网络与信息网络集成目标实现管理与控制一体化的、统一的集成的网络。2421:5