工业控制网络概述课件

计算机控制网络1计算机控制网络计算机控制网络1计算机控制网络计算机控制网络2计算机控制网络第1章工业控制网络概述第2章通信理论基础第3章OSI参考模型与现场总线体系结构第4章RS-232、RS-485通信第5章典型现场总线解析第6章现场总线“应用层”的研究与设计第7章网络控制系统和工业以太网第8章网络控制系统实例剖析第9章本钢冷轧板线控制网络系统简介计算机控制网络2计算机控制网络第1章工业控制网络概述计算机控制网络3第1章工业控制网络概述1.1信息网络与控制网络根据网络上交换信息的类型，现代分布式系统网络可分为两种：控制网络和信息网络。信息网络的特点：数据包大，发送频率相对比较低，经常是瞬间传送大量数据，要求以高传送速度来传输数据比较大的文件，信息网络对实时性没有苛刻的限制。控制网络特点：在许多节点之间高频率的发送大量比较小的数据包来满足实时性的要求。

计算机控制网络3第1章工业控制网络概述1.1信息网络与控计算机控制网络4

区分信息网络和控制网络的关键因素是看网络是否具有支持实时应用的能力。控制网络要求数据的确定性和可重复性。确定性：指数据有限制的延迟和有保证的传送。可重复性：指网络的传输能力不受网络上节点的动态改变（增加节点或者删除节点）和网络负载改变的影响。计算机控制网络4区分信息网络和控制计算机控制网络51.2控制网络的应用背景

在信息网络中，我们的主要任务是将大量的信息在网络上传输，从而达到资源共享的目的，强调的是网络的连通性和网络的稳定性。在控制网络中，我们的主要任务却是将控制信息在网络上传输，从而达到系统同步或控制的目的，强调的是信息传输的实时性、网络的可靠性和控制信息的确定性。计算机控制网络51.2控制网络的应用背景在信息网络6计算机控制网络

计算机控制网络正在为工业领域带来一场新的革命，它对于控制理论和控制方法发展的影响，对于自动化学科的影响，怎样估计也不会过高。掌握工业现场网络理论与技术、设计并熟练操作控制网络设备，正在成为自动化专业及其相关学科专业人才的重要标志。6计算机控制网络计算机控制网络71.3典型现场总线简介

ControlNet的基础技术最初于1995年面世。该总线网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络。同时，它允许传送无时间苛求的报文数据。由ControlNet现场总线构成的系统结构示于图1.1。从图1.1可以看出，从工厂到设备划分为信息层（Ethernet）、控制层（ControlNet）和现场层（DeviceNet）三层结构。现场总线举例：ControlNet现场总线计算机控制网络71.3典型现场总线简介Con8计算机控制网络图1.1ControlNet现场总线构成的系统结构8计算机控制网络图1.1ControlNet现场总线构成9计算机控制网络ControlNet现场总线的通信模式：采用生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。ControlNet数据链路层的介质存取控制协议：采取了一个特殊的令牌传递机制。网络的媒体存储通过限制时间存储算法来控制，采用并行时间域多路存取（CTDMA）方法，在每个网络刷新间隔（NUI）内调节节点的传接信息机会。客户通常选择ms级的网络刷新时间（NUT）来组态NUI，客户能够指定的最小NUT为2ms。9计算机控制网络ControlNet现场总线的通信模式：计算机控制网络101.4工业生产过程对现场总线的要求1.现场总线的基本功能：

（1）经济、安全、可靠地传递信息；

（2）正确使用所传信息；（3）及时处理所传信息。计算机控制网络101.4工业生产过程对现场总线的要求1.现11计算机控制网络2.现场总线的实时性能（1）传输速度快指单位时间内传输的信息要多，通常用波特率来衡量。这条要求与普通计算机通信是一致的。（2）响应时间短指突然发生意外事件时，终端节点将该事件传输到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的时间。（3）巡回时间短指系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。11计算机控制网络2.现场总线的实时性能计算机控制网络121.5递阶分布式控制系统

图1.2普渡企业参考体系结构计算机控制网络121.5递阶分布式控制系统图1.2普13计算机控制网络

1990年，美国AMR（AdvanceManufacturingResearch）提出的制造行业的三层BPS/MES/PCS结构，采用BPS/MES/PCS三层结构的CIMS将流程工业综合自动化系统分为以设备综合控制为核心的过程控制系统（PCS）、以财务分析/决策为核心的经营计划系统（BPS）和以优化管理、优化运行为核心的制造执行系统（MES）。对于计算机控制系统的网络层次模型有着多种不同提法，但基本结构都相似。如罗克韦尔公司采用RNA体系层次结构。13计算机控制网络1990年，14计算机控制网络

图1.3BPS/MES/PCS三层结构14计算机控制网络图1.3BPS/MES/PCS三层结构15计算机控制网络图1.4RNA体系层次结构图

15计算机控制网络图1.4RNA体系层次结构图计算机控制网络16本章小结1.信息网络与控制网络2.控制网络的应用背景3.典型的现场总线4.工业生产过程对现场总线的要求5.递阶分布式控制系统计算机控制网络16本章小结1.信息网络与控制网络计算机控制网络17计算机控制网络计算机控制网络1计算机控制网络计算机控制网络18计算机控制网络第1章工业控制网络概述第2章通信理论基础第3章OSI参考模型与现场总线体系结构第4章RS-232、RS-485通信第5章典型现场总线解析第6章现场总线“应用层”的研究与设计第7章网络控制系统和工业以太网第8章网络控制系统实例剖析第9章本钢冷轧板线控制网络系统简介计算机控制网络2计算机控制网络第1章工业控制网络概述计算机控制网络19第1章工业控制网络概述1.1信息网络与控制网络根据网络上交换信息的类型，现代分布式系统网络可分为两种：控制网络和信息网络。信息网络的特点：数据包大，发送频率相对比较低，经常是瞬间传送大量数据，要求以高传送速度来传输数据比较大的文件，信息网络对实时性没有苛刻的限制。控制网络特点：在许多节点之间高频率的发送大量比较小的数据包来满足实时性的要求。

计算机控制网络3第1章工业控制网络概述1.1信息网络与控计算机控制网络20

区分信息网络和控制网络的关键因素是看网络是否具有支持实时应用的能力。控制网络要求数据的确定性和可重复性。确定性：指数据有限制的延迟和有保证的传送。可重复性：指网络的传输能力不受网络上节点的动态改变（增加节点或者删除节点）和网络负载改变的影响。计算机控制网络4区分信息网络和控制计算机控制网络211.2控制网络的应用背景

在信息网络中，我们的主要任务是将大量的信息在网络上传输，从而达到资源共享的目的，强调的是网络的连通性和网络的稳定性。在控制网络中，我们的主要任务却是将控制信息在网络上传输，从而达到系统同步或控制的目的，强调的是信息传输的实时性、网络的可靠性和控制信息的确定性。计算机控制网络51.2控制网络的应用背景在信息网络22计算机控制网络

计算机控制网络正在为工业领域带来一场新的革命，它对于控制理论和控制方法发展的影响，对于自动化学科的影响，怎样估计也不会过高。掌握工业现场网络理论与技术、设计并熟练操作控制网络设备，正在成为自动化专业及其相关学科专业人才的重要标志。6计算机控制网络计算机控制网络231.3典型现场总线简介

ControlNet的基础技术最初于1995年面世。该总线网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络。同时，它允许传送无时间苛求的报文数据。由ControlNet现场总线构成的系统结构示于图1.1。从图1.1可以看出，从工厂到设备划分为信息层（Ethernet）、控制层（ControlNet）和现场层（DeviceNet）三层结构。现场总线举例：ControlNet现场总线计算机控制网络71.3典型现场总线简介Con24计算机控制网络图1.1ControlNet现场总线构成的系统结构8计算机控制网络图1.1ControlNet现场总线构成25计算机控制网络ControlNet现场总线的通信模式：采用生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。ControlNet数据链路层的介质存取控制协议：采取了一个特殊的令牌传递机制。网络的媒体存储通过限制时间存储算法来控制，采用并行时间域多路存取（CTDMA）方法，在每个网络刷新间隔（NUI）内调节节点的传接信息机会。客户通常选择ms级的网络刷新时间（NUT）来组态NUI，客户能够指定的最小NUT为2ms。9计算机控制网络ControlNet现场总线的通信模式：计算机控制网络261.4工业生产过程对现场总线的要求1.现场总线的基本功能：

（1）经济、安全、可靠地传递信息；

（2）正确使用所传信息；（3）及时处理所传信息。计算机控制网络101.4工业生产过程对现场总线的要求1.现27计算机控制网络2.现场总线的实时性能（1）传输速度快指单位时间内传输的信息要多，通常用波特率来衡量。这条要求与普通计算机通信是一致的。（2）响应时间短指突然发生意外事件时，终端节点将该事件传输到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的时间。（3）巡回时间短指系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。11计算机控制网络2.现场总线的实时性能计算机控制网络281.5递阶分布式控制系统

图1.2普渡企业参考体系结构计算机控制网络121.5递阶分布式控制系统图1.2普29计算机控制网络

1990年，美国AMR（AdvanceManufacturingResearch）提出的制造行业的三层BPS/MES/PCS结构，采用BPS/MES/PCS三层结构的CIMS将流程工业综合自动化系统分为以设备综合控制为核心的过程控制系统（PCS）、以财务分析/决策为核心的经营计划系统（BPS）和以优化管理、优化运行为核心的制造执行系统（MES）。对于计算机控制系统的网络层次模型有着多种不同提法，但基本结构都相似。如罗克韦尔公司采用RNA体系层次结构。13计算机控制