01_工业控制网络概论

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现场设备的控制采用嵌入式系统加以实现， 现场设备的控制采用嵌入式系统加以实现，该 嵌入式系统具有网络通信能力的接口， 嵌入式系统具有网络通信能力的接口，能够实现 与控制网的信息交换， 与控制网的信息交换，而控制网与信息网统一构 建组网形成工业企业网。 所示。 建组网形成工业企业网。如图 1-2所示。
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1.2.2 工业企业网的基本概念和特性
工业企业网（ Network） 工业企业网（Enterprise Network）目前尚无统 一定义。 一定义。一般是指在一个工业企业范围内将实现信号 检测、控制以及数据传递、处理与计算的设备、 检测、控制以及数据传递、处理与计算的设备、装置 或系统连接在一起，以实现企业内的资源共享、 或系统连接在一起，以实现企业内的资源共享、信息 管理、过程控制、经营决策， 管理、过程控制、经营决策，并能够访问企业外的信 息资源，使得各项事务协调运作， 息资源，使得各项事务协调运作，从而实现企业集成 管理和控制的一种网络环境。 管理和控制的一种网络环境。 工业企业网有很多的特性， 工业企业网有很多的特性，如：范围确定性、集 范围确定性、 成性、安全性以及相对开放性等等。 成性、安全性以及相对开放性等等。
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补充：几个比较重要的概念： 补充：几个比较重要的概念： 什么是Extranet、Intranet、Infranet？ 什么是Extranet、Intranet、Infranet？ Extranet Extranet（外联网）是一个使用Internet/Intra Internet/IntraExtranet（外联网）是一个使用Internet/Intraet技术使企业与其客户 技术使企业与其客户、 net技术使企业与其客户、其他企业相连来完成其共同 目标的合作网络。它通过存取权限的控制， 目标的合作网络。它通过存取权限的控制，允许合法使 用者存取远程公司的内部网络资源， 用者存取远程公司的内部网络资源，达到企业与企业间 资源共享的目的。 资源共享的目的。 Intranet（企业内部网） Internet相比 Inter相比， Intranet（企业内部网）与Internet相比，Internet是面向全球的网络 是面向全球的网络， Intranet则是 则是Internet net是面向全球的网络，而Intranet则是Internet 技术 在企业机构内部的实现, 在企业机构内部的实现,它能够以极少的成本和时间将一 个企业内部的大量信息资源高效合理地传递到每个人。 个企业内部的大量信息资源高效合理地传递到每个人。 Intranet为企业提供了一种能充分利用通讯线路 为企业提供了一种能充分利用通讯线路、 Intranet为企业提供了一种能充分利用通讯线路、经济 而有效地建立企业内联网的方案
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1.1.2 工业控制网与企业网
工业控制网络是网络技术在工业控制领域中的具体应 是工业企业网中的一个重要组成部分。 用，是工业企业网中的一个重要组成部分。工业网络的结 构一般可以分为上层的信息网和下层的控制网。 构一般可以分为上层的信息网和下层的控制网。有如下三 种常见的体系结构： 种常见的体系结构： 信息网络与控制网络统一组网， 信息网络与控制网络统一组网，再与现场总线互 联构成工业企业网。如图1-1所示 所示。 联构成工业企业网。如图 所示。
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1.2.3 工业企业网的发展历程
工业企业网的发展有三个阶段： 工业企业网的发展有三个阶段： 20世纪 70年代中期开始 年代中期开始， 1. 20世纪 70年代中期开始，企业网只是指企业中 传统的分时共享中心主机及其各终端所构成的网 基本上只限于作业处理， 络，基本上只限于作业处理，其功能和应用是有 限的。 限的。 随着局域网技术的发展， 2. 随着局域网技术的发展，企业内不仅中小型计算 机而且微型计算机也能够被连入网络， 机而且微型计算机也能够被连入网络，共享信息 与资源，其功能有了很大的扩展。 与资源，其功能有了很大的扩展。而且由于工业 以太网、 以太网、集散控制系统以及可编程序控制器的产 生和发展， 生和发展，工业企业内的现场控制设备也被集成 到一起，使得企业网发展到了一个新阶段。 到一起，使得企业网发展到了一个新阶段。
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问题
1.
工业控制的需求是什么？ 工业控制的需求是什么？ 问什么要研究工业控制网络？ 问什么要研究工业控制网络？
2.
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1. 工业控制的需求
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问什么要研究工业控制网络？ 2. 问什么要研究工业控制网络？
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节省成本的潜力
安装 节省 电线 PLC I/O板 安装元件（Ex-/电流隔离器等） 排列机架 空间 减少错误 减少安装时间
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工业企业网的发展有三个阶段(续) 工业企业网的发展有三个阶段(
• 从 20世纪 90年代开始，由于 Internet技术的 20世纪 90年代开始 年代开始， Internet技术的 成熟和迅速推广， Intranet的概念 的概念， 成熟和迅速推广，出现了 Intranet的概念，进 Intranet的基础上又出现了 Extranet（ 而在 Intranet的基础上又出现了 Extranet（外 联网）和基础网的概念， 联网）和基础网的概念，而且现场总线技术也越 来越为人们所接受，并被普遍用于过程自动化、 来越为人们所接受，并被普遍用于过程自动化、 制造自动化、楼宇自动化等系统之中， 制造自动化、楼宇自动化等系统之中，于是便分 Extranet技术和现场总线技术 别以Infranet或Extranet技术和现场总线技术 或工业以太网）为信息网络和控制网络的依托， （或工业以太网）为信息网络和控制网络的依托， 形成了当前意义上的企业网概念。 形成了当前意义上的企业网概念。
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第ห้องสมุดไป่ตู้章 工业控制网络概论
1.1 概述 1.2 典型工业企业网 1.3 工业控制网络 1.4 工业以太网
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1.1 概述 1.1.1 工业控制网络的发展
工业控制网络技术是在工业生产的现代化要求情 况下提出来的，与计算机技术、 况下提出来的，与计算机技术、控制技术和网络技术 的发展密切相关。 的发展密切相关。 随着网络技术的发展，Internet正在把全世界的 随着网络技术的发展，Internet正在把全世界的 计算机系统、通信系统逐渐集成起来， 计算机系统、通信系统逐渐集成起来，形成信息高速 公路，形成公用数据网络。在此基础上， 公路，形成公用数据网络。在此基础上，传统的工业 控制领域也正经历一场前所未有的变革， 控制领域也正经历一场前所未有的变革，开始向网络 化方向发展，形成了新的控制网络。 化方向发展，形成了新的控制网络。
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课程要求
按时上课， 按时上课，认真听讲 积极参与课堂讨论， 积极参与课堂讨论，认真完成作业 成绩评定： 成绩评定：
平时成绩 10% 实验成绩 20% 期末考试 70%
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课程的主要内容和重点难点
主要内容：工业控制网络和现场总线的技 主要内容： 术基础， 术基础，控制网络系统的集成技术以及如 何构建和实现控制网络系统。 何构建和实现控制网络系统。 课程重点和难点： 课程重点和难点：各种现场总线的特点和 协议规范、 协议规范、如何构建实现控制网络系统和 其集成技术。 其集成技术。
工业控制网络技术
任课教师：周勇
E-mail: yzhou@
课程的性质及目标
工业控制网络是计算机网络理论研究的重要 组成部分，随着信息时代的来临， 组成部分，随着信息时代的来临，各种新的 计算机技术争先发展， 计算机技术争先发展，而工业控制网络技术 代表着自动控制理论与技术发展的重要方向。 代表着自动控制理论与技术发展的重要方向。 通过本课程的学习使学生了解工业控制网络 的技术基础和典型的现场总线， 的技术基础和典型的现场总线，以及控制网 络系统的集成技术和其构建实现方法。 络系统的集成技术和其构建实现方法。
Inter net 参与人员 存取模式 可用带宽 隐私性 一般 大众 自由 少 低 Intranet 公司内部员 工 授权 多 高 较低 Extranet 公司内部员工、顾客、 公司内部员工、顾客、 战略联盟厂商 授权 中等 中等 较高
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安全性需求 高
1.2.4 控制网络与信息网络的互连
1）必要性 可以建立实时信息库有利于决策。 ① 可以建立实时信息库有利于决策。 可以及时交换控制信息和生产信息， ② 可以及时交换控制信息和生产信息，有利于了解 生产情况。 生产情况。 ③ 建立分布式数据库有利于保证数据的一致性完整 性和互操作性。 性和互操作性。 可以对控制网络进行远程操作，节省资源。 ④ 可以对控制网络进行远程操作，节省资源。 为企业提供完善的信息资源。 ⑤ 为企业提供完善的信息资源。
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1.2.5 工业企业网的体系结构
根据计算机集成制造开放系统结构（CIM-OSA） 根据计算机集成制造开放系统结构（CIM-OSA） 模型和普度（PUDU）模型， 模型和普度（PUDU）模型，企业的控制管理层次大 致可分为5 所示。 致可分为5层，如图 1-4所示。
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2）特点 要求节点有较高的实时性。 ① 要求节点有较高的实时性。 容错能力强，有较高的可靠性和安全性。 ② 容错能力强，有较高的可靠性和安全性。 ③ 控制网络协议实用、简单、可靠以及结构的分散 控制网络协议实用、简单、 性。 现场控制设备的智能化和功能自治性。 ④ 现场控制设备的智能化和功能自治性。 网络数据传输量小和节点处理能力需要减小。 ⑤ 网络数据传输量小和节点处理能力需要减小。 性能价格比高。 ⑥ 性能价格比高。
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3）应用 ①Internet对传统控制系统的影响 Internet对传统控制系统的影响 ②Infranet和 Intranet与现场总线的结合 Infranet和 Intranet与现场总线的结合 目前控制系统的设计思想已经趋向于网络化、 目前控制系统的设计思想已经趋向于网络化、 分散化、开放性等。网络上的节点不仅有计算机、 分散化、开放性等。网络上的节点不仅有计算机、 工作站，还有智能测控仪表。当传统DCS DCS逐渐走向基 工作站，还有智能测控仪表。当传统DCS逐渐走向基 于现场总线的Infranet之后，就可能建立Internet Infranet之后 于现场总线的Infranet之后，就可能建立Internet 的新型网络结构， 的新型网络结构，通过网络互连的控制系统功能将 远远大于系统中独立个体功能的总和， 远远大于系统中独立个体功能的总和，我们把这种 强大的网络结构称为“网络的网络” 强大的网络结构称为“网络的网络”。