cha控制网络与信息网络集成技术

计算机控制工程第八章控制网络与信息网络集成技术控制网络：一般指应用于完成自动化任务的网络系统。它的网络节点除了普通计算机、工作站外，更大量的是具有计算和通信能力的测控设备。信息网络：一般指在办公自动化和通信等领域广为采用的计算机网络，通过它人们可以获取信息、管理信息、处理信息。其特点是通信信息量大，经常传送文档、报表、图形及信息量更大的音频、视频等多媒体信息。计算机控制工程第八章控制网络与信息网络集成技术计算机控制工程■网络互联技术■动态数据交换技术■数据库访问技术第八章控制网络与信息网络集成技术计算机控制工程第一节网络互联技术网络协议是分层的，网络互联也是分层的，根据网络层次结构模型，网络互联的层次可以分为：一、网络互联层次■网络链路层互联互联设备为网桥。网桥在网络互联中起数据接受、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。网络的数据链路层与物理层协议是相同的也可以是不同的。但是要求控制网络与信息网络的数据链路层以上协议必须相同，控制网络仅是信息网络的网络扩展。计算机控制工程第一节网络互联技术■网络层互联－路由器互联设备为路由器。网络层互联主要解决路由选择、拥塞控制、差错管理与分段技术等问题。如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器。用路由器实现网络层互联时允许网络的网络层及以下各层协议相同，也可以不同。网络层以上协议必须是相同的。■高层互联–网关传输层及以上各层协议不同的网络之间互联属于高层互联，实现高层的设备是网关，允许两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的。计算机控制工程第一节网络互联技术结论：同构的局域网：网桥异构的局域网：路由器,网关计算机控制工程第一节网络互联技术控制网络与信息网络的互联是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连，构成更大规模的互联网络系统。控制网络与信息网络可以是同种类型的网络，也可能是不同类型的网络。不同类型的网络运行不同的网络操作系统和网络协议。二、网络互联要求控制网络与信息网络互联解决物理互联和逻辑互联（软件）。同构控制网络与信息网络通过网桥连接，对于异构的控制网络与信息网络，路由器和网关是网络互联的两种主要部件。计算机控制工程第一节网络互联技术■构成网间数据的传送通道。■终止每个网络内部协议，并实现不同通信协

议间转换。■必须有互联网络双方能识别的统一寻址方式■必须具有一致的信息帧长度。鉴于控制网络内在特点，对控制网络与信息网络间互联网关/路由器的要求是：■容易实现IP地址编址，使控制网络容易成为信息

网络带上自己IP地址的接入网。■方便实现控制与信息网络异构网之间数据转换■体积小、使用方便、可靠及便宜。计算机控制工程第一节网络互联技术1、网桥三、网络互联设备网桥工作过程：从端口接受一个网络或网段上传送的信息帧，并存放在其缓冲区，如帧无差错，且需发往另一网络或网段的目的站，则通过查找站表，将收到的帧转发出去。这样可实现信息帧从一个网络源站到另一网络目的站的发送。其特征为：■互联两个不同数据链路层、物理层的网络。■以接受、存储、地址过滤与转发方式实现网

间通信。■扩展网络物理范围，增加接入设备最大数目。计算机控制工程第一节网络互联技术2、路由器路由器在网络层上实现网络间互联的设备。路由器复杂在两个局域网的网络层按帧传输数据，转发帧时需要改变帧中的地址。路由器用于连接逻辑上分开的网络。逻辑网络代表一个单独的网络或者子网。路由器的功能是：■网络间发送报文到远地网段，起转发报文作用■选择最合理的路由，引导通信。■多协议路由器可以连接使用不同通信协议的

网络段，作为不同通信协议网络段通信连接

平台。计算机控控制工程程第一节网网络互互联技术术3、网关关当控制网网络与信信息网络络的网络络层以上上各层协协议不同同时，可可使用网网关进行行互联。。严格地地说，网网关与路路由器的的不同在在于网关关必须通通过使用用适当地地软件和和硬件，，实现不不同网络络协议之之间地转转换。网关实现协议转换的方法有：■直接将输入网络信息包地格式转换成网络信

息包地格式，适用互联网络数目较少地情况。■将输入网络信息包的格式转换成一种统一的

标准网间信息包的格式，这种方式适用于互

联网络数目较大的情况。计算机控控制工程程第一节网网络互互联技术术四、控制制网络与与信息网网络互联联技术的的应用1、现场场总线控控制网络络与信息息网络互互联技术术由于现场场总线控控制网络络与信息息网络高高层协议议不同，，所以要要通过网网关进行行互联。。例1：LonWorksNetwork与Intranet网间互联联Model3201收发器是是PCI总线Lonworks网关。Model3201收发器占占用一个个PC机PCI总线插槽槽，运行行于工作作站上WindowsNT或Windows95。这种网关关方便地地实现LonworksNetwork与Intranet网络互联联。计算机控控制工程程第一节网网络互互联技术术计算机控控制工程程例2：WorldFIPNetwork与Intranet网间互联联各种控制制设备通通过WorldFIP总线互联联，形成成控制网网络。WorldFIP在支持TCP/IP协议同时时，不影影响实时时通信，，可实现现与Intranet无缝连接接。第一节网网络互互联技术术计算机控控制工程程第一节网网络互互联技术术IntranetFIPWeb网关WorldFIP总线PLC驱动器驱动器FIPWeb站Hart现场总线计算机控控制工程程第一节网网络互互联技术术2、共享享式控制制网络与与信息网网络的互互联共享式控控制网络络与信息息网络的的网络层层以上协协议是不不相同的的，两者者可以通通过网关关互联；；如果共共享式控控制网络络与信息息网络的的网络层层及以上上协议是是相同的的（如两两者都是是以太网网结构）），可通通过网桥桥互联。。通过网网桥实现现共享式式控制网网络与信信息网络络互联的的例子如如下所示示。计算机机控制制工程程第一节节网网络互互联技技术计算机机控制制工程程第一节节网网络互互联技技术3、交交换式式控制制网络络与信信息网网络互互联应用外外部网网路由由器互互联。。外部部网络络路由由器功功能如如下：：■路路由器器功能能■VPN服务器器功能能：构构建安安全的的VPN，并对跨跨越英英特网网之类类公用用网络络的内内部IP流进行行隧道道处理理。■安安全加加密功功能计算机机控制制工程程第一节节网网络互互联技技术应用外外部网网路由由器的的交换换式控控制网网络与与信息息网络络互联联如下下图所所示：：Intranet外部网网络路路由器器外部网网络路路由器器外部网网络路路由器器外部网网络路路由器器公用网网Infranet一般LAN使用VPN用户软软件LAN计算机机控制制工程程第二节节OPC控制系系统“信息孤孤岛”的瓶颈颈现场总总线实实现了了数据据传输输与信信息共共享，，形成成全新新的分分布式式控制制系统统。当当现场场信号号通过过现场场总线线传至至监控控计算算机后后，在在如何何实现现计算算机内内部应应用程程序对对现场场信息息的共共享与与交互互以及及监控控计算算机如如何与与其他他计算算机进进行信信息沟沟通和和传递递等方方面，，仍然然存在在着一一个连连接标标准与与规范范的问问题，，由于于缺乏乏统一一的接接口规规范，，不同同厂家家的工工控软软件与与硬件件设备备进行行系统统集成成时，，往往往需要要专用用的驱驱动程程序。。这样样系统统维护护升级级的代代价很很高，，极大大限制制了用用户的的选择择。计算机机控制制工程程第二节节OPCOPC是微软软公司司的对对象连连接和和嵌入入技术术在过过程控控制方方面的的应用用，是是为工工业自自动化化软件件面向向对象象的开开发而而提供供的一一项统统一标标准。。采用用OPC标准设设计工工控软软件，，以标标准规规定的的统一一接口口通过过服务务器存存取现现场数数据，，当现现场设设备发发生变变化或或系统统中加加入新新设备备时，，由于于服务务器所所提供供的接接口的的一致致性，，工控控软件件不作作更改改即可可继续续使用用，从从而大大大减减小了了软件件维护护的工工作量量，另另一方方面，，工控控软件件的升升级不不依赖赖于服服务器器。可可以独独立进进行。。计算机控制制工程第二节OPC计算机控制制工程第二节OPC计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术动态数据交交换（DynamicDataExchange,DDE)技术在控制制网络与信信息网络集集成中得到到了实际应应用。一是是这种方法法实时性较较好，二是是作为连接接控制网络络与信息网网络的通信信处理机比比较容易实实现。Windows动态数据交交换系统实实际上是一一种协议。。DDE协议使用共共享内存在在应用程序序之间传输输数据，完完成应用程程序之间的的数据交换换。一、DDE概述计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术DDE三种链接方方式:1)冷链接(ColdLink):客户应用程程序申请数数据，服务务器应用程程序立即给给客户应用用程序发送送数据；2)温链接接(WarmLink):服务器应用用程序通知知客户应用用程序数据据项发生变变化，但并并不将已变变化值发送送给用户应应用程序；；3)热链接接(HotLink):数据项发生生变化时，，服务器应应用程序立立即把变化化后的值发发送给客户户应用程序序。计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术对话：指两个Windows应用程序使使用DDE交换数据。二、DDE术语通道：DDE对话经通道道被传输，，两个应用用程序之间间通过计算算机进行连连接。客户机应用用程序：DDE客户机启动动对话的应应用程序；；服务器应用用程序：DDE服务器对DDE客户机应答答的应用程程序。应用程序名名称：每一个支支持DDE的Windows程序，都拥拥有一个唯唯一的DDE应用程序名名，通常这这个可执行行文件名是是由应用程程序名减去去它的EXE扩展名而来来。计算机控制制工程第三节动动态数据交交换技术任务识别码码：一个任务务识别码是是唯一的，，当同时复复制几个应应用程序时时，它能识识别其中特特定的一个个条目：DDE条目是指一一部分数据据，即在占占用DDE对话时能在在两个应用用程序之间间传送的那那部分数据据。主题：定义DDE对话主事件件的信息，，并描述一一些对DDE服务器对话话有用的数数据单元。。对于能够够存储和获获得文件的的应用程序序来说主题题就是文件件名。系统统：系系统统是是许许多多应应用用程程序序识识别别的的一一个个特特殊殊的的DDE主题题。。与与一一些些其其他他的的主主题题不不同同，，系系统统主主题题总总是是保保持持可可用用，，并并提提供供当当前前其其他他主主题题可可用用的的列列表表与与有有关关应应用用程程序序的的其其他他信信息息。。计算算机机控控制制工工程程第三三节节动动态态数数据据交交换换技技术术DDE协议议应应用用程程序序能能够够实实时时地地进进行行数数据据交交换换，，如如在在一一个个服服务务器器应应用用程程序序中中更更新新数数据据时时，，客客户户机机应应用用程程序序也也同同时时更更新新。。若若要要完完成成数数据据交交换换，，两两个个相相关关的的应应用用程程序序首首先先必必须须占占用用一一个个DDE对话话。。启启动动对对话话的的应应用用程程序序作作为为客客户户机机应应用用程程序序，，而而响响应应客客户户机机请请求求的的程程序序则则作作为为服服务务器器应应用用程程序序。。三、、DDE协议议应用用程程序序可可以以在在同同一一时时刻刻占占用用几几个个DDE对话话，，并并且且还还可可以以在在一一些些对对话话中中充充当当客客户户机机应应用用程程序序，，而而在在另另外外一一些些对对话话中中充充当当服服务务器器应应用用程程序序。。计算算机机控控制制工工程程第三三节节动动态态数数据据交交换换技技术术在DDE对话话中中，，DDE协议议使使用用一一个个地地址址系系统统来来识识别别每每个个数数据据单单元元的的，，这这个个地地址址系系统统用用以以三三级级等等级级制制度度来来识识别别数数据据单单元元。。应用用程程序序：DDE服务务器器的的名名字字主题题：逻逻辑辑数数据据内内容容。。对对能能够够在在基基于于文文件件的的文文档档上上操操作作的的应应用用程程序序，，主主题题通通常常是是文文件件名名；；对对其其他他类类型型的的应应用用程程序序，，则则是是另另外外专专门门的的应应用用程程序序名名。。条目目：在在DDE数据据交交换换中中通通过过的的数数据据对对象象。。DDE协议议使使用用共共享享内内存存在在应应用用程程序序之之间间传传输输数数据据，，DDE也能能定定义义结结构构用用于于共共享享内内存存对对象象的的内内容容。。计算算机机控控制制工工程程第三三节节动动态态数数据据交交换换技技术术两个个应应用用程程序序之之间间的的所所有有DDE通信信是是在在一一个个通通道道中中发发生生的的，，DDE的启启动动和和终终止止功功能能负负责责打打开开和和关关闭闭通通道道，，客客户户机机应应用用程程序序将将控控制制通通道道打打开开并并请请求求来来自自服服务务器器的的服服务务。。DDE通信信功功能能包包括括：：四、、DDE通信信■启动动：为为客客户户机机应应用用程程序序打打开开一一个个DDE通道道到到服服务务器器应应用用程程序序。。这这个个功功能能包包括括两两个个参参数数：：服服务务器器应应用用程程序序名名和和主主题题。。此此外外，，还还返返回回一一个个通通道道号号给给客客户户机机应应用用程程序序，，作作为为以以后后其其他他DDE功能能识别的参数数。计算机控制工工程■请求：从服务器应应用程序获得得数据。这个个功能参参数是通通道号和条目目，通道号是是启动功能的的返回回值，条目目是指识别返返回的实际数数据。服务器器应应用程序返回回的是期望数数据。如通道道号无效，条条目目无效或服务务器没有找到到期望数据，，用户将接接受到到一个错误信信息。第三节动态态数据交换技技术■推动：向服务器应应用程序发送送数据。这个个参数是是通道号号、条目和数数据。条目用用来识别发送送的数数据类型，，数据是指发发送到服务器器的实际数据据。如如通道号无无效，条目无无效或服务器器不能接受数数据据，将返回一一个错误信息息。计算机控制工工程■执行：向服务器应应用程序发送送命令。这个个参数是是通道号号和执行串。。通道号是启启动功能的返返回值值，执行串串包括服务器器执行命令。。一些命令可可以以被发送到服服务器。第三节动态态数据交换技技术■终止：关闭一个DDE通道。这个功功能参数是关关闭闭DDE通道的通道号号。如果这个个通道号无效效，用用户将得到到一个错误信信息。不同的服务器器应用程序支支持不同的命命令，如果通通道号无效，，或者服务器器在执行命令令时发生错误误都将返回一一个错误信息息。计算机控制工工程第三节动态态数据交换技技术五、DDE技术在控制网网络与信息网网络集成中的的应用通信处理机服务器工作站LAN信息网络控制网络计算机控制工工程第三节动态态数据交换技技术图中通信处理理机既是信息息网络的一个个工作站，也也是控制网络络的一个工作作站或分布式式控制系统的的上位机。通通信处理机完完成控制网络与信信息网络动态态数据交换任任务。为了完成动动态数据交换换任务，在通通信处理机上上运行两个应应用程序：■实时通信程序序：实现实时信信息的接受、、检错、数数据格格式转换等功功能，它作为为DDE服务器应用程程序序。■数据访问程序序：接受DDE服务器送来的的实时数据据并写写到数据库服服务器中，提提供信息网络络实现信信息处理理、统计分析析、信息管理理等功能。计算机控制工工程第三节动态态数据交换技技术为了通过共享享内存实现动动态数据交换换，要求控制制网络与信息息网络平台必必须支持Windows的DDE功能。这一点点在选择控制制网络与信息息网络工作平平台、操作系系统、编程语语言时必须注注意。注意：计算机控制工工程第四节数据据库访问技术术当控制网络采采用以太局域域网时，控制制网络中的工工作站可采用用Windows操作系统平台台，信息网络络一般采用开开放数据库系系统，这样可可方便地通过过数据库访问问技术实现控控制网络和信信息网络的集集成。一、数据库访访问技术集成成工作原理根据编程语言的不同，有三种访问数据库应用编程接口：

ODBCAPI

固有连接API JDBCAPI计算机控制工工程第四节数据据库访问技术术1、ODBCODBC是建立数据库库驱动程序的的开放标准。。建立标准目目的是为了以以统一的方式式访问不同的的数据库系统统。访问数据据库的过程就就是调用ODBCAPI，通过ODBCAPI驱动程序管理理器，然后由由驱动器驱动动数据源。2、固有连接API固有连接包含一个特定的应用程序开发包，根据特定的数据库进行固有编程连接。固有连接只适用于某一种数据库系统，无互操作性，优点是它的访问速度较快。计算机控制工工程第四节数据据库访问技术术3、JDBCJDBC是面向Java语言的，JDBC设计成既能保保证查询语句句的简洁性，，又能保证需需要时提供一一些高级功能能。应用JDBC可实现数据库库与应用程序序之间双向、、全动态、实实时的数据交交换。Intranet的基础是Web技术。Web是建立在客户机/服务器工作模式上，以HTML和HTTP为基础的、能提供面向各种Intranet服务、具有一致用户界面的信息服务信息。二、基于WEB的Intranet信息网络1、工作原理计算机控制工工程1)、Web基本功能第四节数据据库访问技术术■信息的发布和和接受。■通过CGI、ISAPI、Java－JDBC等方式与外部部应应用软件，如如RDBMS连接。2)、Web软件结构Web的软件结构分为三个层次、四个组成部分。■三个层次。计算机控制工工程第四节数据据库访问技术术第一层网络络操作系统层层：完成所有有基本的网络络操作服务，，以其为核心心构成企业内内部网的服务务体系。第二层Web技术实现层：：由Web服务器、Web浏览器、数据据库应用系统统以及CGI接口软件等构构成，实现Web技术服务。第三层应用用层：面向用用户，提供各各种应用服务务。计算机控制工工程■四个组组成部部分第四节节数数据库库访问问技术术①网络操操作系系统软软件：：NOS，TCP/IP计算机机控制制工程程第四节节数数据库库访问问技术术②客户端端软件件包括浏浏览器器软件件、Java软件等等。网网络浏浏览器器软件件是Internet网上提提供给给客户户机的的应用用界面面管理理软件件。浏浏览器器用户户界面面基于于HTTP，，通过URL指定被被访问问资源源的Web网址。。③Web服务器器采用HTML描述网网上资资源，，并以以HTML数据文文件格格式存存放在在WebServer中。常常用的的Web服务器器有IIS、TOMCAT等。计算机机控制制工程程第四节节数数据库库访问问技术术④应用数数据库库管理理系统统应用数数据库库管理理系统统完成成对企企业内内部信信息的的管理理和维维护。。对Intranet企业网网来说说，企企业的的信息息资源源是企企业的的关键键数据据。当前流流行的的数据据库系系统有有SQLServer，，Oracle，，Sybase，DB2等。3)、、Web服务器器与数数据库库连接接技术术CGI、ISAPI，JAVA－－JDBC计算机机控制制工程程第四节节数数据库库访问问技术术2、Intranet信息网网络的的交换换式局局域网网组网网技术术以太网计算机机控制制工程程第四节节数数据库库访问问技术术■网络以以10M/100M感应式式交换换式集集线器器为中中心，，由由Web服务务器器、、数数据据库库服服务务器器和和若若干干工