第三章工业控制网络的基本构成

1、 高高 校校 教教 材材 网网http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.1 3.1 工业网络概述工业网络概述3.1.1 3.1.1 工业网络的产生和发展工业网络的产生和发展3.1.2 3.1.2 工业控制网络与工业企业网工业控制网络与工业企业网工业企业网具有下列特性工业企业网具有下列特性 ：范围确定性范围确定性集成性集成性安全性安全性相对开放性相对开放性http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.2 3.2 典型的工业企业网典型的工业企业网3.2.1 3.2.1 工业企业网的体系结构工业企业网的体系结

2、构3-1 CIM-OSA3-1 CIM-OSA模型模型http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 1.1.工业企业网的功能体系结构工业企业网的功能体系结构2.2.信息网络与控制网络互连的意义及逻辑结构信息网络与控制网络互连的意义及逻辑结构3.2.1 3.2.1 工业企业网的体系结构工业企业网的体系结构3.2 3.2 典型的工业企业网典型的工业企业网http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.2.2 3.2.2 建立工业企业网的策略建立工业企业网的策略3-4 3-4 通过互连构建一体化的企业网通过互连构建一体

3、化的企业网http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.2.2 3.2.2 建立工业企业网的策略建立工业企业网的策略3-5 3-5 通过控制网络构建一体化的企业网通过控制网络构建一体化的企业网 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.2.2 3.2.2 建立工业企业网的策略建立工业企业网的策略3-6 3-6 现场总线控制网络与现场总线控制网络与InternetInternet信息网络的集成方案信息网络的集成方案http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.2

4、.3 3.2.3 工业企业网的应用工业企业网的应用1 1、管理信息系统（、管理信息系统（MISMIS）2 2、办公自动化系统（、办公自动化系统（OAOA）3 3、计算机集成制造系统（、计算机集成制造系统（CIMSCIMS）4 4、决策支持系统（、决策支持系统（DSSDSS）5 5、客户关系管理（、客户关系管理（CRMCRM）6 6、电子商务（、电子商务（EBEB）http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.3 3.3 工业控制网络工业控制网络3.3.1 3.3.1 集散控制系统集散控制系统DCSDCS大致经历了大致经历了3 3个发展阶段，相应地有三

5、代的基本结构。个发展阶段，相应地有三代的基本结构。3 311 11 第一代第一代DCSDCS结构结构http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3 312 12 第二代第二代DCSDCS基本结构基本结构http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3 313 13 第三代第三代DCSDCS的的4 4个层次个层次http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 DCSDCS的特点：的特点： 1 1、松耦合的多处理机系统，可实现硬件积木化。、松耦合的多处理机系统，可实现硬件积木化。

6、 2 2、软件模块化。、软件模块化。 3 3、控制系统用组态方法生成。、控制系统用组态方法生成。 4 4、通信网络的应用。、通信网络的应用。 5 5、可靠性高。、可靠性高。 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.3.2 3.3.2 现场总线现场总线1.1.现场总线的定义现场总线的定义: : 现场总线是一种互联现场自动化现场总线是一种互联现场自动化设备及其控制系统的双向串行数字通信协议。也就是设备及其控制系统的双向串行数字通信协议。也就是说，现场总线是控制系统中底层的通信网络，具有双说，现场总线是控制系统中底层的通信网络，具有双向数字传输功能，

7、在控制系统中允许智能现场装置全向数字传输功能，在控制系统中允许智能现场装置全数字化、多变量、双向、多节点，并通过一条物理媒数字化、多变量、双向、多节点，并通过一条物理媒体互相交换信息。现场总线的结构遵循国际标准化组体互相交换信息。现场总线的结构遵循国际标准化组织（织（ISOISO）的开放系统互联（）的开放系统互联（OSIOSI）模型，而不同的现）模型，而不同的现场总线的结构又不尽相同。场总线的结构又不尽相同。http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 2.2.现场总线控制系统的组成结构现场总线控制系统的组成结构3 314 14 现场总线控制系统与传统控

8、制系统结构的比较现场总线控制系统与传统控制系统结构的比较http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.3.现场总线系统的特点：现场总线系统的特点：（1 1）系统的开放性）系统的开放性 （2 2）互可操作性与互用性）互可操作性与互用性 （3 3）现场设备的智能化与功能自治性）现场设备的智能化与功能自治性 （4 4）系统结构的高度分散性）系统结构的高度分散性 （5 5）对现场环境的适应性）对现场环境的适应性 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 4.4.现场总线控制系统对现场总线控制系统对DCSDCS的挑战

9、的挑战 （1 1）现场总线控制系统的信号传输实现了全数字）现场总线控制系统的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用现场总线网化，从最底层的传感器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互联；络，逐层向上直至最高层均为通信网络互联；（2 2）现场总线控制系统的结构则是全分散式，它）现场总线控制系统的结构则是全分散式，它废弃了废弃了DCSDCS的输入的输入/ /输出单元和控制站，由现场设备输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把或现场仪表取而代之，即把DCSDCS控制站的功能化整为控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，零，分散

10、地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制；实现彻底的分散控制；http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 （3 3）现场控制系统的现场设备具有互操作性，不同）现场控制系统的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互联也可互换，并可以统一组厂商的现场设备既可互联也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统态，彻底改变传统DCSDCS控制层的封闭性和专用性；控制层的封闭性和专用性；（4 4）现场总线控制系统的通信网络为开放式因特网）现场总线控制系统的通信网络为开放式因特网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联，络，既可与同层网络互联，也

11、可与不同层网络互联，用户可极为方便地共享网络数据库；用户可极为方便地共享网络数据库；（5 5）现场总线控制系统的技术和标准实现了全开放，）现场总线控制系统的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用，从总线标准、无专利许可要求，可供任何人使用，从总线标准、产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。个制造商和用户。 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 实现实现DCSDCS和现场总线集成的三种方式：和现场总线集成的三种方式： 1 1、现场总线集成在、现场总线集成在DCSDCS

12、的的I/OI/O设备层上设备层上 2 2、现场总线通过专用网关与、现场总线通过专用网关与DCSDCS的集成的集成 3 3、现场总线通过、现场总线通过LANLAN集成到集成到DCSDCS的网络层的网络层 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.3.3 3.3.3 工业以太网工业以太网 所谓工业以太网，就是在以太网技术和所谓工业以太网，就是在以太网技术和TCP/IPTCP/IP技技术的基础上开发出来的一种工业网络。以前，以太网术的基础上开发出来的一种工业网络。以前，以太网一般是在商业应用中作为办公网络使用的，目前以太一般是在商业应用中作为办公网络使

13、用的，目前以太网在工业应用中的使用已经成为热点，将来工业以太网在工业应用中的使用已经成为热点，将来工业以太网有可能成为工业控制网络结构的主要形式，形成一网有可能成为工业控制网络结构的主要形式，形成一网到底的网络结构。在工业应用中使用以太网，符合网到底的网络结构。在工业应用中使用以太网，符合自动化系统的网络结构扁平化的必然趋势。自动化系统的网络结构扁平化的必然趋势。 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 以太网全面应用于工业控制网络中，以太网全面应用于工业控制网络中，还需要解决以下的关键技术问题：还需要解决以下的关键技术问题： 1 1、以太网的实时

14、性和可靠性；、以太网的实时性和可靠性；2 2、必须在以太网技术和、必须在以太网技术和TCP/IPTCP/IP技术的基础上技术的基础上做进一步的工作做进一步的工作 ；3 3、联结部件的进一步标准化；、联结部件的进一步标准化；4 4、以太网的可靠性与安全性的进一步提高、以太网的可靠性与安全性的进一步提高http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 3.3.工业以太网模型及拓扑结构工业以太网模型及拓扑结构 4.4.工业以太网的网络构建工业以太网的网络构建 http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 本本 章章 小小 结

15、结 本章简要介绍了工业网络的产生和发展历程、功能本章简要介绍了工业网络的产生和发展历程、功能体系结构、建立工业企业网的策略，以及其中管理信息系体系结构、建立工业企业网的策略，以及其中管理信息系统统MISMIS、办公自动化系统、办公自动化系统OAOA、计算机集成制造系统、计算机集成制造系统CIMSCIMS、决策支持系统决策支持系统DSSDSS、客户关心管理、客户关心管理CRMCRM、电子商务、电子商务EBEB等具体等具体应用技术。对工业控制网络中的集散控制系统应用技术。对工业控制网络中的集散控制系统DCSDCS、现场、现场控制系统、工业以太网进行了较为详细的介绍。控制系统、工业以太网进行了较为详

16、细的介绍。 集散控制系统集散控制系统DCSDCS是计算机、通信、是计算机、通信、CRTCRT显示和控制显示和控制技术发展的产物，它经历了三个发展阶段，与计算机控制技术发展的产物，它经历了三个发展阶段，与计算机控制系统相比，具有松耦合、软件模块化、控制系统用组态方系统相比，具有松耦合、软件模块化、控制系统用组态方法生成、通信网应用、可靠性的方面的不同特点。法生成、通信网应用、可靠性的方面的不同特点。http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 本本 章章 小小 结结 现场总线控制系统是当今自动化领域技术发展热点之一，现场总线控制系统是当今自动化领域技术发展

17、热点之一，既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它由测量既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它由测量系统、控制系统和管理系统三部分组成，与系统、控制系统和管理系统三部分组成，与DCSDCS相比具有全数相比具有全数字化、全分散式、全开放的控制优势，在自动控制中现场总线字化、全分散式、全开放的控制优势，在自动控制中现场总线可通过可通过I/OI/O设备层、专用网关和设备层、专用网关和LANLAN实现与实现与DCSDCS的集成。的集成。 工业以太网是在以太网技术和工业以太网是在以太网技术和TCP/IPTCP/IP技术基础上开发出技术基础上开发出来的一种工业网络，是以太网向工业现场层的延伸。工业以太来的一种工业网络，是以太网向工业现场层的延伸。工业以太网比商用以太网在环境适应性、可靠性、安全性、安装方便等网比商用以太网在环境适应性、可靠性、安全性、安装方便等方面更能满足工业环境的需要；与现场总线相比，又具有使用方面更能满足工业环境的需要；与现场总线相比，又具有使用容易、市场空间大、技术发展迅速、开放更彻底的特点。容易、市场空间大、技术发展迅速、开放更彻底的特点。http:/http:/第第3 3章章 工业控制网络的基本构成工业控制网络的基本构成 习习 题题1 1、从网络结构形式简述工业企业网的发展