工业控制网络
数据通信与工业控制网络知识点总结
数据通信与工业控制网络知识点总结关键信息项：1、数据通信的基本概念和原理定义：＿___________________________特点：＿___________________________重要性：＿___________________________2、工业控制网络的类型和特点类型：＿___________________________各自特点：＿___________________________3、数据传输方式串行传输：＿___________________________并行传输：＿___________________________优缺点比较：＿___________________________4、通信协议常见协议：＿___________________________协议的作用和功能：＿___________________________5、网络拓扑结构总线型：＿___________________________星型：＿___________________________环型：＿___________________________优缺点分析：＿___________________________ 6、工业控制网络中的数据交换技术电路交换：＿___________________________分组交换：＿___________________________报文交换：＿___________________________ 7、差错控制技术纠错编码：＿___________________________检错编码：＿___________________________重传机制：＿___________________________ 8、网络安全与防护威胁类型：＿___________________________防护措施：＿___________________________ 9、工业控制网络的应用案例案例介绍：＿___________________________效果评估：＿___________________________11 数据通信的基本概念和原理数据通信是指在不同设备之间通过传输介质进行数据的传递和交换。
工业控制网络知识点总结
工业控制网络知识点总结一、工业控制网络的概念工业控制网络是指用于工业自动化领域的数据通信系统，其目的是实现对生产设备、工艺过程和生产信息的监控和控制。
工控网络主要包括传感器、执行器、PLC、DCS、SCADA系统等组成部分。
工控网络的设计目标是提高生产效率、降低生产成本和提高生产安全性。
二、工业控制网络的特点1. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
2. 可靠性：工控网络对通信的可靠性要求非常高，因为生产过程中可能会遇到各种干扰和故障，需要能够确保数据传输的准确性和完整性。
3. 安全性：工业控制网络需要能够防范各种网络攻击和恶意操作，保证生产过程的安全性和稳定性。
4. 实时性：工控网络需要能够实时响应生产过程的变化，及时更新数据和控制设备。
5. 可扩展性：工控网络需要能够根据生产需求进行扩展和升级，灵活适应不同的生产环境和设备组合。
三、工业控制网络的组成部分1. 传感器和执行器：传感器用于采集环境参数，例如温度、压力、流量等；执行器用于对生产设备进行控制，例如电动阀门、马达、启动器等。
2. PLC（可编程逻辑控制器）：PLC是工控网络的核心设备，用于实现对生产过程的自动控制。
PLC能够根据预先编制的程序对输入信号进行处理，并输出控制指令，实现对执行器的控制。
3. DCS（分布式控制系统）：DCS是用于对生产过程进行集中监控和控制的系统，通常包括多个控制节点和界面站，能够实现对整个生产线的远程控制。
4. SCADA系统：SCADA系统是用于对生产现场进行实时监控和数据采集的系统，能够通过图形界面对生产现场进行动态显示和实时数据查询。
四、工业控制网络的通信协议工业控制网络使用的通信协议通常包括有线和无线两种类型，其中有线协议主要用于固定式设备的数据通信，无线协议主要用于移动设备和无线传感器网络的数据通信。
1. 有线通信协议（1）Profibus：Profibus是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，适用于实时数据传输和设备控制。
工业控制网络技术基础
工业控制网络技术的发展历程
早期的工业控制网络技术主要基于模 拟信号传输，随着技术的发展，逐渐 演变为数字信号传输。
近年来，随着物联网、云计算和大数 据等技术的快速发展，工业控制网络 技术也得到了不断升级和完善。
工业控制网络技术的应用场景
工业控制网络技术广泛应用于能源、化工、制造、交通等领域的自动化生产过程中。 在智能制造、智能物流、智能监控等领域，工业控制网络技术也发挥着重要作用。
工业控制网络技术基础
• 引言 • 工业控制网络技术基础知识 • 工业控制网络技术实现方式 • 工业控制网络安全防护 • 工业控制网络技术的发展趋势
01
引言
工业控制网络技术的定义
01
工业控制网络技术是指用于连接 和控制工业生产过程中的各种设 备、传感器和执行器的网络技术 。
02
它通过实时、可靠的数据传输和 控制系统，实现了对工业过程的 精确监测和控制，提高了生产效 率和安全性。
工业控制网络的设备
01
02
03
网络交换机
用于连接各个设备和系统， 实现数据传输和通信。
网关
用于实现不同协议之间的 转换，以实现设备和系统 之间的互操作性。
服务器和客户端
用于存储、处理和监控数 据，实现远程管理和控制。
03
工业控制网络技术实现方式
现场总线技术
现场总线技术是工业控制网络 中的重要组成部分，它是一种 用于连接现场设备与控制系统
工业控制网络的通信协议
Modbus协议
一种串行通信协议，用于连接工业电子设备。
EtherNet/IP协议
一种工业以太网协议，支持实时数据传输和设备 管理。
ABCD
Profinet协议
工业控制网络
工控机用CP通讯器
CP5613和CP5611的区别： 1、前者有处理器，后者没有。 2、前者可以带更多的负载。
光纤的分类
按照制造光纤所用的材料分类，有石英系光纤， 多组分玻璃光纤，塑料包层石英芯光纤，全塑 料光纤和氟化物光纤等。 按照光在光纤中的传输模式不同，可分为单模 光纤和多模光纤。 多模光纤：中心玻璃芯较粗，可以传输多种模 式的光，但因为其模间色散较大，所以传输距 离比较短，只有几千米。 单模光纤：中心玻璃芯较细，只能传输一种模 式的光，因为其模间色散较小，所以传输距离 比较长，适用于远程通讯。
PROFINET – 获得权威用户的 高度认可
优 势
获得认可
通过使用久经考验的 技术实现安全性
在生产线中应用PROFINET技术的生 在生产线中应用PROFINET技术的生 PROFINET 产企业中的一部分
Profinet
Profinet支持三种通信模 式： 1、TCP/IP标准通信：响 应时间大概在100ms量级， 对于工厂控制级来说已经 足够了。 2、实时通信（RT） ：响 应时间大概在5~10ms左 右。 3、等时同步实时通信 （IRT）：主要用于运动 控制，在100个节点下， 响应时间小于1ms，抖动 误差小于1µs，保证响应 的及时性和确定性。
Profinet
PROFINET 由PROFIBUS国际组织 （PROFIBUS International— PI）推出 新一代基于工业以太网技术的自动化总 线标准。 PROFINET为自动化通信领域提供了一 个完整的解决方案，囊括了诸如：实时 以太网、运动控制、分布式自动化、故 障安全以及网络安全等当前自动化领域 的热点话题。 作为跨供应商的技术，可以完全兼容工 业以太网和现有的现场总线（如： PROFIBUS）技术，保护现有投资。 过程 自动化
工业控制网络
1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：一种应用于生产现场，在现场设备之间，现场设备与控制装置之间实行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现第二章CAN （控制器局域网）1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。
数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段27、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1”8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。
工业控制网络课程设计
工业控制网络课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习工业控制网络的基本概念、原理和技术，使学生掌握工业控制网络的基本知识，提高学生分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.了解工业控制网络的基本概念和分类；2.掌握工业控制网络的体系结构和工作原理；3.熟悉工业控制网络的主要技术和应用。
4.能够分析工业控制网络系统的组成和功能；5.能够设计和实现简单的工业控制网络系统；6.能够运用所学知识分析和解决工业控制网络实际问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生对工业控制网络技术的兴趣和好奇心；2.培养学生团队合作精神和自主学习能力；3.培养学生关注工业控制网络技术的发展和应用，提高学生的社会责任感和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.工业控制网络的基本概念和分类：工业控制网络的定义、分类和特点；2.工业控制网络的体系结构和工作原理：工业控制网络的体系结构、数据传输方式和通信协议；3.工业控制网络的主要技术和应用：工业控制网络的关键技术、常见应用场景和案例分析。
教学内容将按照教材的章节进行安排，每个章节都有相应的教学目标和教学内容，确保学生的学习具有连贯性和系统性。
三、教学方法为了提高教学效果和学生的学习兴趣，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握工业控制网络的基本概念、原理和技术；2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解和应用所学知识；4.实验法：通过动手实验，培养学生的实践能力和创新能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习材料；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、教案等多媒体资料，提高教学效果；4.实验设备：准备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
工业控制网络(现场总线)
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.2 LLC子层和MAC子层
LLC子层旳主要功能： 接受过滤是指LLC子层经过对报文整个标识符 或部分标识符旳屏蔽/筛选来决定是否接受报文； 超载告知是指在发生超载条件时，LLC子层发 送超载帧以示通告，从而延迟下一种数据帧或远 程帧； 恢复管理是指在发送期间，对于丢失仲裁旳或 已损旳报文，LLC子层具有自动重发旳功能。
3.2.2.1 CAN节点旳分层构造
3.2.2.2 帧格式和帧类型
1．数据帧 数据帧由7个不同旳位场构成：帧起始、
仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场、帧结束
3.2.2.2 帧格式和帧类型
3.2.2.2 帧格式和帧类型
3.2.2.2 帧格式和帧类型
2．远程帧 3．错误帧 4．超载帧 5．帧间空间
3.2.1.4 错误类型和界定
➢填充错误(Stuff Error) 在应使用位填充措施进行编码旳报文中，
出现了第6个连续相同旳位电平时，将检出一 种填充错误。
3.2.1.4 错误类型和界定
➢CRC错误(CRC Error) CRC序列是由发送器完毕旳CRC计算成果
构成旳。接受器以与发送器相同旳措施计算 CRC。假如计算成果与接受到旳CRC序列不 相同，则检出一种CRC错误。
变沿（和在低位速率旳情况下，选择旳“显性”至“隐 性”旳跳变沿）都将被用于重同步。
3.2.1.6 CAN振荡器容差旳提升
为使振荡器容差最大值由目前旳0.5%提升到 1.5%，并与目前CAN指标向前兼容，CAN2.0进 行了下列修正：
1.若一种CAN节点在间歇场旳第3位采样到一种 显性位，则它将此位了解为帧起始位；
工业控制网络
工业控制网络(简称控制网络)是近年来发展形成的自动控制领域的网络技术，随着自动控制、网络、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断涌现，工业控制网络系统已经成为自动控制系统发展的主流方向，工业控制网络技术在自动控制领域中的作用与日俱增。
它已经成为当今自动控制领域研究的热点，被誉为跨世纪的自控新技术。
工业控制网络能将具有数字通信能力的测控仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，把控制设备连接成相互沟通信息，共同完成自动控制任务的网络系统。
其特点：
●可靠性和安全性高；
●网络协议简单实用；
●网络结构分散性；
●易于实现与信息网络的集成。
数据通信与工业控制网络知识点总结
数据通信与工业控制网络知识点总结在当今高度自动化和智能化的工业生产环境中，数据通信与工业控制网络扮演着至关重要的角色。
它们是实现工业设备之间高效、准确信息传递和协同工作的关键基础设施。
接下来，让我们一起深入了解这一领域的重要知识点。
一、数据通信基础数据通信是指在不同设备之间传输数据的过程。
这包括了数据源的生成、数据的编码与调制、数据的传输介质选择以及数据的接收和解码。
（一）数据编码与调制在数据通信中，为了使数据能够在传输介质中有效传输，需要对原始数据进行编码和调制。
常见的编码方式有不归零编码（NRZ）、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。
而调制则是将数字信号转换为模拟信号的过程，常见的调制方式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等。
（二）传输介质传输介质是数据传输的物理路径，常见的有双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质等。
双绞线成本较低，适用于短距离传输；同轴电缆具有较好的抗干扰能力，常用于有线电视和早期的网络布线；光纤则具有极高的带宽和传输距离，适用于高速、长距离的数据传输；无线介质如 WiFi、蓝牙等则提供了便捷的移动性和灵活性。
（三）数据传输方式数据传输可以分为串行传输和并行传输。
串行传输是逐位依次传输数据，线路成本低，适用于远距离传输；并行传输则是同时传输多位数据，速度快但线路复杂，成本高，适用于短距离、高速传输。
二、工业控制网络的类型工业控制网络根据应用场景和需求的不同，可以分为多种类型。
（一）现场总线现场总线是一种用于工业现场设备之间通信的网络，如CAN 总线、Profibus 总线等。
它具有实时性强、可靠性高、成本低等优点，广泛应用于制造业、自动化生产线等领域。
（二）工业以太网工业以太网是将以太网技术应用于工业控制领域，它在以太网的基础上增加了实时性、可靠性和安全性等方面的特性，能够满足工业控制对网络性能的要求。
（三）无线网络随着无线技术的发展，工业无线网络也逐渐得到应用，如 Zigbee、WirelessHART 等。
工业控制网络
1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：一种应用于生产现场，在现场设备之间，现场设备与控制装置之间实行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现第二章CAN （控制器局域网）1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。
数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段27、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1”8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。
工业控制网络技术基础
03 工业控制网络的架构与设 计
网络架构选择
星型结构
以中央控制器为核心，其他设 备与中央控制器直接相连，结 构简单，容易实现，但扩展性
差。
环型结构
设备互联构成闭环，数据传输 方向单一，可靠性较高，但扩 展困难，容易出现单点故障。
网状结构
设备之间有多条路径相连，数 据传输灵活，可实现路径优化 ，但配置复杂，成本较高。
树型结构
层次化设计，类似于组织结构 ，易于管理和维护，扩展性好
，适用于大规模网络。
网络拓扑结构
总线型拓扑
星型拓扑
所有设备连接在一条总线上， 结构简单，成本低，但可连 接设备数量有限，传输距离 受限。
以中央设备为核心，其他设 备与中央设备直接相连，易 于扩展和维护，但中央设备 负担较重。
环型拓扑
设备互联构成闭环，数据传 输方向单一，可靠性较高， 但扩展困难，容易出现单点 故障。
工业控制网络技术为智能制造提供了高效、可靠和实时的信息传输，使得生产过程中的各种 数据能够及时反馈给管理者和操作员，以便快速做出决策和调整。
智能制造中的工业控制网络技术还支持自动化生产线和智能设备的集成，提高了生产线的协 同作业能力，减少了人工干预，降低了生产成本。
工业自动化
工业控制网络技术使得自动化设备和系统能够相互连 接和协同工作，实现了对整个生产过程的精确控制和 优化。这有助于提高生产效率、减少能耗和降低生产 成本。
工业控制网络技术基础
目录
• 工业控制网络概述 • 工业控制网络的核心技术 • 工业控制网络的架构与设计 • 工业控制网络的应用场景 • 工业控制网络的未来发展
01 工业控制网络概述
定义与特点
定义
工业控制网络是一种专为工业自动化 应用设计的网络技术，用于连接各种 工业设备、传感器和执行器，实现实 时数据传输和控制。
工业控制网络
☞下图为一个DCS的典型体系结构。按照DCS各组成 部分的功能分布，所有设备分别处于四个不同的层 次，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、 过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的 四层局部网络分别是现场网络 (Field Network ， Fnet)、控制网络 (Control Network，Cnet)、监控网 络 (Supervision Network ， Snet) 和 管 理 网 络 (Management Network，Mnet)。
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
A/D 转换
变送器
计 算 机
D/A 转换
/执行器 被
控
检测/执
对 象
行元件
计算机集中控制系统结构
工业控制网络的特点分析 1.集散控制系统
工作站
控制单元（控制） …
控制室 现场
集散控制系统结构
工业控制网络技术
集散控制系统
CRT 操作站
临控计算机
数据采集单元 （DAU）
• DCS自问世以来，发展异常 迅速，几经更新换代，技术 性能日臻完善，并以其技术 先进、性能可靠、构成灵活 、操作简便和价格合理的特 点，赢得了广大用户，已被 广泛应用于是有、化工、电 力、冶金和轻工等工业领域
集散控系统的体系结构
☞集散控制系统经过三十多年的发展，其结构不 断更新。随着 DCS 开放性的增强，其层次化 的体系结构特征更加显著，充分体现了DCS集 中管理、分散控制的设计思想。DCS是纵向分 层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层 局部网络为依托，将分布在整个企业范围内的 各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实 现各部分的信息共享和协调工作，共同完成各 种控制、管理及决策任务。
《工业控制网络》课件
无线通信技术是工业控制网络中 的重要组成部分，它利用无线信 号传输信息，实现了设备间的无
线连接和通信。
无线通信技术具有灵活、方便、 可移动等优点，适用于一些复杂
环境和移动设备。
常见的无线通信技术有WiFi、蓝 牙、ZigBee等。
工业控制网络安全技术
01
随着工业控制网络的普及和应用 ，网络安全问题越来越受到关注 。工业控制网络安全技术是保障 工业控制网络安全的重要手段。
特点
实时性、可靠性和安全性是工业控制 网络的重要特点，能够满足工业自动 化领域对快速、准确地传输控制指令 和数据的需求。
工业控制网络的重要性
提高生产效率
促进智能化发展
工业控制网络能够实现设备之间的快 速通信，提高生产效率，降低生产成 本。
工业控制网络的发展推动了工业智能 化的发展，使得工业生产更加自动化 、智能化。
工业以太网技术
工业以太网技术是基于以太网协议的工业控制网络技术，它将传统的以太网技术与 工业控制需求相结合，实现了高速、可靠的信息传输和实时控制。
工业以太网技术具有高带宽、低延时、高可靠性等优点，能够满足现代工业控制系 统的需求。
常见的工业以太网协议有EtherNet/IP、Profinet等。
无线通信技术
AI技术将提升工业控制网络的自适应和自学习能力，优化生产过程，提 高产品质量和降低能耗。
AI技术将增强工业控制网络的预测性和决策性功能，支持智能决策和优 化管理。
工业控制网络的绿色发展
绿色发展是未来工业控制网络的重要趋 势，通过节能减排和资源循环利用，降
低对环境的影响。
工业控制网络将采用更高效、低能耗的 工业控制网络将促进清洁能源的开发和
边缘计算能够将数据处理和分析 的需求从中心服务器转移至设备
第一章 工业控制网络概述
1、工业企业网的产生和发展背景
目前，企业网己渗透到国民经济的各个领域，它的发展和应用， 对企业的产业结构、产品结构、经营管理方式将产生变革性的影 响 它也将成为衡量一个企业科技水平和综合力量的重要标志 企业网的应用不仅可以改造传统产业，提高产品的附加值，而且 对推动企业的发展，促进产业经济信息化也将起到关键性的作用 在各类企业中应用企业网技术将是我国应该长期坚持的方针，企 业网在企业的生存和发展中占有重要的战略地位 从需求上来说，作为企业信息基础设施的企业网越来越被企业所 重视，企业的需要呼唤着企业网的产生和发展
需求背景
在当前市场经济条件下，企业要实现管理现代化，要 在激烈的市场竞争中求得生存和发展,就必须善于收集信 息、处理信息、利用信息，开发信息资源。(企业信息化)
在一个企业的管理过程中，信息是企业预测的基础 ,预测必须以 信息为起点和终点，才能进行分析、演绎和逻辑推理，并进而得 到有用的信息 信息又是企业决策的前提，要使决策者做出正确并切实可行的决 策，就必须及时掌握全面可靠的信息 信息也是指挥和控制生产经营活动的依据，从一定意义上说，企 业生产经营活动的好坏在于管理者驾驭信息能力的强弱 现代社会，充分有效地利用信息资源是一个组织取得成功的重要 条件 企业网作为企业的信息基础设施恰恰适应了这种需要，能够满足 企业对信息的获取、分析和决策的要求
ERP将企业内部所有资源整合在一起，对采购、生产、 成本、库存、分销、运输、财务、人力资源进行规划，从而 达到最佳资源组合，取得最佳效益。ERP, （ Enterprise Resource Planning）的合理运用已经改变了企业运作的面貌。 ERP通过运用最佳业务制度规范（business practice）以及集 成企业关键业务流程(business processes)来发问和提高企业利 润，市场需求反应速度和企业。
工业控制网络实验报告
一、实验目的本次实验旨在了解工业控制网络的基本原理、组成与工作方式，掌握工业控制网络的构建方法，并验证其稳定性和可靠性。
通过实验，提高学生对工业控制网络技术的理解和应用能力。
二、实验原理工业控制网络是一种用于工业现场数据采集、传输、处理和控制的网络系统。
它具有实时性、可靠性和抗干扰性等特点。
常见的工业控制网络有现场总线、工业以太网等。
本次实验以现场总线为例，介绍其基本原理。
三、实验内容1. 实验器材：- 工业控制网络实验箱- 现场总线模块- 控制器模块- 数据采集模块- 电源模块- 连接线2. 实验步骤：（1）搭建现场总线网络：1. 将现场总线模块连接到控制器模块上；2. 将控制器模块连接到数据采集模块上；3. 将电源模块连接到整个实验箱上。
（2）配置现场总线网络参数：1. 设置现场总线模块的通信协议、波特率、数据位、停止位等参数；2. 设置控制器模块的数据采集周期、报警阈值等参数；3. 设置数据采集模块的采集点、报警类型等参数。
（3）运行实验：1. 启动实验箱，观察现场总线网络运行状态；2. 输入模拟信号，观察数据采集模块的采集结果；3. 观察控制器模块的报警情况。
（4）分析实验结果：1. 检查采集到的数据是否符合预期；2. 分析控制器模块的报警原因；3. 评估现场总线网络的稳定性和可靠性。
四、实验结果与分析1. 实验结果：（1）现场总线网络搭建成功，数据采集模块能够实时采集模拟信号；（2）控制器模块能够根据采集到的数据进行报警；（3）现场总线网络稳定运行，抗干扰性能良好。
2. 实验分析：（1）本次实验成功验证了现场总线网络在工业控制中的应用，其实时性、可靠性和抗干扰性等特点在实际生产中具有重要意义；（2）实验过程中，需要注意现场总线网络参数的配置，确保数据采集的准确性和实时性；（3）现场总线网络在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的通信协议和模块，以提高网络的稳定性和可靠性。
五、实验结论本次实验成功搭建了现场总线网络，并验证了其在工业控制中的应用。
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ERTEC 400
0433K2002
功能性
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 4-口交换机 PCI-接口
更强,更高的性能 MC 控制器 Real-time 交换机
应用
ASIC 技术
交货 开始
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
以太网信息帧 (max. 1526 Bytes)
Preamble Sync Source MAC 6 bytes Dest. MAC 6 bytes Priority Tagging* 4 bytes Ethertype 2 bytes Frame ID 2 bytes Process data up to 1440 bytes Status Information 4 bytes FCS 4 bytes
通信确定性与实时性
快速以太网 交换式以太网技术 全双工通信又使得端口间两 对双绞线(或两根光纤)上分别 同时接收和发送报文帧，也不 会发生冲突
工业以太网技术
稳定性与可靠性
专门开发和生产了导轨式集线器、交换 机产品，安装在标准DIN导轨上，并有冗 余电源供电，接插件采用牢固的DB-9结构。 特别设计用于连接工业应用中具有以太 网络接口的工业设备
访问/冲突检测的通信方式，在实时性要 求较高的场合下，重要数据的传输会产 生传输延滞。
网络传输介质在用于传输数字信号
的同时，还为网络节点设备提供工作电 源，成为总线供电。工业以太网的总线 供电问题还没有完美的解决方案。
通信实时性 问题
总线供电
对环境的适 应性与可靠 性的问题
以太网若采用UDP，它提供不
特点：
集成PROFINET CPU 2个嵌入式快速以太网PHY 主机CPU接口：SPI从接口，8或16位并行 SPI主接口：与SPI从接口直接连接 GPIO：48个GPIO引脚与数字外设信号直接连接 IRT桥接延迟小于3 µs 时间戳分辨率：2.5 ns 共享内存接口 配置：基于Windows的软件工具
抗干扰能力强，适应严酷的 工业生产环境。
04
快速的网络故障定位与诊断。
01
Ethernet 实 时 通 信 服 务 质 量 支持策略
02
满足通信一致性和互可操作 性的应用层、用户层协议规 范
03
网络可用性
04
网络安全性
05
本质安全与安全防爆 技术
以太网用于工业领域的关键问题
传统以太网由于采用载波监听多路
在一根电缆上的无约束的IT服务和实时数据传输
时 事 通 讯
PROFInet
Internet
工厂自动化
PROFINET
运动控制
100ms
10ms
<1ms
IT-服务
TCP/IP Real-Time
过程数据
非实时 相应时间大约 100 ms
实时 (RT)
同步实时 (IRT)
性能类似于当前的现场总线 轮询周期 < 1ms，抖动精度<1µs
工业控制网络
工业以太网和PROFInet
（课程期末结课汇报）
C
目 录 ONTENTS
0 1 0 2
工业以太网
0 3 0 4
PROFInet的通信技术
PROFInet
应用案例
Part one
工业以太网
第 一 章
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点 在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站 之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无
EPA
Ethernet/IP
EPA是Ethernet for Process Automation的缩写，它是顺应广大仪器 仪表开发企业与最终用户的要求，将 Ethernet、TCP/IP等商用计算机通信领 域的主流技术直接向下延伸，应用于工 业控制现场设备（如变送器、执行机构、 现场I/O等）间的通信，并在此基础上， 建立的应用于工业现场设备间通信的开 放网络通信平台，从而用以太网统一企 业信息化系统中从底层的现场设备层到 上层的控制层、管理层的通信网络，即 所谓的“E（Ethernet）网到底”。
设备
设备
设备
设备
设备
设备
设备
Enhanced Real-Time Ethernet Controller (ERTEC) 芯 片 实 现 实 时 性
用
ERTEC 200
PROFINET 实时 IEEE 1588 ARM 946 处理器 2-口交换机 PHY 集成
单设备 兼容现场设备
200
2005年末系列供货
0.15 µm 技术 外壳封装 19x19
2005年中系列供货
标准功能；
ERTEC交 换 机 的 功 能
IEEE 802.1 D 桥, IEEE 802.1 Q VLAN 支持 IEEE 1588
实施功能；
精确周期同步
通讯系统日志 最小交换延时 捆绑直通和存贮转发功能
D型
B型
可同时进行通信和24V供电。
电缆与连接器的连接方法 名称 TD+ TDRD+ 功能 发送数据 发送数据 接收数据 导线颜色 黄 橙 白 RJ45 1 2 3 M12 1 3 2
混合连接器
RD-
接收数据
蓝
6
4
ProfiNet主要包括三方面技术
(1) 基于通用对象模型(COM)的分布式自动化系 统； (2) 规定了Profibus和标准以太网之间的开放、 透明通信； (3)提供了一个包括设备层和系统层、独立于制 造商的系统模型。
HSE(High Speed Ethernet，高速 以太网)。FF现场总线HSE是现场总线 基金会在摒弃了原有高速总线H2之后 的新作。FF现场总线基金会明确将HSE 定位成实现控制网络与互联网 Internet的集成。由HSE链接设备将H1 网段信息传送到以太网的主干上并进 一步送到企业的ERP和管理系统。操作 员在主控室可以直接使用网络浏览器 查看现场运行情况。现场设备同样也 可以从网络获得控制信息。
7 bytes 1 byte
以太网标准数据
使用端对端交换技术的原因 世界通讯技术发展的最高水平
PROFINET 使 用 交 换 技 术
有着进一步发展的前景
防止碰撞
全双工传输,平行数据交换 QoS ( 优先实时数据信息)
交换集成在设备里
简化设备安装 减少网络布线
控制器 控制器
自由中断冗余
实时预处理
目前PROFINET支持百兆以太网100BASE-TX， 采用两对双绞屏蔽线(GP2×2系列)作为短距离 信号传输。
传 输 介 质
IE FC电缆GP2×2型系列
名称 GP2×2 A型 GP2×2 B型 GP2×2 C型 GP2×2 船用
特点 单股导体 较软电缆 软电缆 耐腐蚀
以 太 网 用 于 工 业 领 域 的 关 键 问 题
Part two
PROFInet
第 二 章
PROFIBUS国际组织于1999年开始研发新一 代总线系统—PROFINET。因全球知名的自动化 设备制造商的支持，2000年底，PROFINET正式 成为了IEC61158标准的第10种现场总线。
概述
缝集成。虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，
但是工业以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全 性和数据完整性有很高的要求。
工业以太网
工业以太网，是当前工业控制领域的研究热点。重点在于
利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的 相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。 虽然脱胎于Intranet、Internet等类型的信息网络，但是工业 以太网是面向生产过程，对实时性、可靠性、安全性和数据完 成性有很高的要求。 随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各 行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含 从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合 工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以 太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构， 有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足 了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的第成本、 高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造
01
兼容性好，适合于解决控制 系统中不同厂商设备的兼容和互 操作等问题。
02
技术特点
数据传输速率高、传输距离 远，具有10～100M/bits的自适 应传输速率，传输距离最大可达 150km。
03
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可以通过Internet对企业生 产进行远程监控。实现办公自动 化网络与工业控制网络的无缝连 接，实现企业管控一体化。
BusSystems
Proxy
Ethernet
proxy
Profibus
Protocol 第三方现场装置
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet控制器
TCP/IP DCOM ACCO ProfiNet现场装置
DP ProfiNet现场装置
现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(Proxy)连接到ProfiNet网 络当中，使整套Profibus设备和协议能够原封不动地在ProfiNet中应用。
自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础
的企业信息化系统。
业厂商。
几种常见的工业以太网
HSE
PROFInet
PROFInet包含3方面 的技术： ① 基于通用对象模 型(COM)的分布式自 动化系统； ② 规定了Profibus 和标准以太网之间 的开放、透明通信； ③ 提供了一个包括 设备层和系统层、 独立于制造商的系 统模型。