工业控制网络
工业控制网络安全核心关键技术
工业控制网络安全是保障工业生产稳定和国家安全的重要环节。
在工业控制网络中，核心关键技术主要包括以下几个方面：1. 访问控制技术：访问控制是确保只有授权用户和系统能够访问和使用工业控制网络资源的技术。
它包括身份验证、权限管理和审计策略等，以防止未授权访问和数据泄露。
2. 加密技术：加密技术用于保护工业控制网络中的数据安全和完整性。
通过对数据进行加密处理，可以防止黑客和恶意软件窃取或篡改关键信息。
常用的加密算法有对称加密、非对称加密和哈希算法等。
3. 防火墙和入侵检测系统：防火墙用于监控和控制进出工业控制网络的流量，以防止恶意活动和未经授权的访问。
入侵检测系统则用于实时检测和响应网络中的异常行为和攻击。
4. 工控系统安全防护技术：针对特定的工业控制系统和设备，需要采用专门的安全防护技术，如安全模块、安全协议和安全配置等，以提高系统的安全性和可靠性。
5. 安全审计和日志分析技术：安全审计技术用于记录和监控工业控制网络中的安全事件和行为，以便于事后的调查和分析。
日志分析则可以帮助管理员识别和响应潜在的安全威胁。
6. 应急响应和恢复技术：在遭受网络攻击或系统故障时，应急响应和恢复技术是关键。
它包括快速断开网络连接、隔离受损系统、恢复备份数据和重建系统等操作，以最小化损失和影响。
7. 安全仿真和测试技术：通过安全仿真和测试，可以评估和验证工业控制网络的安全性和防护措施的有效性。
它可以帮助发现和修复潜在的安全漏洞和问题。
综上所述，工业控制网络安全核心关键技术涵盖了访问控制、加密技术、防火墙和入侵检测系统、工控系统安全防护技术、安全审计和日志分析技术、应急响应和恢复技术以及安全仿真和测试技术等多个方面。
这些技术的应用和结合可以有效提高工业控制网络的安全性，防范潜在的网络攻击和威胁。
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。
工控网络方案
工控网络方案1. 引言工控网络是指应用于工业控制系统的网络，用于实现自动化控制和数据采集。
随着工业互联网的发展，越来越多的工控设备连接到网络上，工控网络的安全性和可靠性变得尤为重要。
本文将介绍一种基于三层架构的工控网络方案，旨在保障工业控制系统的安全和稳定运行。
2. 架构设计2.1 三层架构工控网络方案采用了三层架构，分为数据链路层、网络层和应用层。
数据链路层负责实现工控设备之间的数据传输，网络层负责数据的路由和转发，应用层负责提供各种工控应用和管理功能。
2.2 设备分类在工控网络方案中，主要涉及到以下几种设备：•工控服务器：负责管理和控制整个工控网络，包括数据的采集、处理和分发等。
•工控交换机：用于连接工控设备，实现数据的转发和管理。
•工控终端：包括各类传感器、执行器等，用于采集和执行工控任务。
3. 安全策略3.1 隔离网络为了保障工控网络的安全性，需要将其与企业网络和互联网进行隔离，设置专门的安全防护设备和防火墙。
这样可以避免来自外部网络的攻击对工控系统造成的影响。
3.2 访问控制工控网络应该采用多层次的访问控制策略，限制对关键设备和数据的访问权限。
用户需要进行身份认证才能够使用和管理工控系统。
3.3 加密通信工控网络中的数据传输需要使用加密算法进行保护，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。
常见的加密方案包括SSL/TLS和IPSec等。
3.4 安全审计为了快速发现和定位潜在的威胁，工控网络方案应该配备安全审计系统，及时记录和分析网络中的安全事件。
4. 网络管理4.1 网络监控工控网络方案应该提供实时的网络监控功能，帮助管理员了解网络设备的运行状态和性能指标。
监控系统可以及时发现并处理网络故障，提升网络的可靠性和可用性。
4.2 远程管理为了方便管理员对工控网络进行管理和维护，工控网络方案应该支持远程管理功能。
管理员可以通过远程登录的方式进行管理操作，包括设备配置、软件升级等。
4.3 配置管理工控网络中的设备配置需要进行统一管理，确保配置的一致性和安全性。
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
工业控制网络安全
工业控制网络安全工业控制网络是指在工业控制系统中使用的计算机网络。
由于它的重要性，工业控制网络的安全需求被视为至关重要的问题。
本文将重点讨论工业控制网络安全的挑战和解决方案。
一、背景随着工业自动化水平的提高，工业控制网络已经普及到各行各业。
工业控制网络被用于管理和监视物理过程，包括电力、供水、石油和天然气生产等领域。
另外，它也经常被用于自动化制造系统。
这使得工业控制网络成为了一个重要的目标，它的安全威胁也随之增加。
二、安全威胁工业控制网络的威胁程序和工具与常规IT网络的威胁程序和工具有很大不同，但是它们的威胁类型基本相同。
这些威胁通常包括恶意软件、步进式攻击和网络嗅探等。
三、解决方案为了降低工业控制网络的安全风险，必须采取措施来保护它。
以下是一些解决方案：1.区分网络将工业控制网络与企业IT网络分离。
这是一个基本的安全措施，可以避免非安全设备的网络连接到控制系统。
2.网络审计工业控制网络的网络审计也是一个有效的解决方案。
网络审计将记录所有网络流量以及安全事件，这将为安全人员提供必要的信息来进行事件响应。
3.物理安全安全人员必须采取措施来维护工业控制设施的物理安全。
保护设备免受未经授权的操作、破坏、盗窃或者灾难性事件的影响。
4.加强认证工业控制网络的访问应该采用严格的身份验证方法。
例如，这可能包括使用双重身份验证、PKI（公钥基础设施）以及智能卡等方法。
5.应急计划针对网络安全事件，必须有一个完善的计划，这些计划涵盖了预防、响应和恢复网络安全事件的方法。
四、结论因为工业控制网络是一个重要的目标，它需要更多的注意力和保护。
通过采用综合的工业控制网络安全方法，可以使工业控制网络的安全得到进一步保护。
这并不是一个简单的任务，但是在承认并正确评估其潜在危险的前提下，这一挑战可以得到克服。
工控网络方案
工控网络方案工控网络方案是指在工业控制系统中应用网络技术的解决方案。
随着信息化技术的快速发展和工业自动化水平的提高，工控网络方案已经成为现代工业领域的重要组成部分。
本文将介绍工控网络方案的基本概念、应用场景以及其设计和建设的要点。
一、工控网络方案的基本概念工控网络方案是指为工业控制系统设计和建设的网络架构和应用方案。
它通过将各个子系统、设备和传感器连接起来，实现数据的采集、传输和控制，并通过网络进行监控和管理。
工控网络方案通常包括硬件设备、通信协议、网络拓扑结构和安全策略等内容。
二、工控网络方案的应用场景工控网络方案广泛应用于各个领域的工业控制系统中。
它可以用于能源、交通、制造业、物流和建筑等领域，实现自动化控制和监控。
例如，在能源领域中，工控网络方案可以应用于电力系统、水处理系统和石油化工等行业，实现对设备运行状态和能源消耗的实时监控和调控。
三、工控网络方案的设计要点1. 网络拓扑结构的设计在设计工控网络方案时，需要考虑网络拓扑结构的合理性和可靠性。
常见的网络拓扑结构包括星型、总线型和环形等，选择适合具体应用场景的网络拓扑结构是设计过程中的重要环节。
2. 通信协议的选择选择合适的通信协议是保证工控网络正常运行的重要因素。
常见的工业通信协议包括Modbus、Profibus、EtherNet/IP和CAN等，根据设备和系统的兼容性和要求选择相应的通信协议。
3. 安全策略的制定工控网络的安全性是设计工控网络方案时需要重视的方面。
制定合适的安全策略可以提升工控系统的安全性，包括访问控制、数据加密和防火墙等措施。
4. 系统可靠性的提高在设计工控网络方案时，需要考虑系统的可靠性和容错性。
通过备份关键设备、实现冗余和监控系统运行状态等手段，提高系统的可靠性和稳定性。
四、工控网络方案的建设要点1. 硬件设备的选型和布局根据实际需求和网络方案设计，选择合适的硬件设备并进行布局。
包括交换机、路由器、PLC等设备的选购和安装。
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
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
§5.4 网络与传输层
5.2 物理层与媒体
PLS子层 数据恢复 数据编码规则 MAC至PLS接口
5.2 物理层与媒体
5.2 物理层与媒体
5.2 物理层与媒体
5.3 数据链路层
概述 数据链路层（DLL）的主要任务是确定与相同链路上的其它DLL进行合输层和站管理提供接收和传送服务数据单元（SDU）的服务。 DLL协议是基于称为网络更新时间（NUT）的一个固定的、可重复的时间周期实现的。
5.1 概 述
ControlNet的特点、优点与应用 ControlNet网络使用生产者/消费者模型。 生产者/消费者模型允许一个发送设备（生产者）与多个接收设备（消费者）之间交换时间紧要的应用信息 。 确定性控制网络使用一种隐性令牌传递机制来提高协议效率。 协议使用一种基于时间的预定机制，它可使网络设备以确定性的、可预测性的方式来访问媒体，同时也防止了网络碰撞。
5.1 概 述
ControlNet体系结构与协议分层结构
图5-1 ControlNet体系结构
5.1 概 述
图5-2 ControlNet拓扑结构
图5-3 ControlNet冗余方式
5.1 概 述
5.2 物理层与媒体
概述 同轴电缆媒体用于主要的变量。光纤基本变量也是被指定的。 访问端口连接器，即网络访问端口（NAP）； 物理层信令(PLS)子层执行与位表示和定时相关的各种功能，并支持与MAC子层和物理媒体附属装置（PMA）子层进行信息交换。 PMA子层包含总线上信号的发送与接收的电路要求。媒体除设备的电子部件外，也包含将信号从一个节点传到另一个节点的部件。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
其功能组成：接口管理逻辑（iml）、发送缓冲器（txb）、接受缓冲器（rxb、rxfifo，b字节）工作模式：basiccan模式、elican模式。
（2）tn82527can通信控制器。
（3）内嵌can控制器的p8xc591。
10，CAN总线io器件：82c150 主要功能：can接口功能io功能。
11，节点设计 CAN总线系统有两类节点：不带微处理器的非智能节点和带微处理器的智能节点，1.硬件电路设计：采用898c51作为节点的微处理器，在can总线通信接口中，can 通信控制器采用sja1000，can总线收发器采用82c250 2.软件设计：三部分 can节点初始化，报文发送和报文接收。
第三章 Profibus(国际现场总线标准）1.profibus分为哪三部分，个部分结构主要用途是什么？答：profibus--FMS：用于解决车间一级通用性通信任务。
Profibus--DP：用于解决设备一级的告诉数据通信。
Profibus--PA：对于安全性要求较高的场合，制定了profibus--pa协议，pa具有本质安全性，他实现了IEC1158-2规定的通信规程。
PROFIBUS三种通信协议类型：fms、dp、pa。
2.profibus通信模型分为几层？各层功能是什么？答：(1)第一层物理层分为：dp/fms( rs-485)的物理层。
实现对称的数据传输符合eia-485标准。
Dp/fms (光纤电缆的物理层)通过光纤导体中光的传输来传输数据，以pno的规则为基础，Pa的物理层（第一层）采用iec1185——2标准的传输技术数据传输使用非直流传输的位同步曼彻斯特编码。
（2）现场总线数据链路层：第二层规定了总线访问控制，数据安全性以及传输协议和报文的处理。
（3）应用层（第七层）：提供用户需要的各种通信服务。
3.profibus用哪几种传输技术？各是什么？答：四种，mbp、rs—485,、rs—485—is、光纤。
4.dp/fms（rs—485）的物理层采用什么编码？传输数据的特点？答：采用不归零编码。
传输数据的特点：dp/fms采用rs—485或光纤电缆。
Pa采用iec —1185—2。
5光纤总线连接技术用哪几种？答：olm技术、olp技术、集成的光纤电缆连接技术。
6数据链路层报文分类？数据服务的分类？答：有固定信息字段长度的格式、带数据的用固定信息字段长度的格式、有可变的信息字段长度的格式、令牌报文。
数据服务分类：发送数据需应答sda、发送数据无需应答dan、发送或请求数据需回答srd、循环的发送和请求数据需回答csrd。
7、PROFIBUS总线访问协议是什么？包括：主站之间的令牌传输方式和主站与从站之间的主从方式，令牌传递程序保证了每个主站在一个确切规定的时间内得到总线访问。
令牌是一条特殊的报文。
在PROFIBUS中，令牌只在各主站之间通信时使用。
主从方式允许主站在得到总线访问令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息。
8、PROFIBUS诊断功能，运行模式？诊断功能：本站诊断操作模块诊断操作通道诊断操作运行模式：运行清除停止9、对象字典的结构，静态对象是什么？动态对象是什么？对象字典的结构：头，静态数据类型表，变量列表的动态列表，动态程序列表静态对象：简单变量，数组，记录，域，事件动态对象：程序调用变量列表10、PA的两个显著特征？能够确保工业本质安全和通过总线对现场设备供电11、SP3的功能构成？1，双口RAM作为SP3与软件程序的接口2工作在DP方式下时，为数据通信提供3个可变的缓存器，2个输出，1个输入3总线接口是一个参数化的8位同步异步接口4中断寄存器5看门狗定时器6微顺序寄存器7UART异步串行接口12、看门狗定时器的功能？1，自动确定波特率2，波特率监视3，相应时间监视13、开发包4的功能？开发包4主要由硬件，软件和应用文档组成硬件组成：IM180主站接口模块，IM183-1从站接口模块，IM184从站接口模块软件使用：GSD文件是可使用的ASC2文本文件，包含用于通信和设备专用的规范14、PROFINET的通讯机制？PROFINET规范以开放性和一致性为主导，以微软OLE COM DCOM为技术核心PROFINET中，每个设备都被看成是一个具有组件对象模型接口的自动化设备，同类设备都具有相同的COM接口。
COM对象之间通过DCOM连接协议进行互联和通信。
COM对象之间的调用是通过OLE自动化接口实现的。
现存的PROFIBUS网段可通过一个代理设备连接到PROFINET网络中。
15、PROFIBUS结构类型？（1）以PLC或控制器为一类主站，不设监控站（2）以PLC或其他控制器为一类主站，监控器连接到PROFIBUS总线上（3）以PLC或控制器为一类主站，监控器通过串口与PLC一对一连接（4）使用PC加PROFIBUS网卡为一类主站，监控站与一类主站一体化（5）紧凑式PC+PROFIBUS网卡+SOFTPLC的结构形式（6）使用两级网络结构16、PROFIBUS控制系统的三种形式：总线接口型，单一总线型，混合型第四章LONWORKS 智能控制网络1 lonworks的核心是神经元芯片包含3150和3120系列主要区别：3150支持外部存储器，适合更为复杂的应用。
3120不支持外部存储器，本身自带ROM2 神经元芯片由那几部分组成，service Pin 引脚的作用工程部分：CPU 存储器输入\输出通信端口时钟系统睡眠和唤醒机制看门狗定时器service Pin 引脚的作用是节点配置安装和维护既能输入也能输出3 简述双绞线收发器的好处1 、所有节点通过一个48vDC中央电源供电对电力资源匮乏的的去具有重要意义。
2、通信线和电源线共用一对双绞线可以节约一对双绞线。
4 简述双绞线收发器的种类直接驱动，EIA—485，变压器耦合。
变压器耦合性能最好5 简述Lonworks总线的分层结构及各部分的功能物理层：电介质电气接口MAC子层：带预测的P—坚持CSMA、碰撞规避、优先级、碰撞检测链略层：提供子网内LPDU帧顺序的无响应传输，提供错误检测能力，数据解码网络层：提供通信接口，定义如何接收，发送相应器。
在网络管理上有网络地址分配，出错管理，网络认证和流量控制。
传输层：管理报文执行的顺序，报分的二次检测会活层：提供请求—响应的机制认证网络管理表示层和应用层：网络变量，外来帧传输，显示报文，网络管理，网络跟踪，服务6 简述LinWork总显得编址方式定义了一种分层编址方法，这种方法使用了域地址，节点地址，子网地址，为了简化的各个分散点的地址，还定义了另一个作为组地址，神经芯片的标识符ID可用作地址9．什么事VFD？与物理设备的关系从通信断电的角度来看，虚拟现场设备（VFD）是一个自动化系统的数据和行为的抽象模型，一个典型的物理设备可以有几个虚拟现场设备，但至少应该有两个虚拟现场设备，一个用于网络和系统管理，一个用于功能块应用10．什么是OD？事件服务，“域”的上载和下载服务？对象描述说明了通信数据的含义，把这些内容收集到一起，形成了对象字典，对象字典OD由一系列条目组成，每个条目分别描述一个应用进程对象和他的数据事件服务：时间是为了从一个设备向另外的设备发送重要的报文而定义的，由用户从检测导致事件发生的条件，当条件发生时，该应用程序激活事件通知服务，并由使用者确定。
“域”的上载和下载服务：域指一部分存储区，可包含程序和数据，属于“字节串”类型，域的最大字节数在OD定义，上载指从现场设备中读取数据，下载指向现场设备发送或装入数据。
11．简述网络管理的方式及作用方式有两种：1是网络管理者，作用：负责维护网络运行，执行某个动作，处理报告来完成其任务。
2是网络管理代理，作用：负责管理器通信栈，支持组态管理及行管理，监视判断通信差异。
12.简述系统管理的作用完成系统设备的地址分配，寻找运用位号实现应用时钟的同步，功能块列表，设备识别以及对系统管理信息库的访问等功能。
13.简述功能块的分类及定义功能块是一种图形化的编程语言，通位位号和一个数字索引来识别，参数名字由4个无符号整数字节组成参数的存储属性分动态的，静态的和不易失的。
分三类：转换块，按所要求的频率读取传感器中的硬件数据，并将其写入到相应的硬件。