工业控制网络(杭电)复习提纲

工业控制网络复习要点

2017年6月1日

第一版

第一次修订

第一版前言

随着工业生产和科学技术的发展，工业自动化网络技术已广泛应用于制造业、农业、交通、航空航天和国防等诸多领域。“工业控制网络”是专门研究有关工业自动化系统的基本概念、基本原理和基本方法的一门课程，也是工科院校自动控制或自动化专业及其相关专业学生必修的技术基础课之一。

本复习要点面向高等院校相关专业的学生，系统而又重点地论述了工业自动化系统的基本内容。主要内容包括：通信系统基本概念、局域网技术、TCP/IP 协议集、HART通信协议、Modbus总线技术、PROFIBUS总线技术以及典型工业实时以太网技术。这些内容是被国内外公认的关于工业控制网络理论的基本内容。与其他同类著作相比，本书降低了理论难度，尽量避免比较复杂、繁琐的证明和推导，重点在于强化读者的工程意识和其提高工程实践能力。

全复习要点共分为8个章节，基本上参考《工业自动化网络》的内容，对其进行了归纳与补充，其中第一、二、三、四、五、六、九、十章由周健宇编写。另外，很多同学为本复习要点的编写提供了有关素材并提出了宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，恳请广大读者不吝指正。

编者

2017年6月1日

于杭州

目录

第一版前言 (1)

第1章——概述 (6)

工业控制系统的定义（P1） (6)

工业控制系统的层次（P1） (6)

工业控制网络的发展过程（P3） (6)

集散控制系统（DCS）的定义（P3） (6)

现场总线的定义（P6） (7)

现在总线控制系统（FCS）的优点（P6） (7)

以太网（Ethernet）的优势 (7)

第2章——通信系统基本概念 (8)

单向数字通信系统的结构（P11，看书表2-1） (8)

什么是调制/解调？ (8)

比特率和波特率的定义(P12) (8)

调制信道和信噪比的定义（P13） (8)

不归零、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码的定义（P14、15） (9)

模拟数据编码的三种方法（P16） (9)

通信传输方式的三种方式（P16） (9)

信道复用的三种方法 (9)

什么是基带传输？（P17） (9)

什么是循环冗余码（CRC）？（P18） (10)

什么是纵向冗余校验（LRC），海明码？（P20） (10)

OSI参考模型的七层结构以及部分层传输数据的单位（P22，参考表2-8） (10)

应用层的主要协议 (10)

物理层、数据链路层、网络层、传输层的作用（P22-24） (10)

中继器的定义（P26） (11)

网桥的定义（P26） (11)

集线器与交换机的区别 (11)

网关的定义（P28） (11)

第3章——局域网技术 (12)

CSMA/CD的定义、特点、优势以及退避算法（P29、P33） (12)

以太网的拓扑结构（P35） (12)

以太网的传输介质和工作模式（P36） (12)

第4章——TCP/IP协议集 (13)

TCP/IP的特点（P65） (13)

TCP/IP协议集模型及其主要协议以及与OSI参考模型的对照（P66，图4-1，图4-2） (13)

IP地址的分类（P68） (13)

子网掩码与IP寻址的计算（P69） (13)

IP路由表包含什么信息？（P72） (13)

传输层协议的定义（P73）： (14)

滑动窗口的运算以及简述三次握手的过程（P75，图4-8） (14)

UDP与TCP的区别（P77） (14)

第5章——HART通信协议 (15)

HART通信协议设计哪些OSI层？（P85） (15)

HART的帧格式（P89） (15)

Modbus协议的技术特点（P100） (15)

Modbus主/从通信方式（P101） (15)

Modbus帧报文格式（P102，表6-2） (16)

Modbus功能码分类（P107，表6-4） (16)

第9章——PROFIBUS与PROFInet总线技术 (16)

PROFIBUS的兼容子协议（P173） (16)

第10章——典型工业实时以太网技术 (17)

工业以太网的定义与响应时间（P194） (17)

工业以太网提高实时性的措施（P195） (17)

为什么采用实时以太网，典型的工业实时以太网？（P198，表10-1） (17)

第1章——概述

工业控制系统的定义（P1）

所谓工业控制网络，通俗地讲，是指应用于工业控制系统的网络通信技术，它是随工业控制系统的发展而产生与发展起来的，是计算机网络技术、通信技术与控制技术相结合的产物。（3C技术:Computer、Communication、Control）

工业控制系统的层次（P1）

工业控制网络从底向上依次为现场设备网、过程控制网、管理信息网等几个层次。

工业控制网络的发展过程（P3）

工业控制网络的发展，经历了模拟信号传输，数字信号传输，现场总线，工业以太网，工业无线通信等几个阶段。

集散控制系统（DCS）的定义（P3）

集散控制系统（DCS）是一种比较典型的运用数字传输技术的控制系统，集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭或专用的不具互操作性的分布式操作系统。